第一节显示器概况

一显示器发展概况

显示器的发展是伴随计算机的发展而发展起来的在颜色方面由单色绿色黄色琥珀色纸白色发展到彩色单色显示器由单色发展到多灰度16 个灰度单色显示器VGA 单色显示器而后发展为VGA 多频单色显示器彩色显示器最初只有4 色很快发展到8 色 16 色 64 色 2n 颜色从理论上讲颜色是无限的目前大屏幕可到数万种颜色在分辨率方面从低分辨率320×200 到中分辨率640×200  640×350  640×400到高分辨率640×480  800×600  1024×768 发展到超高分辨率1280×1024 1280×1280 1600×1280 以上显示方式为CGA  EGA Enhanced Graphic Adaptor   VGA Video Graphic AdaptorSVGA Super Video Graphic Adaptor   8514/A  TVGA   XGA VISA 等输入信号从分离式的TTL 发展为模拟信号Analog在扫描频率方面行扫描又称水平扫描从单一频率到多频自动跟踪其扫描范围从15.8kHz 到120kHz 甚至更高场扫描频率从50Hz 到120Hz 甚至更高在显像管方面从黑白显像管发展到彩色显像管从三枪到单枪从曲面发展到平面直角显像管点距玻璃体上色点之间的距离称为点距从0.6mm 以上很快发展为0.39mm  0.31mm  0.25mm  0.21mm, 甚至更小显像管点距越小显示器的分辨率越高显像管的价格越贵显示器分辨率的高低除了与显像管的点距有关外还与显示适配器又称彩色显示控制卡现在都作在主机板上有关即显示控制卡的分辨率显像管的尺寸大小向两个方向发展大屏幕发展到20 英寸以上小屏幕小到9 寸以下在电路方面从分离元件  到局部采用集成电路比如行场振荡采用集成电路  到显示器各组成部分电源扫描电路同步信号处理电路视频信号处理电路等均有部分电路采用了集成电路从小规模集成电路  中规模集成电路  大规模集成电路 到超大规模集成电路SLSI 以及微电脑的应用在元器件方面是从电子管 晶体管从大型元件  小型元件  超小型元件电阻电容电感集成电路等采用贴片技术使得体积更小提高了可靠性显示器在应用方面也越来越广泛而且在向高科技领域发展如计算机辅助设计CAD 电脑辅助生产制造CAM 各种工作站EWS 办公自动化OA 系统 高档微机监控系统和空中遥感绘图分析多媒体等下面用原理方块图说明显示器的发展概况如图1.1 所示 注凡是采用电子调整的显示器均由微电脑控制

图1.1 显示器发展示意图

 

二显示器种类

显示器主要分两大类一是平板式显示器主要包括液晶显示器等离子显示器真空荧光显示器电致发光显示器等其中液晶显示器在笔记本电脑中得到了极其广泛的应用二是阴极射线管CRT 显示器本书只介绍这类显示器阴极射线管显示器的分类方法有几种下面作具体说明1 按显示颜色分类可分为单色显示器和彩色显示器两种单色显示器屏幕所显示字符或图形的颜色取决于显像管玻璃体所涂荧光粉的颜色有绿色Green 黄色Yellow 琥珀色Amber 纸白色Paper White 该类显示器称为多灰度单色显示器单色显示器有12 英寸14 英寸的还有超小型VGA 多频单色显示器这类显示器体积小重量轻图像清晰最适用于户外或流动性强的工作场合单色显示器由于价格便宜曾经很受银行和邮电部门的欢迎

CGA EGA  TTL 多频彩显  64 色 SVGA 35.5kHz SVGA 大屏彩显 256 色 VGA 多频彩显 31.5kHz-120kHz

VGA  数控大屏幕彩显 256 色 CGA15.8kHz CGA 彩显 16 色 EGA21.85kHz EGA 彩显 64 色 VGA31.5kHz

VGA 彩显 256 色 TVGA  15.85kHz-35.5kHz SVGA 彩显 256 色 VGA 多频 31.5kHz-86kHz VGA 电位器或电子

调整 256 色 VGA 多频 31.5kHz-86kHz VGA 平面直角数控 彩显 256 色 DMA 18.43kHz 单显 绿黄琥 珀色 双频卡 15.8kHz-18.43kHz 多灰度单显 纸白色 VGA 单色 31.5kHz VGA 纸白色 多频VGA 31.5kHz-56kHz VGA 多频单显 纸白色 CGA EGA 与VGA TTL VGA 多频彩显 16-256 色 VGA 多频彩显 31.5kHz-56kHz VGA 大屏幕彩显256 色彩色显示器所采用的彩色显像管有荫罩管自会聚管而荫罩管已逐渐被淘汰彩色显示器可给出无限种颜色因此显示的图形效果令人满意由于彩色显像管的成本高而造成彩色显示器的价格较贵特别是17 寸以上的大屏幕彩色显示器就更贵了但是近两年 由于市场竞争价格大幅度下降

2 按显示卡分类可分为5 种

1 MDA 单色显示器与之相配合使用的是IBM PC 微机和单色显示适配卡Monochrome Display Adapter 它只能提供文本方式分辨率为720×350 行频为18.432kHz 场频为50Hz 而大力神Hercules 单色显示适配卡具有图形显示功能分 辨率为720×350 后来又有多灰度单色显示器

2： CGA 彩色显示器分辨率为640×200 行频为15.8kHz 场频为60Hz 现在基本被淘汰

3： EGA 彩色显示器分辨率为640×350 行频为21.8kHz 场频为60Hz 现在基本被淘汰

4： VGA 彩色显示器与之配合使用的显示卡是VGA Video Graphic Array 卡其分辨率为640×480 640×400 640×350 行频为31.5kHz 场频为60Hz/70Hz 可显示颜色为256 种另外有VGA 单色显示器这两种显示器所运行的应用程序可互换它们的输入信号均为R G B 模拟信号单色显示器用灰度表示彩色信号

5 ：多频显示器多频显示器由美日两国在80 年代率先推出多频显示器可与任何显示视配卡直接相连多频显示器首先推出的是TTL 信号输入的双频显示器显示方式有CGA 和EGA 两种例如AST IBM COMPAQ GW 等公司都曾生产过该种显示器很快又推出TTL 和VGA 两用显示器这种显示器的频率范围还不高只有31.5kHz随后VGA 双频显示器就出现了即所谓SVGA 显示器它的频率上升为35.52kHz 分辨率为800×600 并兼容标准VGA 随着计算机及其应用的迅速发展对显示器的要求越来越高因此CGA EGA 两种显示器也已逐渐被淘汰于是VGA 多频显示器就得到了极为广泛的应用和发展目前据悉它的行频可达到120kHz 甚至更高场扫描频率可达120Hz 或更高

3 按扫描频率分类

可分为单频显示器和多频显示器

1 单频显示器行扫描频率固定不变各种型号的显示器开始都是单频显示器后来发展为多频显示器

2 多频显示器它是目前市场上最流行的显示器也是今后显示器发展的方向

4. 按输入信号分类可分为两种

1 数字TTL 显示器这种显示器的输入信号是分离式的TTL 脉冲信号其输入视频信号最多有6 个R G B 各两个最多可显示颜色为26=64 n 为视频信号的个数最少为3 个最多为6 个CGA EGA 彩色显示器就属于这一类

2 模拟Analog 显示器其视频输入信号只有三个模拟信号这种显示器从理论上讲可显示无穷多的色彩但实际上要受彩色显示控制卡显示能力的限制这种显示器是今后发展的方向

显示方式见表1.1

表1.1

方式分辨率行点数行频(kHz) 极性场线数场频Hz 极性点频(MHz)

0 640×350 800 31.47 + 449 70 - 25.175

1 640×400 800 31.47 - 449 76 + 25.175

2 640×480 800 31.47 - 525 60 - 25.175

3 640×350 832 37.86 + 450 84 - 31.500

4 640×400 832 37.86 - 450 84 + 31.500

5 640×480 832 37.86 - 520 73 - 31.500

6 640×480 832 48.08 - 535 90 - 40.000

7 640×480 848 52.59 - 535 120 - 55.000

8 640×480 848 64.25 - 535 120 - 55.000

9 800×600 1024 35.16 + 625 56 + 36.000

A 800×600 1056 37.88 + 628 60 + 40.000

B 800×600 1008 44.54 + 636 70 + 44.900

C 800×600 1040 48.41 + 666 73 + 50.350

D 800×600 1040 48.41 + 641 75 + 50.350

E 800600 1040 62.50 + 625 100 + 65.000

F 800×600 1040 76.92 + 641 120 + 80.000

10 1024×768 1264 35.52 + 817 87 + 44.900

11 1024×768 1344 48.36 + 840 60 + 65.000

12 1024×768 1328 56.48 + 806 70 + 75.000

13 1024×768 1280 58.59 + 813 72 + 75.000

14 1024×768 1328 60.24 + 803 75 + 80.000

15 1024×768 1392 79.02 + 801 100 + 110.00

16 1152×864 1456 44.64 + 1026 87 + 65.000

17 1152×864 1456 54.95 + 916 60 + 80.000

18 1152×864 1456 75.54 + 994 76 + 110.00

19 1280.102 1632 45.95 - 1058 87 - 75.000

1A 1280.1024 1600 50.00 - 1150 87 - 80.000

1B 1280.1024 1600 50.00 - 1066 95 - 80.000

1C 1280.1024 1712 64.25 + 1071 60 + 110.00

1D 1024.1024 1344 81.85 + 1077 76 + 110.00

1E 1280.1024 1664 48.08 - 1105 87 - 80.00

1F 1024.1024 1344 81.85 + 1077 76 + 110.00

三扫描问题

对于扫描问题在这里不讲具体电路的工作原理而是对逐行扫描和隔行扫描做些介绍以便更多人了解什么叫逐行扫描和隔行扫描为什么电视采用隔行扫描方式为什么有的显示器采用逐行扫描有的显示器采用隔行扫描而同一种型号显示器为什么既可采 用逐行扫描又可采用隔行扫描等电子束在显像管荧光屏上的有规律的运动叫扫描电子束在显像管荧光屏上作水平方向的扫描通常叫水平扫描或行扫描本书采用行扫描这个术语电子束在显像管荧光屏上作垂直方向的扫描通常叫垂直扫描或场扫描本书采用场扫描这个术语显示器的扫描与电视一样扫描方式是从左到右自上而下地扫描在水平方向先从左到右进行正程扫描接着快速从右端回到左端完成一周工作整段时间称为“行扫描周期”其重复频率叫“行频”用fH 表示在垂直方向先自上而下进行正程扫描接着快速从下端回到上端完成一周工作整段时间称为“场扫描周期” 其重复频率叫“场频”以fv 表示一般人的眼睛对低于46Hz 的频率会感到屏幕在闪烁为了克服这种闪烁我国电视采用隔行扫描而有的显示器也采用隔行扫描我国电视采用625 行制在垂直方向上将一帧图像分成625 行来传送规定一秒钟内将图像由上而下地传送25 遍传送一遍叫一帧因此帧频是25Hz 25Hz 的扫描频率对人来讲太不适应了于是将625 行分成两次传送每次传送312.5 行叫做一场因此场频是50Hz 满足隔行扫描的条件是场频与行频之间要满足下式关系fH = n + 1/2 fv假设fz 表示“帧频” 因为fv 等于fz 的两倍所以有fH = 2n + 1 fz实际扫描过程是连续不断的所谓隔行是指在一幅画面上扫描时间相继的两行是落在相隔一行的空间位置上对于逐行扫描帧频与场频是一样的若采用隔行扫描一幅中的第一场扫描奇数行第1 3 5 7 9??行第二场扫描偶数行第2 4 6 8??行隔行扫描用示意图表示见图1.2图1.2 隔行扫描示意图图中编号1 2 3??表示扫描的时间顺序两边的编号表示扫描行的空间顺序位置实线表示正程扫描轨迹虚线表示逆程扫描轨迹从图可见第一场扫描了行第5 行开始不久转入垂直逆程第6 行开始一段之后转入垂直正程第二场开始第7 行至第10 行扫了行第10 行结束第二场转入逆程逆程结束转入第三场第三场的扫描与第一场完全重合第四场的扫描与第二场完全重合以后重复进行显示器的扫描频率与扫描线数的关系与电视相同但显示器的垂直分辨率与扫描线数不完全是一个概念

四显示方式与行场频率的关系

在行场扫描问题中已讲到我国电视标准行扫描频率为15625Hz 场扫描频率为50Hz 每场的扫描线数为312.5 线即行频/场频= 15626/50 = 312.5 线因为电视采用隔行扫描每一帧画面一幅画面分两次扫描完成625 线电视隔行扫描理论对显示器完全适用计算机的组成可分成三部分即计算机主机显示系统和电源原理方框图如图1.3所示图1.3 计算机组成示意图显示系统包括显示控制卡和显示器显示控制卡输送给显示器的信号有行场同步信号以保证显示画面的稳定有序R G B TTL 或Analog 信号输送给显示器可随时观察计算机的工作过程和结果显示卡的晶振频率或2 分频4 分频等决定了点频点周期显示卡的总偏程值决定了每行最高点数和垂直行数而点频决定了行场频率显示系统的显示方式首先最主要的是由显示卡决定行场扫描频率每行最高可显示点数和每场有可显点的最高行数实际上还要看显示器显像管荫罩孔的数目和显示器荧光屏有效尺寸以及视频信号通道的带宽是否满足要求从以上分析可以看出显示卡的制作决定了显示方式包括行场频率及其信号极性分辨率视频信号TTL 或Analog 信号比如CGA 卡行频为15.85kHz 分辨率为640×200,视频信号为TTL 电平脉冲信号16 色VGA 标准行频为31.5kHz 场频为70.08Hz 分辨率为640×480 视频信号为模拟信号Analog 颜色为无穷某一型号显示器的最高分辨率要有相应的显示卡配合使用它取决于显像管荫罩孔的数目和孔距即显像管点距显示器屏幕有效显示尺寸以及视频信号通道的带宽根据计算和实际经验得知一个14 英寸点距为0.31mm 的显示器在水平方向可实现800 个可显点像素而不可能实现1024 个可显点既使计算机设置1024×768 的显示模式虽然显示器可以工作在1024×768 显示方式但效果是不好的会造成字符图形的边缘模糊其主要原因是显示屏幕小显像管的点距不够小比如IBM8514/A 要实现1024×768 的显示则要求使用0.28mm 点距16 英寸以上的显像管若使用14 英寸显像管则要求它的点距为0.24mm 这样才能达到满意的效果

五显示器失真问题

不管是单色显示器还是彩色显示器的图像包括字符显示都会存在程度不同的失真问题由于产生失真的原因不同又分为几何失真和非线性失真两种几何失真是由于物理原因造成的例如偏转线圈制作工艺误差及其安装误差等而非线性失真是由于各元件都存在电阻损耗或元件性能在使用过程中变坏等原因造成的所以不能笼统的谈论失真问题下面对两种不同性质的失真问题进行简单的分析

1 几何失真

几何失真有枕形失真梯形失真平行四边形失真桶形失真倾斜失真5 种光栅几何失真示意图见图1.4梯形失真枕形失真枕形失真平行四边形失真桶形失真倾斜失真倾斜失真图1.4 光栅几何失真示意图下面从电工学原理角度讲一讲偏转线圈的工作原理以及由偏转线圈引起的几何失真偏转线圈分行偏转线圈和场偏转线圈它们分别使电子束作水平和垂直方向的扫描当偏转线圈有电流通过时就产生磁场电子束在磁场作用下就在屏幕上从左至右从上到下进行反复扫描行偏转线圈分上下两部分产生垂直方向的磁场使电子束作水平方向的偏转场偏转线圈分左右两部分产生的磁场是水平方向的使电子束作垂直方向的偏转如果行场偏转线圈的磁场彼此不垂直光栅就会产生平形四边形失真若磁场不对称一边强一边弱光栅就会产生梯形失真但偏转线圈作好后就不能改变如果失真太严重就得作废不太严重可通过放在偏转线圈周围的附加磁性物质所产生的附加磁场来修正使光栅几何失真限定在规定范围内由于对几何失真要求越来越严格上述办法已不能满足需要所以当前最流行的显示器都采用电子调整或通过电路进行调整的方法在第二章有详细介绍

2 非线性失真

一般系指行场扫描引起的失真即行线性失真和场线性失真行线性失真主要原因是由于行输出管放大倍数不够大高频特性不好以及阻尼管偏转线圈等都不是理想元件且存在电阻损耗等原因造成的一般利用行线性调整线圈进行调整但行扫描频率不断提高从15kHz 上升到120kHz 甚至更高采用固定不变的线性调整已不能满足要求所以当前较高档次显示器均采用动态行线性调整将在第二章详细介绍场线性失真主要原因是场输出管性能不良等原因造成的

3 延伸性失真

延伸性失真是由于电子束在荧光屏的中心区域与边缘在相同角速度下而线速度不同造成的失真这个问题将在本章第七节中讲述

第二节显示器组成原理框图及各部分主要功能

一原理框图

显示器由行扫描电路场扫描电路视频处理电路视频放大电路同步信号处理电路亮度调整电路自动亮度ABL 控制电路电源和显像管等八部分组成原理框图见图1.5 所示图1.5 显示器组成原理框图

二各框主要功能

1 视频处理电路

目前流行的显示器绝大部分是VGA 彩色显示器但个别用户还在使用TTL CGAEGA 彩色显示器所以该电路包括这两种显示器的内容VGA 显示器视频处理电路的主要功能是将计算