Система отображения информации
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.
1.1. Определение геометрических размеров ИП.
1.2. Выбор ЭЛТ.
2. Обоснование и разработка структурной схемы устройства.
2.1 Структурная схема проектируемого СОИ.
2.2 Построение знакогенератора.
2.3 Расчет БЗУ.
2.4 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 .
2.6. 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
1.1 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:
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
Для синтеза букв и цифр используем матрицу 5х7, т.е. 7 дискретных элементов по высоте (kэ=7) , т.о. имеем
Зависимость между угловыми и линейными размерами иллюстрируется на рис.1, из которого следует:
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.
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:
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
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.
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
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
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).
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.
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
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.
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.
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.
2.4.2 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:
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.
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.
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.