Monochromatický LCD displej. Programovanie CGA, EGA a VGA video adaptérov. Multifrekvenčný farebný displej

Prvý čiernobiely televízor s LCD displejom sa objavil v roku 1976 (od Sharp) a mal obrazovku s rozlíšením 160 x 120 pixelov. Myšlienka používania takýchto obrazoviek v amatérskych dizajnoch na dlhú dobu narazila na banálny problém - príliš drahý na domáci vývoj. V posledných rokoch sa situácia radikálne zmenila a monochromatické grafické LCD displeje GLCD (Graphic Liquid Crystal Display) nie sú oveľa drahšie ako ich alfanumerické náprotivky.

Výhody grafických indikátorov oproti symbolickým sú zrejmé, pretože umožňujú zobraziť na obrazovke dvojrozmerný rastrový obrázok so skutočne rozpoznateľným obrazom. Moderné MK sú dostatočne rýchle na to, aby prehrali aj streamované video na LCD displeji. Nie je to analóg prvého čiernobieleho televízora vo verzii s vreckovým mikrokontrolérom?

Z mnohých parametrov, podľa ktorých sa GLCD vyberá, je dôležitý typ interného grafického radiča. Od toho závisí príkazový systém, fyzické rozhranie a softvérový algoritmus.

Existuje asi tucet druhov ovládačov LSI od rôznych výrobcov. Oproti „alfanumerickým“ LCD modulom má GLCD inováciu - ovládačov môže byť viacero a sú doplnené o segmentový driver. Vytvorí sa pár, ktorý možno považovať za „čipovú súpravu“, analogicky so základnými doskami osobných počítačov.

V bežných GLCD kompatibilných s príkazovým systémom ovládača KS0108 (Samsung) je čipset označený zlomkom KS0107/KS0108 alebo KS0107B/KS0108B. Skúsení vývojári vedia, že názov „KS0107“ označuje segmentový ovládač a „KS0108“ riadiaci ovládač. Niekedy dokumenty uvádzajú iba typ ovládača KS0108, pretože prítomnosť čipu ovládača na doske s obvodmi LCD displeja je samozrejmosťou.

Na obr. Obrázok 2.43 zobrazuje blokovú schému štandardu GLCD KS0107/KS0108 s rozložením 128x64 pixelov. Základom je matica LCD prvkov, usporiadaná v šírke 128 stĺpcov a výške 64 riadkov. Na osvetlenie každého z 8192 bodov obrazovky potrebujete 192 tranzistorových spínačov, ktoré sú umiestnené v jednom ovládači KS0107 a dvoch ovládačoch KS0108. Každý ovládač má internú RAM s kapacitou 4 Kbit, ako aj logiku pre spárovanie s externými zariadeniami. Na druhej strane budič generuje mriežku hodinových signálov pre celý systém z hlavného RC oscilátora (podrobnosti v).

Ryža. 2.43. Bloková schéma GLCD s organizáciou 128×64 pixelov.

Prečo má GLCD dva riadiace čipy a nie jeden? Dá sa predpokladať, že za účelom zjednotenia, keďže každý z nich je zodpovedný za vlastný kvadrant 64x64 pixelov. Proporcionálnym zvýšením počtu kvadrantov môžete získať akúkoľvek veľkosť obrazovky od 64x64 do 640x480 pixelov.

Grafické LCD displeje majú ako povinný atribút zabudované LED podsvietenie obrazovky. Jeho farba určuje pozadie obrázka. Napríklad čierne písmená na žltom pozadí. Na displeji nie je zabudovaný generátor abecedných znakov. Programátor musí sám vytvárať písmená, čísla, symboly a znaky. Abeceda môže byť akákoľvek známa na svete a tu nie je žiadne preháňanie.

Žiaľ, nedochádza k zjednoteniu mien pinoutov a kontaktov, a to ani na GLCD s rovnakým ovládačom. Toto je mínus, ktorý vás núti pozorne si preštudovať dátové listy. V tabuľke. 2.6 ako príklad obsahuje kolekciu označení signálov, ktoré sa nachádzajú v GLCD kompatibilných s KS0107/KS0108. Osobitná pozornosť by sa mala venovať celému názvu displeja. Napríklad Winstar WG12864A má ovládač KS0108 a WinstarWG12864D má ovládač T6963C, ktorý má úplne iný príkazový systém. Existujú GLCD so zníženým napájaním +2,4…+3,6 V. Stáva sa, že podsvietenie je napájané +5 V, indikátor +3 V atď.

Tabuľka 2.6. Dekódovanie signálov GLCD štandard KS0107/KS0108

Elektrické obvody na pripojenie GLCD k MK sú si navzájom podobné, dokonca aj s rôznymi „čipsetmi“ vo vnútri (obr. 2.44, a...g), ale softvér bude úplne odlišný. Na ovládanie jasu podsvietenia môžete použiť predtým diskutované obvody z obr. 2,42, a...s.

a) typická schéma zapojenia pre modul GLCD kompatibilný s príkazovým systémom KS0108. Dátová zbernica „DB0“…“DB7“ je obojsmerná. Rezistor L2 nastavuje jas podsvietenia. Rezistor R1 upravuje kontrast od úplne svetlej po úplne tmavú obrazovku. Vo vnútri GLCD sa generuje záporné napätie na kontakte „UEE“ -5...-8 V;

b) typ regulátora je rovnaký ako na obr. 2.44, a, ale pinout a názov kolíkov GLCD sú odlišné. Na reguláciu kontrastu stačí jeden konštantný odpor R1. Jeho odpor je uvedený v údajovom liste. Jas podsvietenia nie je nastaviteľný;

c) na svorky „CSl“, „CS2“ grafického displeja HG1 (128×64) sú privádzané protifázové signály, t.j. V každom okamihu je prístupný len jeden z dvoch kvadrantov pixelov (64x64). Invertor na tranzistore VT1 znižuje počet liniek MK; O

O Obr. 2.44. Schémy pripojenia grafických LCD modulov k MK (koniec):

d) modul GLCD HG1 má interný radič T6963 od spoločnosti Toshiba. Záporné napätie na reguláciu kontrastu sa dodáva externe a upravuje sa odporom R2. Rezistor R1 určuje jas podsvietenia. Dióda VD1 chráni displej pred použitím kladného napätia väčšieho ako +0,7 V na vstup „Vo“;

e) modul GLCD HG1 má interný radič SED1330 od Seiko Epson Corp. Na nastavenie kontrastu je potrebný externý bipolárny zdroj +5 V;

f) ekvivalentný obvod pre zdroj záporného napätia GLCD. Kontrast je riadený premenlivým odporom R4. Teplotnú stabilitu udržuje termistor RK1. Rezistor R3 linearizuje teplotnú charakteristiku, jeho odpor sa volí experimentálne;

g) Prvotný resetovací signál pre pin „RES“ grafického LCD modulu HG1 nie je potrebné napájať z MK. Môže byť tvorený vonkajším reťazcom R1, C/. Výhodou je úspora liniek portu MK.

Osobné počítače používajú na zobrazenie textu a grafiky niekoľko rôznych typov displejov. Nižšie je uvedená klasifikácia displejov v závislosti od rozhrania, ktoré používajú s počítačom.

• Kompozitný displej. Má jednu analógovú vstupnú linku. Displej môže byť farebný alebo monochromatický. Video signál vstupuje na displej podľa normy NTSC (National Television System Committee). Tento štandard sa používa aj v televízii. Kompozitný displej sa používa v spojení s CGA video adaptérom.
• Digitálny displej. Má jeden až šesť vstupných riadkov. Digitálny displej dokáže zobraziť až 2n rôznych farieb, kde n sa rovná počtu vstupných riadkov. Tento typ displeja je možné použiť v spojení s EGA a CGA.
• Analógový RGB displej. Má tri analógové vstupné linky (riadiace červenú, zelenú a modrú farbu). Úroveň napätia na každom riadku je zodpovedná za intenzitu zodpovedajúcej farby na obrazovke. Počet farieb, ktoré môže analógový displej zobraziť, je v skutočnosti obmedzený iba schopnosťami grafického adaptéra. Analógový displej sa používa v spojení s VGA, Super VGA a XGA.

Parametre najbežnejších displejov používaných na počítačoch kompatibilných s IBM PC/XT/AT sú uvedené v nasledujúcej tabuľke:

Tabuľka 2.1 Typy displejov

1.1. Monochromatický displej

Spočiatku sa IBM PC vyrábalo s monochromatickým displejom IBM (MD) a monochromatickým video adaptérom (MDA). Aj keď MDA neposkytuje možnosť využitia grafiky a rôznych farieb, vďaka vysokému rozlíšeniu - 720x350 (čo je ešte vyššie ako poskytuje EGA - 640x350) je MDA široko využívané pre aplikácie pracujúce s textami. Ďalším krokom pri zlepšovaní video systémov bolo vytvorenie Hercules Technology, INC. nový grafický adaptér Hercules (Hercules), používaný v spojení s monochromatickým displejom od IBM (MD). Tento adaptér je kompatibilný s MDA a poskytuje používateľovi grafické možnosti.

Čiernobiely displej IBM a jeho kompatibilné zariadenia používajú obnovovaciu frekvenciu 50 Hz.

1.2. Farebný displej

IBM Color Display (CD) sa používa v spojení s farebným grafickým adaptérom (CGA) a poskytuje štyri farby pre grafiku a osem farieb pre text. Samotný farebný displej má schopnosť zobraziť šestnásť rôznych farieb. Rozlíšenie farebného displeja je nižšie ako u monochromatického displeja – 640x200 a veľkosť znakov je 8 pixelov (pixel je minimálny obrazový prvok) na výšku a 8 pixelov na šírku. Vďaka tomu je badateľné, že znaky pozostávajú z jednotlivých pixelov. S príchodom vylepšeného farebného displeja s vyšším rozlíšením bol tento nedostatok odstránený.

Farebný displej má obnovovaciu frekvenciu 60 Hz.

1.3. Vylepšené zobrazenie farieb

Vylepšený farebný displej je navrhnutý na použitie s video adaptérom EGA. Má vyššie rozlíšenie – 640x350 a dokáže zobraziť viac farieb (ľubovoľných 16 zo 64) ako bežný farebný displej. Postavy sú 8 pixelov široké a 14 pixelov vysoké.

1.4. Multifrekvenčný farebný displej

Tento displej má schopnosť pracovať s rôznymi snímkovými frekvenciami, čo umožňuje podporovať režimy s rôznym rozlíšením. Typicky majú tieto displeje rozlíšenie 640x350 (čo zodpovedá EGA) a vyššie - 640x400, 640x480, 800x600, 1024x768. Posledné dva režimy sú implementované iba pomocou Super VGA a XGA video adaptérov.

Viacfrekvenčný farebný displej dokáže produkovať viac farieb ako vylepšený farebný displej. Pri behu v digitálnom režime má rovnakých 64 farieb ako ECD a pri behu v analógovom režime dokáže zobraziť prakticky neobmedzený počet farieb. Väčšinu viacfrekvenčných displejov možno použiť v spojení s VGA. Prvé modely NEC s viacfrekvenčnými displejmi nepodporovali VGA video adaptér.

1.5. VGA displej

Pre VGA video adaptér IBM vyvinula analógový RGB displej s vysokým rozlíšením, ako aj monochromatický analógový displej s vysokým rozlíšením. Na monochromatickom displeji sú rôzne farby zobrazené v rôznych odtieňoch sivej. Dva displeje (monochromatický a farebný) sú zameniteľné – aplikácie napísané pre jeden z displejov môžu bežať na druhom displeji.

Monochromatické monitory sú výrazne lacnejšie ako farebné, majú čistejší obraz a väčšie rozlíšenie, umožňujú zobraziť desiatky odtieňov sivej a sú menej škodlivé pre ľudské zdravie. Preto ich uprednostňuje mnoho profesionálnych programátorov.

Z monochromatických sú najbežnejšie používané:

● monochromatické monitory s priamym ovládaním, ktoré poskytujú vysoké rozlíšenie pri zobrazovaní textu a pseudografických symbolov, ale nie sú určené na generovanie grafických obrázkov vytvorených z jednotlivých pixelov; spolupracovať iba s monochromatickými video ovládačmi;

● Kompozitné monochromatické monitory poskytujú pri spolupráci s farebným grafickým adaptérom kvalitné zobrazenie symbolických aj grafických informácií (prirodzene však vytvárajú monochromatický, najčastejšie zelený alebo jantárový obraz).

Najvyššie rozlíšenie s dobrým prenosom poltónov spomedzi v súčasnosti používaných monitorov majú monochromatické kompozitné monitory s čiernobielym obrazom typu „papierovo biela“ (často používané v systémoch DTP); ich rozlíšenie pri spolupráci s dobrým video adaptérom presahuje 1600 x 1200 pixelov.

Farebné monitory

Farebný CRT monitor používa tri elektrónové pištole, na rozdiel od jednej pištole používanej v monochromatických monitoroch. Každá zbraň je zodpovedná za jednu z troch základných farieb: červenú (červená), zelená (Zelená) a modrá (Blue), ktorých zmiešaním vznikajú všetky ostatné farby a farebné odtiene, až 16 miliónov rôznych odtieňov poskytovaných štandardom TrueColor. Fosfor farebnej trubice obsahuje malé skupiny bodiek, z ktorých každá má tri typy prvkov (odtiaľ názov skupiny fosforových prvkov - triády),žiariace týmito primárnymi farbami a tok elektrónov z každého elektrónového dela smeruje do zodpovedajúcich skupín bodov. Takéto monitory sa niekedy nazývajú RGB monitory podľa prvých písmen názvov základných farieb, ktoré tvoria spektrum.

Elektrónový lúč určený pre červené fosforové prvky by nemal ovplyvňovať zelené alebo modré fosforové prvky. Aby ste to dosiahli

akčnému, používa sa špeciálna maska, ktorej štruktúra závisí od typu obrazoviek od rôznych výrobcov, zabezpečujúca diskrétnosť (rasterizáciu) obrazu.

CRT možno rozdeliť do dvoch tried:

●s usporiadaním elektrónových delov v tvare delta;

● s plošným usporiadaním elektrónových del.

CRT (elektrónky) s plošným usporiadaním elektrónových diel sa často nazývajú aj CRT so samokonvergenciou lúčov, pretože vplyv zemského magnetického poľa na triplanárne umiestnené lúče je takmer rovnaký a keď sa poloha elektrónky mení relatívne v tomto poli nie sú potrebné ďalšie úpravy. Tieto trubice používajú dva typy masiek: 0 „Shadow Mask“;

● „Maska slotu“.

Tieňová maska ​​je najbežnejším typom masky pre CRT monitory. Tieňová maska ​​je kovová sieťka pred obrazovkou sklenenej trubice s fosforovou vrstvou. Otvory v kovovej sieti zaisťujú, že lúč presne zasiahne len požadované fosforové prvky a len v určitých oblastiach. Minimálna vzdialenosť medzi fosforovými prvkami rovnakej farby sa nazýva rozstup bodov. Shadow mask sa používa v mnohých moderných monitoroch, najmä Hitachi, Panasonic, Samsung, Daewoo, LG, Nokia, ViewSonic.

Štrbinová maska ​​pozostáva z paralelných kovových vodičov pred tienidlom sklenenej trubice s fosforovou vrstvou. Medzery medzi vodičmi zabezpečujú, že lúč presne dopadá na požadované pásy tienenia. Fosforové prvky sú usporiadané do vertikálnych eliptických buniek a maska ​​je tvorená zvislými čiarami. Vertikálne pruhy sú v skutočnosti rozdelené do eliptických buniek, ktoré obsahujú skupiny fosforových prvkov troch základných farieb. Minimálna vzdialenosť medzi dvoma bunkami sa nazýva rozstup slotov. Štrbinová maska ​​sa používa okrem monitorov od NEC (vývojár tejto technológie) v monitoroch Panasonic s plochou obrazovkou PureFlat a LG s plochou obrazovkou Flatron.

Sony vyvinulo ploché trubice s mriežkou clony (Aperture Grill), ktoré sú známejšie ako trubice Trinitron. Mriežka otvoru je kovová mriežka zvislých línií. Namiesto eliptických buniek obrazovka obsahuje sériu vlákien pozostávajúcich z fosforových prvkov troch základných farieb, usporiadaných vo forme vertikálnych pruhov. Tento systém poskytuje vysoký kontrast obrazu a dobrú sýtosť farieb, čo spolu zaisťuje vysokú kvalitu trubicových monitorov založených na tejto technológii. Maska použitá v tubusoch od Sony, ale aj CTX, Mitsubishi, ViewSonic, je tenká fólia, do ktorej sú vyrezané tenké zvislé čiary. Drží sa na jednom (na veľkých monitoroch - niekoľkých) horizontálnom drôtenom reťazci, ktorého tieň je viditeľný na obrazovke. Tento drôt sa používa na tlmenie vibrácií a nazýva sa tlmič.

Minimálna vzdialenosť medzi dvoma vláknami rovnakej farby na obrazovke sa nazýva rozteč pásov. Vyššie uvedené pojmy: „rozstup bodov“, „rozstup štrbín“, „rozstup pásov“ možno spájať s bežnejším všeobecným pojmom „veľkosť zŕn“, o ktorom sa hovorí nižšie.

Ako farebné monitory Používajú sa aj kompozitné farebné monitory, ktoré poskytujú farbu aj grafiku, ale s dosť nízke rozlíšenie.

RGB monitory sú kvalitnejšie, majú vysoké rozlíšenie a grafické a farebné detaily majú vlastný vodič pre každý z hlavných farebných signálov (pri kompozitných monitoroch prechádzajú všetky tri farebné signály jedným vodičom).

RGB monitory pracujú v spojení s farebným grafickým ovládačom. Tri typy video monitorov: CD (Color Display), ECD (Enhanced CD) a PGS (Professional Graphics System), definovali štandard pre farebné monitory pre široké použitie, no v súčasnosti si pozornosť zaslúži len posledný z nich.