063 一种VGA彩显维修用信号源的设计制作样本
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本系统开发工具：单片机/汇编
本设计包含内容：源代码+毕业论文+开题报告+答辩稿
论文大概：
 1.彩色显示器工作原理
CRT的工作原理是由灯丝、阴极、控制栅组成电子枪,通电后灯丝发热,阴极被激发,发射出电子流,电子流受到带有高电压的内部金属层的加速,经过透镜聚焦形成极细的电子束,打在荧光屏上,使荧光粉发光。电子束在偏转线圈产生的磁场作用下,可以控制其射向荧光屏的指定位置,电子束打在荧光屏上后会形成一个发光点,若干个发光点就可以组成图象。RGB三色荧光点被不同强度的电子束击中,就会产生各种色彩,通过控制电子束的强弱和通断,则可以形成各种绚丽多彩的画面。一般荫罩式显像管的内部有一层类似筛子的网罩,电子束通过网眼打在呈三角形排列的荧光点上,三把电子枪分别对应RGB三色,所以叫做“三枪三束”显像管。荫栅式显像管（例如特丽珑与钻石珑）的原理也是一样,只不过此类显像管的网罩是将许多光栅纵向固定在框里形成的。
所谓点距就是指同一象素中两个颜色相近的磷光体之间的距离。屏幕是由许多个像素组成,而每个像素又是由红绿蓝三个磷光体组成,因为像素与像素是挨着的,所以相临的像素中相同颜色的磷光体之间的距离就是点距。目前CRT显示器的点距大多为0.22-0.26毫米,
分辨率
分辨率是一个非常重要的性能指标。它指的是屏幕上水平和垂直方向所能够显示的点数（屏幕上显示的线和面都是由点构成的）的多少,分辨率越高,同一屏幕内能够容纳的信息就越多。对于一台能够支持1280x1024分辨率的CRT来说,无论是320x240还是1280x1024分辨率,都能够比较完美地表现出来（因为电子束可以做弹性调整）。但它的最大分辨率未必是最合适的分辨率,因为如果17寸显示器上到1280x1024分辨率的话,WINDOWS的字体会很小,时间一长眼睛就容易疲劳,所以17寸显示器的最佳分辨率应为1024x768。
    刷新率
对于CRT来讲,屏幕上的图形图像是由一个个因电子束击打而发光的荧光点组成,由于显像管内荧光粉受到电子束击打后发光的时间很短,所以电子束必须不断击打荧光粉使其持续发光。电子枪从屏幕的左上角的第一行（行的多少根据显示器当时的分辨率所决定,比如800X600分辨率下,电子枪就要扫描600行）开始,从左至右逐行扫描,第一行扫描完后再从第二行的最左端开始至第二行的最右端,一直到扫描完整个屏幕后再从屏幕的左上角开始,这时就完成了一次对屏幕的刷新,周而复始。这样我们就能够理解,为什么显示器的分辨率越高,其所能达到的刷新率最大值就越低。一般来讲,屏幕的刷新率要达到75HZ以上,人眼才不易感觉出屏幕的闪烁,CRT显示器的刷新率是由其行频和当时的分辨率决定的,行频越高,同一分辨率下的刷新率就越高；而行频一定的情况下,分辨率越高则它所能达到的刷新率越低。
视角。
目前大多数纯平显示器的视角都能达到180度,也就是说,从屏幕前的任意一个方向都能清楚地看到所显示的内容。
可视面积。
可视面积指的是在实际应用中,可以用来显示图像的那部分屏幕的面积。因为CRT显示器的尺寸实际上是其显像管的尺寸,可以用来显示图像的部分根本达不到这个尺寸,因为显像管的边框占了一部分空间。一般来讲,17寸CRT显示器的可视面积约在15.8-16英寸左右,而15寸显示器的可视面积则只有13.8英寸左右。
尽管显示器的新品层出不穷,但CRT（Cathode Ray Tube,阴极射线管）的基本工作原理一直沿用了几十年,直到今天也没有太大的变化。显示器是一种复杂的设备,其扩展性和可靠性也十分惊人,在这一方面,电子控制起了很大的作用,任何机械都会有磨损,唯有用电子元件才能延长寿命,甚至能适应数千小时的工作。电子枪是显像管的核心,它发出的电子束击中光敏材料（荧光屏）,刺激荧光粉就能产生图像。实际上,电子枪和大体积、功率强劲的二极管没有什么区别,其原理也适用于电视机和示波器。
 1）生成图像
CRT分为几个部分：Deflection Coil（偏转线圈）用于电子枪发射器的定位,它能够产生一个强磁场,通过改变强度来移动电子枪。线圈偏转的角度有限,当电子束传播到一个平坦的表面时,能量会轻微地偏移目标,仅有部分荧光粉被击中,四边的图像都会产生弯曲现象。为了解决这个问题,显示器生产厂把显像管制造成球形,让荧光粉充分地接受到能量,缺点是屏幕将变得弯曲。电子束射击由左至右,由上至下的过程称为刷新,不断重复地刷新能保持图像的持续性。
 2）混合颜色
旧式的显示器只有单一的电子枪,仅能产生黑白两种颜色,即是传说中的Monochrome Monitor（单色显示器）。新一代显示器有三只电子枪,每个电子枪都有独立的偏转线圈,分别发出RGB（Red、Blue、Green,红、蓝、绿）三束光线,混合光线可以产生1600万种颜色,或者说真彩色。某些显示器能用一个电子枪发出三束光线,经过混合亦能生成其它颜色。生成彩色图像电子枪要扫描屏幕三次,其过程比黑白图像复杂得多。
3）回转变压器（Flyback Transformer）
回转变压器类似发动机点火线圈,在特定时间发出一个低能量信号给回转磁线圈,并生成磁场。当低能量源关闭后,磁线圈的能量转移到高能量输出中,最后传到电子枪发出电子束。依照CRT尺寸的不同,产生的能量也各有差异,通常在10000伏至50000伏之间。当电子枪完成一条线的扫描后,回转变压器会放出能量,关闭电子枪并消去磁场,强制光束发到屏幕的其它位置,就能画出下一条线。在显示器开启时,不要直接触摸CRT,它带有上万伏的电压,你会被击伤并导致死亡。
4）垂直和水平同步
垂直和水平是CRT中两个基本的同步信号,水平同步信号决定了CRT画出一条横越屏幕线的时间,垂直同步信号决定了CRT从屏幕顶部画到底部,再返回原始位置的时间,垂直同步也可以称为刷新率。显卡把这两个参数提供给显示器,显示器用它们来驱动内部振荡电路,确定显示器与当前显卡的设置相同。标准电视机的水平同步信号=512线×30帧/秒=15.75kHz,显示器的水平同步信号可任意调节,幅度在15.75kHz－95Khz之间。把水平同步信号反转能够得出扫描一条线的时间,即1/17.75Khz=63.5微秒。在垂直折回脉冲使电子枪关闭后,电子枪会返回原来位置,电视机扫描一帧图像要返回525次。因为CRT的频繁开关和扫描切换,在屏幕上实际表现出来的线数比525要少一些,约为428－399条线。
5）交错和非交错
显示器表现的是静态画面,并以连续的画面来组成动画,由于电脑画面是随机的,无法预先录制,在玩3D游戏时就会感到画面的过渡出现停顿感。为了追求显示画面的速度,需要采用的二种不同扫描方式。电视机采用的是交错（Interlace）扫描,机器本身刷新速度不足,每一帧都要刷新两次,由于人眼的视觉暂停原理,会感到画面是连续播入的,缺点是人眼能发现两次刷新的不同,感到屏幕有闪烁,长时间观看容易使眼睛疲劳。显示器的隔行扫描与之相近,但有少许不同。电视机能稳定运行在30Hz,或30帧/秒,但早期CRT并不能保持刷新率不变,磁偏转线圈常常影响着电子束的发射,有时还会减弱电子束,以及荧光粉的发热时间的限制,导致上半部分屏幕比下半部分屏幕更亮,所以我们不能再沿用电视机的技术,必须有所突破。后来,人们采用了分线刷新的方法,第一次扫奇数行、第二次扫偶数行,缺点是每做一样工作要刷新两个周期,显示器的反应较慢,当然,画面闪烁是少不了的。不过,也因此而增加了显示器的刷新速度,以30fps的频率实现60fps图像亦变为可能,避免了显像管负荷过重而烧毁。幸运的是,在荧光粉发热时间和稳定性增加,以及电子枪得到重大改进的今天,上述发生早期CRT应用的问题亦不复再现。
6）金属隔板技术
点状阴罩（Shadow Masks）指电子枪和荧光屏之间放置一个金属隔板,上面有许多小洞让电子通过。其作用是防止一个荧光点加热时传导到附近的点,分离显示器的色彩。在阴罩技术方面,有两点最重要：一是如何使用更薄的金属来制造隔板,并缩小点与点之间的位置（Dot Pitch,点距）,让它与屏幕上的点一一对应；二是如何修正电子束的颜色,让它更符合要求。
阴罩的主要缺点是金属板会随着能量的变化而产生弯曲,特别是在高亮度的情况下,需要更多的能量来战胜阴罩的阻抗,弯曲会更加严重。金属板变形使电子束偏离原定目标,显示的画面会模糊不清。为此,人们只好不断寻找合适制造阴罩的金属,目前效果最好的是INVAR（不胀铜）,它是镍/铁合金,膨胀率几乎为零。阴罩的第二个缺点是屏幕弯曲会产生刺眼的眩光,用AGC（Anti Glare Coatings,防眩光涂层）能解决这个问题。
Aperture Grills（栅条式金属板）的原理和阴罩差不多,只是圆孔换成了垂直的栅条,增加了电子束的穿透率。由于栅条是垂直的,可以使用柱面显像管,在垂直方向实现完全平面。缺点是金属板过热会导致栅条间隔变小,显示图像模糊。除此之外,栅条的微小振动也会导致画面颤抖。Sony的Trinitron（特丽珑）采用了两条水平金属线来固定栅条的位置,虽然在高亮度时可以见到约隐约现的金属线,但并不影响画面的完整。
slot mask（槽状阴罩）是NEC和Panasonic开发的新技术,它结合了传统阴罩和栅条金属板的优点,以重直长方形栅条代替了旧式的圆点,增加了电子束的穿透率。不过,它仍然无法避免金属板的变形,唯有沿用原有的球状显像管。另外,槽的形状还要尽量接近电子束的外形,防止荧光粉受到过多的能量照射。
2. VGA信号时序
图1所示是计算机VGA（640×480,60Hz）图像格式的信号时序图,其点时钟DCLK为25．175MHz,场频为59．94Hz。图中,Vsync为场同步信号,场周期Tvsync为16．683ms,每场有525行,其中480行为有效显示行,45行为场消隐期。场同步信号Vs每场有一个脉冲,该脉冲的低电平宽度twv为63μs（2行）。场消隐期包括场同步时间twv、场消隐前肩tHV（13行）、场消隐后肩tVH（30行）,共45行。行周期THSYNC为31．78μs,每显示行包括800点,其中640点为有效显示 图2区,160点为行消隐期（非显示区）。
    行同步信号Hs每行有一个脉冲,该脉冲的低电平宽度tWH为3．81μs（即96个DCLK）；行消隐期包括行同步时间tWH,行消隐前肩tHC（19个DCLK）和行消隐后肩tCH（45个DCLK）,共160个点时钟。复合消隐信号是行消隐信号和场消隐信号的逻辑与,在有效显示期复合消隐信号为高电平,在非显示区域它是低电平〔1〕。
 
3.信号源原理简介
该信号源的电路原理如图2。其核心器件为进口专用芯片MSE618N。图1为其内部结构,它包含了中央处理器、图像形成与同步发生、同步形成、RGB合成及极性控制等所需功能单元,各脚功能见表2。外围电路较为简洁,S1～S6为六种图像选择输入键盘,用于输出信号转换,三基色数据信号经V1～V3管输出；CK1、CK2分别是标准15芯、9芯D型阳插头信号输出端子,以便与各型彩显配接。
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4.使用方法
将电源线接入市电,开启电源开关,指示灯点亮,表明信号源已进入正常工作状态。根据彩显信号线插头型号,选择插入15芯或9芯插座。若彩显无故障,即显示460×480A模式图像（标准彩条）。此时行场同步均为负极性,适合目前流行的绝大多数彩显,若显示不正常,可轻触S2或S3选择不同极性的行场同步信号,以便使该彩显正常显示。按动S4和S5可分别显示分辩率为800×600和1024×768的彩色图像,S6可选择白场,用于调整彩显的白平衡。由于该信号源采用专用IC制造,具有功能齐全,性能稳定可靠等特点,加之专业ABS彩面机壳(198mm×176mm×70mm),是一种科技与工艺完美结合的产品,非常适合电脑公司与家电维修部门使用