CRT顯示器介面

8.2CRT顯示器介面

CRT(CathodeRayTube，陰極射線管)顯示器是微機系統(tǒng)中一種最基本的人機交互輸出設備。由於它能將電腦中的數(shù)據(jù)以字元、圖形和圖像的形式在螢光屏上直觀地顯示出來，並且具有回應速度快、無噪音、無機械磨損、使用方便等優(yōu)點，因而被作為一種理想的人機交互設備在微機系統(tǒng)中廣泛使用。

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一、概述

CRT終端產(chǎn)品的種類很多，按其功能的不同，一般可分為字元終端和圖形終端兩類。字元終端成本較低；圖形終端的功能比字元終端更強，但成本較高。進行漢字顯示時，由於漢字數(shù)量多、筆劃繁，漢字的顯示一般被當作圖形處理。

按顯示色彩劃分，CRT顯示器可分為單色和彩色兩類。單色顯示器(MD)只有一種顏色(通常為綠色)，接收的並不是合成視頻信號，而是彼此分離的圖像信號、水準同步信號、垂直同步信號，外加一亮度信號。單色顯示器與單色顯示適配器(MDA)配套使用。

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主要性能指標是：80x25個字元的螢幕格式；解析度為720x350；9x14字元框，實際字元點陣為7x9。適合文字處理之類的應用。彩色顯示器的CRT有紅(R)、綠(C)、藍(B)三色電子槍，三色視頻信號分別控制三原色的亮暗，從而產(chǎn)生多種不同的顏色。色彩數(shù)目的多少與顯示器性能相關。彩色顯示器按解析度的高低可分為彩色顯示器(CD)、增強彩色顯示器(ECD)和視頻陣列彩色顯示器(VCD)等等。

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彩色顯示器CD與彩色圖形適配器(CGA)配套使用，解析度為640x200，可顯示4種彩色圖形和16種彩色文本；增強彩色顯示器ECD與增強型圖形適配器(EGA)配套使用，解析度為640x350，可顯示16種彩色圖形和16種彩色文本；視頻陣列彩色顯示器VCD與視頻圖形陣列適配器(VGA)或增強VGA(如VESA卡)配套使用，解析度可達640x480，800x600或1024x768，可顯示256種彩色圖形和16種彩色文本。

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在PC微機中，MDACGA和EGA適配器目前幾乎不再使用。VGA和VESA適配器則主要用在386、486、586等高檔微機以及CAD系統(tǒng)、圖形圖像處理系統(tǒng)、桌面印刷系統(tǒng)等專用顯示系統(tǒng)中，是目前應用最廣的顯示適配器。

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二、CRT顯示器原理

CRT顯示器是利用陰極射線管中高速電子束的不斷掃描來實現(xiàn)螢幕上的字元／圖形顯示的。陰極射線管由電子槍、螢光屏及管殼等三部分組成。在螢光屏內(nèi)表面塗有螢光粉薄膜，當電子槍射出的高速(約每秒60000km以上)電子束撞擊到螢光屏上時，可使對應位置的螢光膜發(fā)光，通過對電子束聚焦，便在螢幕上出現(xiàn)清晰的小光點。

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光點的亮度取決於電子束的強弱，而電子束的強弱可由視頻信號(“1”或“0”)決定。光點的位置則受掃描電路的控制，掃描發(fā)生器產(chǎn)生水準掃描和垂直掃描信號，經(jīng)同步後控制電子束在螢幕上的位置變化，掃描過程如所示。

圖8.6

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水準掃描和垂直掃描都有正程和逆程(回掃)之分，正程顯示，逆程消隱。當電子束按從左到右、自上而下／幀序掃描到最後一行的最右端時，即構成一幀完整的畫面，光點重新回到左上端(原點0)，開始新一幀掃描。利用螢光膜有一定的餘輝時間和人眼的視覺滯留作用，只要幀掃描達到每秒鐘25次以上，就能獲得穩(wěn)定的圖像，使人眼沒有閃爍的感覺。

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顯示在螢幕上的每一個字元都由稱為點陣的光點圖形來表示。對於單色顯示器來說，點陣以黑底亮點或以亮底黑點的方式出現(xiàn)，每個字元—·般由5x7、7x9或更多點的點陣圖形來表示。點陣點數(shù)越多，顯示清晰度越高，相應地要求CRT的解析度越高。例如，當採用5x7點陣時，每個字元用35個點的點陣表示，字元“OY”的點陣圖如所示。。圖8.7

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圖中黑點、空白分別對應“1”、“0”代碼。每條線對應的代碼稱為字元點陣的線代碼。為了得到良好的視覺效果，實際上在字元的上、下方還需留出一定的間隔，所以一般需要8—l0條線來顯示一個字元，即留出l～3行的空白。

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一般的CRT一屏可顯示24行，每行可顯示80個字元。值得指出的是，並不是掃描顯示出一個完整的字元後再掃描顯示下一個字元，而是先掃描出某字元行第一線上每個字元中屬於該線的所有點，再掃描出該行字元第二線上的各點，依此類推。如5x7點陣中，當掃描完第7線時便掃描出該字元行的全部字元。

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三、CRT顯示器介面

CRT顯示器通過介面電路(適配器)與微機連接，根據(jù)不同的性能要求有多種不同的結構，並且不斷有高性能、高質(zhì)量的顯示器和適配器出現(xiàn)。給出了介面電路的基本原理圖。介面電路由字元發(fā)生器、顯示緩衝器RAM、CRT控制器、移位寄存器和視頻信號合成器等幾個主要部分組成。圖8.8

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1．字元發(fā)生器字元發(fā)生器的作用是將顯示記憶體RAM中代表一個字元的ASCII碼變換成點陣資訊(如5x7、7x9等)，以便送出去控制電子束的強弱，從而在螢幕上打出相應字元的光點圖案。從廣義上講，字元發(fā)生器就是一個將ASCII碼轉(zhuǎn)換成點陣碼的代碼轉(zhuǎn)換電路。圖8．9給出了5x7點陣字元發(fā)生器的內(nèi)部結構圖。圖中，來自顯示RAM的ASCII碼經(jīng)解碼後選擇不同的字元。7位ASCII碼的不同取值與128個不同字元對應。圖8.9

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來自CRT控制器的線選地址經(jīng)解碼後用來選擇每個字元點陣中不同行線的線代碼輸出RS2RS1RS0為001時，選擇線1；為010時，選擇線2；…；為111時，選擇線7。如此連續(xù)7次，便可掃描輸出一個完整字元在螢幕上顯示出來。字元ROM是字元發(fā)生器的核心部件，它存儲了全部字元(128個)的5x7點陣資訊。

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例如字元“B”的ASCII碼是42H，它的5x7點陣與輸入／輸出的關係如圖8．10所示。注意，圖中線選地址為000時，沒有數(shù)碼的點陣被選中，5位輸出都為0，正好可作為字元行之間的間隔提供空格。由此可見，所謂字元發(fā)生器實際上是一個以ASCII碼為高位地址，以線選地址為低位地址的只讀記憶體ROM，ROM中存放的內(nèi)容為字元的線代碼。

圖8.10

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2．顯示緩衝器RAM

通常又稱為視頻隨機記憶體(VRAM)。用於存放要顯示的資訊，包括顯示字元碼和顯示屬性碼。當要在螢幕上顯示字元時，通常採用的方法是把顯示畫面劃分成許多方塊，每個方塊為顯示一個字元的位置，圖8．11所示為80x24字元的螢幕格式。螢幕上的這些小方塊稱作字元窗口，對應於每個字元窗口，把要顯示字元的ASCII碼和屬性碼預先存放在VRAM中。圖8.11

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螢幕的字元窗口與VRAM的存儲單元有著一一對應的映射關係。一個字元窗口對VRAM中兩個存儲單元，其中偶地址單元為字元的ASCII碼，奇地址單元為字元的屬性碼。對應關係如圖8．12所示。在顯示過程中，首先CPU把要顯示的內(nèi)容存人顯示記憶體，然後在CRT控制器的控制下，不斷從顯示記憶體中讀出已存入的資訊，轉(zhuǎn)換成所需要的視頻信號，送到CRT的陰極去控制電子束，以便在螢幕上顯示出穩(wěn)定的字元和圖像。

圖8.12

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根據(jù)顯示RAM的任務需要，介面為它安排了兩套地址，通過地址多路轉(zhuǎn)換器進行切換。一套地址是CPU訪問VRAM的地址，用來接收主機送來的要顯示資訊，稱為寫信息地址；另一套地址是根據(jù)螢光屏顯示格式安排要讀出進行顯示的資訊地址，這套地址與螢光屏上的位置一一對應，它是由CRT控制器內(nèi)部迴圈加1計數(shù)器提供的，稱為讀資訊地址。

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3．CRT控制器

CRT控制器是CRT介面的核心部件，其主要功能如下：(1)提供讀顯示RAM的掃描地址和螢幕顯示的掃描地址:它包括由八十進位計數(shù)器提供的字元地址；由八進制計數(shù)器提供的線選地址和由二十四進制汁數(shù)器提供的字元行地址。

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每發(fā)出80個字元地址，字元行地址自動加1；每對應一個字元行地址，3位線選計數(shù)器計數(shù)一個迴圈，以完成8次水準掃描(包括字元行與字元行之間的空格掃描)；字元行地址加到24後自動回0，下一幀掃描又重新開始。字元地址和字元行地址結合產(chǎn)生1920個顯示RAM地址。

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(2)提供時序控制信號

水準同步、垂直同步及消隱信號：水準同步信號與水準掃描的頻率相同，垂直同步信號與垂直掃描的頻率相同，都為負脈衝。與此對應的消隱信號可以用水平與垂直同步信號“或”起來得到，即利用這兩個信號的“0”電平來達到回掃期間消隱的目的。

鎖存器的鎖存信號：它與讀顯示RAM地址信號相對應，用來將從顯示RAM中讀出的資訊暫存到鎖存器中。

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移位寄存器的串行移位信號：又稱為打點時鐘信號，利用它將字元發(fā)生器輸出的並行字元信號通過移位寄存器轉(zhuǎn)換為串行光點信號去控制電子束的發(fā)射。4．移位寄存器和視頻信號合成器

移位寄存器：在打點時鐘控制下，把從字元發(fā)生器並行輸出的線代碼變成串行形式送往視頻輸出電路。因為在顯示字元過程中光柵掃描是逐行從左向右進行的，所以用來控制光點亮度的視頻信號必須是與之對應的串行脈衝信號串。

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視頻信號合成器：將字元圖形資訊與水準同步、垂直同步、消隱三種信號合成為一種複合資訊流，即視頻信號。為了適應大批量生產(chǎn)CRT顯示裝置的需要，各個半導體器件生產(chǎn)廠家紛紛推出自己的CRT控制器專用介面晶片(簡稱CRTC)。CRTC把CRT控制58的功能集成在一塊晶片內(nèi)，並且一般是可編程的，從而大大簡化了CRT顯示系統(tǒng)的設計。該器件在可編程智能終端、資訊顯示器、電視遊戲機等領域得到了廣泛應用。

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隨著大規(guī)模積體電路技術的迅速發(fā)展，CRT終端採用了單獨的微處理器控制，