Система отображения информации
Задание
Разработать алфавитно-цифровое устройство отображения информации
телевизионного типа.
Исходные данные:
Информационная емкость: С = 3200 знаков
Расстояние до экрана: L = 700 мм
Наработка на отказ: Т = 14000 часов
Алфавит: Симо7
СОДЕРЖАНИЕ.
Введение
1.Расчет информационной модели.
1. Определение геометрических размеров ИП.
2. Выбор ЭЛТ.
1. Обоснование и разработка структурной схемы устройства.
1. Структурная схема проектируемого СОИ.
2. Построение знакогенератора.
3. Расчет БЗУ.
4. Разработка устройства синхронизации.
2.4.1. Расчет длительности прямого хода
развертки.
2.4.2. Разработка КГИ и КСИ.
2.5. Расчет верхней границы полосы пропускания видеоусилителя .
6. Расчет частоты и выбор тактового генератора
3.Расчет надежности.
Заключение.
Список литературы.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы в связи с автоматизацией процессов производства и
управления, развитием электронно-вычислительной техники и разработкой
систем автоматизации исследовательских и технологических работ широкое
распространение получили разнообразные устройства отображения информации.
Если информация создается или передается электронными средствами , то она
воспроизводится с помощью средств отображения информации, которые являются
электронным переводчиком, позволяющим принимать закодированную электронными
сигналами информацию.
В задачах практики часто необходимо производить отображение алфавитно-
цифровой информации, особенно в области АСУ. Реализация текстов в основном
осуществляется на экране ЭЛТ.
В данной курсовой работе разрабатывается устройство отображения пяти
символов. Для изображения этих символов используется СОИ телевизионного
типа, обладающее по сравнению с СОИ других типов рядом преимуществ. К ним
относятся: универсальность, позволяющая отображать все виды информационных
моделей, возможность совмещения информационных моделей, формируемых методом
экранного синтеза, возможность использования стандартных телевизионных
установок в качестве видеомониторов.
1.РАСЧЕТ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ
1. Определение геометрических размеров информационного поля и знаков.
Часть пространства, в пределах которого происходит формирование
отображаемой информации, называется информационным полем (ИП).
Отношение ширины информационного поля B к его высоте H называется
форматом ИП.
В буквенно-цифровых (БЦ) моделях в качестве элемента ИМ используются
буквы, цифры, условные знаки (символы), а свойства отображаемого объекта
или процесса представляются в виде буквенного текста, цифровой комбинации,
формул, таблиц. При построении БЦ ИМ все ИП разбивается на отдельные
знакоместа - части ИП, необходимые и достаточные для изображения одного
знака. Для отображения БЦ информации рекомендуется выдерживать следующие
соотношения между шириной знакоместа bz, его высотой hz, промежутком между
знаками в строке bp и промежутком между текстовыми строками hp:
bz=(2/3 - 4/5)hz (1.1)
bp=(0.3 – 0.6)bz (1.2)
Разрешающая способность или острота зрения характеризуются минимальным
углом, при котором возможно отдельное различение двух соседних точек. Этот
угол называется порогом остроты зрения ??vd. Для нормального зрения порог
остроты равен 1 угловых минут. Рекомендуемое значение в расчетах будет
равно 4 угловые минуты. Угол зрения, необходимый для надежной идентификации
элементов ИМ ??vэм, зависит от их сложности, оцениваемой количеством kэ
минимально различимых дискретных элементов, на которое их можно разложить
??vэм=kэ??vd (1.3)
Для синтеза букв и цифр используем матрицу 5х7, т.е. 7 дискретных
элементов по высоте (kэ=7) , т.о. имеем
??vэм=7х4=28`=0.45?
Зависимость между угловыми и линейными размерами иллюстрируется на
рис.1, из которого следует:
hз=2*L*tg(?vэм/2)
(1.4)
где ?vэм - угол зрения, под которым видно изображение высотой h на
расстоянии L.Поле ясного зрения человека ограничено угловыми размерами 16-
20 по горизонтали и 12-15 по вертикали. Восприятие БЦ информации при
фиксированном положении оператора предусматривает некоторые движения глаза
по строке текста, что позволяет увеличить угловой размер ИП по горизонтали
до 50.Формат ИП БЦ СОИ часто берут равным 5:3.
Рис. 1. Зависимость между угловыми и линейными размерами
По формуле (1.4) находим высоту знака:
hз = 2*700*tg(28`/2) = 5.7 (мм)
Ширину знака определяем исходя из размерности матрицы и, учитывая
рекомендации (1.1), выбирая коэффициент, равный 5/7=0.71, получаем:
bз = 5/7*5.7 = 4.1 (мм)
Находим расстояние между знаками и между текстовыми строками:
bп = 3/5*bз = 2,45 (мм) (1.5)
hп = 3/7*hз = 1.76 (мм) (1.6)
2. Выбор ЭЛТ.
В СОИ телевизионного типа используют три типа развертки :
прогрессивную,чересстрочную и функциональную.Функциональная развертка
применяется крайне редко, т.к. требует больших аппаратурных затрат на свою
реализацию.
Частота кадровой развертки для ЭЛТ с малым временем послесвечения
должна быть больше критической частоты мелькания.Обычно частоту fк выбирают
равной частоте сети переменного тока (50 Гц), исключая этим эффект
перемещения по экрану создаваемой им помехи. Частоту и период строчной
развертки выбирают из условия:
fz=Z*fk=625*50=31250 (Гц) (1.7)
где Z-число телевизионных строк в кадре, определяющее разрешающую
способность СОИ по вертикали.В телевидении стандартом принято Z=625.
Период строчной развертки Tz включает в себя время прямого хода луча по
строке Tzn и время обратного хода Tzo.Отношение
Tzo/Tz = ?z (1.8)
называется коэффициентом обратного хода строчной развертки.
Соответственно определяется
Tzn=Tz(1-?z) (1.9)
Для стандарта телевидения ?z=0.18.
Период кадровой развертки
Tk=Tkn+Tko (1.10)
где Tkn,Tko-время прямого и обратного ходов кадровой развертки.
Отношение
Tko/Tk=?k
(1.11)
называется коэффициентом обратного хода кадровой развертки .
Число телевизионных строк, формируемых за время прямого хода луча:
Zn=(1-?k)*Z
(1.12)
Для стандарта телевидения ?k=0.08.
Для формирования знаков растр разбивается на отдельные участки
(знакоместа), в пределах которых условно располагаются матрицы знаков.
Учитывая заданную по ТЗ информационную емкость индикатора, примем число
текстовых строк Nтс на экране равным 44 , а число знаков в текстовой строке
Nзтс= C/Nтс =73
Размеры информационного поля определяем следующим образом:
вертикальные
V = Nзтс*(bз+bn) = 73*(4,1+2,45) = 478,15 (мм) (1.13)
Горизонтальные (исходя из принятого стандартного соотношения 3х4)
H = Nтс*(hз+hn) = 44*(5,7+1,76) = 328,24 (мм) (1.14)
Обычно на краях телевизионного растра наблюдаются наибольшие
нелинейные искажения, а кроме того, нестабильность амплитуды сигналов
развертки может вывести края растра за пределы экрана. В связи с этим
краевые зоны растра не включают в информационное поле и размеры растра
определяют как :
Vp = V/?г = 478,15 / 0.9 = 531,27 (мм)
(1.16)
Hр = H/?в = 328,24 / 0.9 = 364,71 (мм)
где Нр, Vр и Н, V - высота и ширина растра и ИП;
?в, ?г - коэффициенты использования телевизионного растра по
вертикали и по горизонтали, имеющие обычно значения (0.7 - 0.9).
Принимаем ?в = ?г = 0.9.
По справочнику выбираем ЭЛТ типа 59ЛК2Б. Приводим общие данные, т.е.
краткую характеристику выбранной ЭЛТ и схематический чертеж:
Кинескоп. Балон стекляный. Длинна 378 мм, ширина 443 мм, высота 605 мм.
Размер изображения на экране 585х405 мм
Фокусировка и отклонение луча электростатическая. Цвет свечения экрана –
белый, послесвечение среднее. Разрешающая способность в центе – не менее
600, в углах не менее 550 линий.
Определим реальные коэффициенты использования ЭЛТ по вертикали и по
горизонтали:
Н/Нэлт = 328,24 /405 = 0.81 (1.17)
V/Vэлт = 478,15 /585 = 0.82 (1.18)
Значения по ширине и высоте входят в рекомендуемый диапазон значений
(0.7-0.9). Значит выбранная ЭЛТ удовлетворяет ТЗ.
2.ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА.
2.1 Структурная схема проектируемого СОИ.
В проектируемое устройство информация поступает из источника
информации, в качестве которогого может служить микропроцессорная система
либо устройство ввода с клавиатуры через интерфейс.
Устройство интерфейса ( УИ ) осуществляет механическое,
электрическое и алгоритмическое согласование между собой выходных цепей ИИ
и входных цепей СОИ, служит для обеспечения обмена данными между внешним
устройством и СОИ в параллельном и последовательном режимах передачи
данных.
Для временного хранения информации и организации режима
регенерации в схему необходимо включить БЗУ.В нем будет храниться код знака
и его местонахождение на экране. Таким образом, БЗУ хранит один кадр
информации. Согласно ТЗ структура кадра не изменяется, однако необходимо
предусмотреть возможность ее смены.
Для преобразования кода знаков, хранящегося в БЗУ, в последовательный код,
формирующий в процессе телевизионной развертки последовательность
видеоимпульсов для подсвета ЭО, входящих в контуры отображаемых знаков, в
схему также необходимо включить знакогенератор. Порядок следования знаков
определяется БЗУ, которое через мультиплексор подключает к видео усилителю
выходы знакогенератора.
Знакогенератор реализован на двух счетчиках Джонсона и
комбинационных логических схемах. Причем, для реализации логических
уравнений может использоваться ПЛМ или ПЗУ. Адресация номера знакоместа в
текстовой строке осуществляется с помощью счетчика знакомест СЧзн,
содержимое которого изменяется на единицу после формирования bз и bп на
телевизионной строке.
Счетчик знакомест управляется импульсами с выхода счетчика-
делителя. Емкость счетчика СЧзн должна быть равна числу знаков в текстовой
строке, а счетчика-делителя-bз+bп. После формирования всех элементов
знаков, расположенных на одной ТВ строке, осуществляется формирование
элементов следующей ТВ строки.
Устройство формирования строчных сигналов предназначено для
формирования сигналов, синхронизирующих развертку по строкам и
тактированния счетчика текстовых строк СЧтс, управляющего старшими
разрядами БЗУ.
После формирования всех текстовых строк процесс повторяется с
частотой fk, формируемой устройством формирования кадровых сигналов,
выдающего также сигналы для синхронизации развертки по кадрам.
Телевизионный растр формируется с помощью блока развертки, осуществляющего
развертку по строкам и по кадрам.
Рис. 3. Структурная схема разрабатываемого устройства
2.2 Построение знакогенератора.
Так как по ТЗ имеем алфавит из 5 символов, то целесообразно применить
метод “укрупненных элементов”, который заключается в построении монограмм
знаков, разбиении их на укрупненные элементы и составлении логических
функций.
Для отображения заданных символов используется матрица 8х14 с
размерами знака 5х7.Следовательно, необходимо применить два счетчика
Джонсона.
Монограммы знаков и временные диаграммы работы счетчиков приведены на
рис. 3-7. Для реализации системы логических уравнений может быть
использована ПЛМ или ПЗУ. При этом существенно сократятся габариты
знакогенератора и число проводников между элементами И и ИЛИ (Рис.8).
Рис. 3-7. Монограммы знаков и временные диаграммы
работы счетчиков
| | | | | | | | | | |Y0 |Y1 |Y2 |Y3 |Y4 |Y5 |Y6 | | |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7
|8 | | | | | | | | | | | | | | | | | |1 | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | |2 | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |3 | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |4 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | |5 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | |6 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|7 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |8 |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |9 | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |10 | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |11 | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | |12 | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | |13 | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | |14 | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | |X0 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |X1 | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | |X2 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |X3 | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | |
[pic]
| | | | | | | | | | |Y0 |Y1 |Y2 |Y3 |Y4 |Y5 |Y6 | | |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7
|8 | | | | | | | | | | | | | | | | | |1 | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | |2 | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |3 | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |4 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | |5 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | |6 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|7 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |8 |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |9 | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |10 | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |11 | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | |12 | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | |13 | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | |14 | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | |X0 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |X1 | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | |X2 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |X3 | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | |
[pic]
| | | | | | | | | | |Y0 |Y1 |Y2 |Y3 |Y4 |Y5 |Y6 | | |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7
|8 | | | | | | | | | | | | | | | | | |1 | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | |2 | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |3 | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |4 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | |5 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | |6 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|7 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |8 |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |9 | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |10 | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |11 | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | |12 | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | |13 | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | |14 | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | |X0 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |X1 | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | |X2 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |X3 | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | |
[pic]
[pic]
| | | | | | | | | | |Y0 |Y1 |Y2 |Y3 |Y4 |Y5 |Y6 | | |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7
|8 | | | | | | | | | | | | | | | | | |1 | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | |2 | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |3 | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |4 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | |5 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | |6 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|7 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |8 |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |9 | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |10 | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |11 | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | |12 | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | |13 | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | |14 | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | |X0 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |X1 | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | |X2 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |X3 | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | |
[pic]
| | | | | | | | | | |Y0 |Y1 |Y2 |Y3 |Y4 |Y5 |Y6 | | |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7
|8 | | | | | | | | | | | | | | | | | |1 | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | |2 | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |3 | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |4 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | |5 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | |6 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|7 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |8 |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |9 | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |10 | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |11 | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | |12 | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | |13 | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | |14 | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | |X0 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |X1 | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | |X2 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |X3 | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | |
[pic]
Рис 8. Схема реализации знакогенератора на логических элементах И, ИЛИ, НЕ
2.3 Расчет БЗУ.
Расчет БЗУ заключается в том, чтобы определить требуемое число ячеек
памяти и их разрядность, а затем подобрать ИМС.
Разрядность ячеек памяти n определяется числом разрядов, необходимых
для кодирования знака и его признаков.Т.к. по ТЗ у нас черно-белое
изображение с двумя градациями яркости, то
n = na = log2 Na
(2.1)
где na - разрядность кода алфавита;
Na=5 - число знаков алфавита.
Следовательно, n=3.
Наиболее просто последовательность выборки кодов знаков из БЗУ
осуществляется при раздельной адресации по номеру знакоместа в текстовой
строке (r младших адресных разрядов) и номеру текстовой строки ((k-r)
строчных адресных разрядов, где k - минимальное количество адресных
разрядов, необходимых для выбора требуемого количества знаков в кадре).
r = log2Nзтс = log273 = 6 (2.2)
(k-r) = log2Nтс = log244 = 5,46 (2.3)
k = 12 (2.4)
При этом требуемое число ячеек памяти БЗУ следует определять как:
Nзу > 2r *Nтс (2.5)
[pic] (2.6)
[pic]
Выбираем ближайшее большее значение:
NА=12
Т.о, емкость БЗУ должна быть
СБЗУ = 3*4096 = 12284 бит или 4096 3-х разрядных слов.
В качестве БЗУ выбираем БИС 537РУ6А, имеющую информационную емкость
4Кх1, совместимую по ходам и выходам с ТТЛ-схемами, имеющую выход с одним
состоянием.
Данная ИМС имеет время считывания информации 220 нс, потребляемую
мощность 0,1 Вт.
Для обеспечения требуемой емкости и числа адресных входов необходима
одна такая микросхема. Запись данных в ОЗУ производится логическим нулем на
входе W/R, а считывание-логической единицей.
Функциональная схема модуля БЗУ изображена на рис.10.
Рис.10 Функциональная схема модуля БЗУ
Выбор счетчиков знакомест и текстовых строк.
Из расчета БЗУ следует, что счетчик знакомест должен иметь 6 выходов
и считать до 44, а счетчик текстовых строк-6 выходов и считать до 73.
Для реализации требуемых счетчиков используем ИМС КМ555ИЕ19. ИМС
представляет собой два одинаковых 4-х разрядных двоичных счетчика в одном
корпусе. Способ реализации счетчиков знакомест и текстовых строк показан
соответственно на рис. 11 и 12
Рис. 11 Счетчик знакомест.
Рис.12.Счетчик текстовых строк.
Сброс счетчиков знакомест и текстовых строк в нулевое состояние может
осуществляться СГИ и КГИ, которые формируются устройством синхронизации.
Выбор мультиплексора.
Для того, чтобы преобразовать пятиразрядный параллельный код, поступающий
из знакогенератора, в последовательный, удобно использовать
мультиплексор.Данные из БЗУ подаются на адресные входы мультиплексора, в
качестве которого можно выбрать ИМС 155КП5.Этот мультиплексор позволяет
коммутировать данные от восьми входов на общую выходную линию.Ток
потребления этой ИМС 43 мА.
Схема цоколевки мультиплексора представлена на рис.13.
[pic]
Рис. 13. Мультиплексор.
2.4 Разработка устройства синхронизации.
Устройство синхронизации (УС) телевизионного СОИ предназначено для
синхронизации работы генераторов кадровой и строчной разверток. Все
синхроимпульсы формируются от общего тактового генератора ТГ с помощью
набора делителей частоты и схем формирования сигналов требуемой
длительности. При синтезе устройства синхронизации все временные параметры
удобно задавать в безразмерной форме - числом временных интервалов,
необходимых для развертки:
а) одного знакоместа при расчете строчных импульсов;
б) одной ТВ строки при расчете кадровых импульсов.
1. Расчет длительности прямого хода развертки в безразмерной
форме:
Nпр = Tпр / Тзм = Nзтс / ?г
(2.6)
Nпр=73/0.9=82
Период строчной развертки
Nz=Tz / Tзм = Nпр/(1- ?z)
(2.7)
Где ?z -отношение прямого хода строчной развертки к времени обратного хода
строчной развертки
Nz=82/(1-0.18)=100.
Длительность обратного хода луча
Nобр=Nz-Nпр
(2.8)
Nобр=100-82=18.
Длительность импульса СГИ определяется по формуле:
Nсги = (Nобр + Nпр)(1 – ?г) (2.9)
Nсги=100*0,1=10
На охранные зоны с обеих сторон отводится
Nв = Nпр(1-?г)
(2.10)
Nв=82(1-0.9)= 8,2
Из величины Nв на охранную зону экрана слева выделяем 4 знакоместа,
справа-4.
Длительность импульса ССИ находится по формуле:
Nсси = 0,07*Nz (2.11)
Nсси=0,07*100 = 7
Распределение безразмерных временных интервалов по ТВ строке показано на
рис.9. Начало отсчета взято от первого знакоместа .В соответствии с
диаграммой (рис.9,а) построены временные диаграммы для СГИ, перекрывающего
обратный ход луча и охранные зоны (рис.14,б) и ССИ, фронт которого
совпадает с началом обратного хода (рис.14,в).
0 4
74 78
95
а)
9.5
75 4
б)
6.65
79 83
в)
рис.14
Делитель на 8 выполнен на четырехразрядном двоичном счетчике.
Формирование требуемой длительности и временного положения СГИ и ССИ
осуществляется с помощью логических схем и двух асинхронных RS-триггеров
DD2.При достижении счетчиком 79-й комбинации срабатывает по входу S один из
триггеров, выдавая на выходе Q фронт импульса СГИ, а при достижении 4-й
комбинации сбрасывается в 0.При 95-й комбинации сбрасывается в 0 и сам
счетчик.
Аналогично при установлении на выходе счетчика кода числа 79 по входу S
срабатывает второй триггер, формирующий на выходе положительный перепад
импульса ССИ, который в свою очередь сбрасывается 83-й комбинацией на
выходе счетчика.Таким образом формируются строчный гасящий и
синхронизирующий импульсы.
Для формирования ССИ и СГИ можно было бы использовать и ПЗУ, однако это
было бы связано с большими стоимостью и энергозатратами.
2. Разработка схемы формирования кадровых гасящих и синхронизирующих
импульсов.
Методика разработки такая же, как и в п.2.4.1.
Период кадровой развертки в безразмерной форме N=625.Длительность
прямого хода луча развертки:
Nпр=(1- ?k)N
(2.12)
Где ?k =0.08-отношение длительности хода обратного луча развертки к прямому
лучу.
Nпр=575
Nобр=N-Nпр
(2.13)
Nобр=50
Nкги=Nобр+Nпр(1-Вв)
(2.14)
Nкги=108
Nкси=0,07*N
(2.15)
Nкси=0,07*625=44
Определим количество телевизионных строк, приходящихся на охранные зоны
Nв=Nпр(1-Вв)
(2.16)
Nв=58
Из величины Nв на охранную зону сверху и снизу выделяем по 29
телевизионных строк.
Распределение безразмерных интервалов времени по ТВ кадру показано на
рис. 15а, временные диаграммы для КГИ и КСИ на рис.15, в соответственно.
575
0 29 546
575
625(0)
а)
127
547 29
б)
44
576 29
в)
рис.15.
Принцип работы данной схемы такой же , как и у схемы формирования ССИ
и СГИ. При установлении на выходах счетчика комбинации на выходе триггера
появляется КГИ, который гасится при 29-й комбинации на выходе счетчика.
Аналогично срабатывает и КСИ.
Интегрирующая RC-цепочка служит для того, чтобы счетчики и триггеры
оставались в нулевом состоянии до тех пор, пока в цепях не закончатся
переходные процессы, появляющиеся после включения питания, т. е. для
начальной установки.
Ее принцип действия следующий :
В первый момент после включения питания напряжение на конденсаторе
C1 Uk=0.Затем конденсатор начинает заряжаться через резистор R1 до
напряжения Uпит. Когда Uk достигает величины минимального уровня логической
единицы, счетчики и триггеры смогут работать. К этому времени переходные
процессы должны закончиться.
Пусть время переходного процесса tп=0.5 мс.
Время зарядки конденсатора до Uпор не должно превышать tп, т.е.
tc=R1C1ln (Uпит-Uко)/(Uпит-Uпор)>tп
(2.17)
где Uко - напряжение конденсатора в начальный
момент;
Uпит=5В – напряжение, до которого конденсатор стремится
зарядиться;
Uпор=2.4В
R1C1ln(5/2.6)>0.5 *10-3
(2.18)
Пусть R1=1кОм тогда
[pic]
отсюда :
[pic]
4. Расчет верхней границы полосы пропускания видеоусилителя.
Верхняя граница полосы пропускания fв для видеоусилителя
определяется из выражения:
fв > fzNэс/[2(1- ?z) ?г]
(2.19)
где fz=31250 Гц-частота строчной развертки
Nэс=384
?z =0.18
?г =0.9
[pic]
2.6 Расчет частоты и выбор тактового генератора
Частоту тактового генератора выберем из условия:
Fтг=Nэсfz/[(1- ?z) ?г]
(2.20)
Fтг=384*31250/0.82*0.9=16.26 МГц
Принимаем Fтг=16 МГц
Примем нестабильность тактового генератора равной
?fтг=10-6
(2.21)
Для получения тактовой частоты с такой нестабильностью применяем
генератор с кварцевым резонатором в цепи положительной обратной связи
(рис.16).
Рис.16
Для осуществления процесса генерации необходимо выполнение баланса
амплитуд и фаз.
K*?>=1
(2.22)
?k*??=2?n
(2.23)
где n=0,1,2…
K-коэффициент усиления разомкнутого звена;
X-?оэффициент обратной связи.
Усиление, согласно рис.16, обеспечивается DD1.1 и Rос. Положительную
обратную связь обеспечивают DD1.2, ZQ и C1. R1 служит для подстройки
частоты. Rос необходимо для выведения DD1.1 в линейный режим. Для
усилительного звена генератора справедливы уравнения:
K=Uвых/Uвх
(2.24)
Uвх=(Uвых1*Rвх)/(Rос+Rвх)
(2.25)
где Rвх-входное сопротивление DD1.1.
Из (2.24) и (2.25) следует:
K=Rос/Rвх+1
(2.26)
Для второго (инвертирующего) звена справедливо
?=Uвых2/Uвх2
(2.27)
Uвых2=Uвх2/(Z+Rвх)
(2.28)
Из (2.27) и (2.28) следует:
?=Rвх/(Z+Rвх)
(2.29)
где Z-сумма комплексных сопротивлений кварцевого резонатора и конденсатора
С1.
Элемент DD1.3 применяется как буферный, чтобы уменьшить влияние нагрузки
на частоту генератора.
Принимаем частоту тактового генератора 16 МГц. Выбираем кварцевый
резонатор с частотой возбуждения, равной выходной частоте ТГ.
Z=Zzq1+1/(2*?*fтг*С1)
(2.30)
Где Zzq1-комплексное сопротивление кварцевого резонатора, равное 50
Ом.
Rвх для DD1 определяется по максимальному входному току ИМС .В
качестве DD1-DD3 выбираем ИМС 1533ЛН1, имеющую Iвхmax=Iвх0=0.2мА, Uвх0=0.5
В.
Rвх=Uвх0/Iвх0=2.5 кОм
Принимаем К=15, ?=0.5
Тогда, согласно (2.22)
K*?=7.5
Согласно (2.29) и (2.30) находим емкость С1:
C1=1/[2*?*fтг*(Rвх/?-Zzq1-Rвх)]
(2.31)
C1=1/(2*3.14*16*106(2500/0.5-50-2500))=2.9 пФ
По ГОСТ 2519-67 выбираем конденсатор 3.0 пФ.
Конденсатор С2 вводим в состав схемы для подавления составляющей второй
гармоники кварцевого резонатора. Номинал С2 рассчитываем по формуле:
С2=1/(4*?*fтг*Rвх)
(2.32)
С2=1/(4*3.14*16*106*2500)=1.5 пФ
Определяем сопротивление обратной связи:
Rос=(К1-1)*Rвх
(2.33)
Где К1=(1-0.2)*К=12
(2.34)
Rос=27.5 кОм
По ГОСТ 2825-67 выбираем 31 кОм.
Определяем общее сопротивление обратной связи:
Rобщ=(К2-1)*Rвх
(2.35)
Где К2=К*(1+0.2)=18
(2.36)
Rобщ=42.5 кОм
Определим R1:
R1=Rобщ-Rос=15 кОм
(2.37)
По ГОСТ 2825-67 выбираем подстроечный резистор:
R1=15 кОм+20%
3.РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ.
Надежность разрабатываемого СОИ определяется по формуле:
p=exp (-??i*t*ki)
(3.1)
где ?i-интенсивность отказов i-го элемента
t= 14000 время наработки на отказ
ki-количество элементов i-го типа
?=10-7 1/час (для конденсаторов)
2.5-1 1/час (для резисторов)
3*10-7 1/час (для микросхем)
p=0,820.25
Вероятность отказа составляет
Q=1-p
(3.2)
Q=0,180.75
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1.Яблонский Ф.М. Троицкий Ю.В. Средства отображения информации.-М.:Радио и
связь.1985.
2.Шило В.А. Популярные цифровые микросхемы.-Челябинск:Металлургия.1989.
3.Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник/Под ред.
С.В.Якубовского.-М.:Радио и связь.1990.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном проекте мы разработали буквенно-цифровое СОИ телевизионного
типа , которое позволяет отобразить 5 символов, заданных по ТЗ , в
произвольном порядке на экране ЭЛТ. Данное СОИ нельзя широко использовать
из-за малого основания алфавита, но если в разработанной схеме заменить
знакогенератор, то ее можно будет использовать в промышленности.
-----------------------
?vэм
h
L
УС
УА
УИ
БЗУ
ЗГ
MS
ВУ
A
D
3
4
N
G
Б
ТГ
УР
От ИИ
ЭЛТ
ТГ – тактовый генератор
УС – устройство синхронизации
УА – указатель адреса
УИ – устройство интерфейсное
БЗУ – буферное запоминающее устройство
ЗГ – знакогенератор
MS – мультиплексор
ВУ – видеоусилитель
УР – устройство развертки
ЭЛТ – электронно-лучевая трубка
ИИ – источник информации
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
1
&
&
&
&
1
“7”
1
“И”
1
“C”
1
М
1
“О”
C
D0
D1
D2
D3
R
PE
CT
Q0
Q1
Q2
Q3
TC
CEP
C
D0
D1
D2
D3
R
PE
CT
Q0
Q1
Q2
Q3
C
D0
D1
D2
D3
R
PE
CT
Q0
Q1
Q2
Q3
TC
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
A11
R/W
OE
RAM
D0
D1
D2
D3
CEP
C
D0
D1
D2
D3
R
PE
CT
Q0
Q1
Q2
Q3
&
1
&
1
&
1
&
&
&
S
R
T
Q
Q
S
R
T
Q
Q
СГИ
ССИ
С
SR
СТ
1
2
4
8
ТС
С
CET
SR
СТ
1
2
4
8
&
1
&
&
S
R
T
Q
Q
S
R
T
Q
Q
КГИ
КСИ
С
SR
СТ
1
2
4
8
ТС
С
CET
SR
СТ
1
2
4
8
&
1
1
1
DD1.1
DD1.2
DD1.3
ZQ1
C1
Roc
R1
Fтг
C2 |
