第 8章 显示系统
本章介绍了显示系统的技术指标和显示原理,还
介绍了显示卡、图形加速、显示器和平板显示器等。
8.1 显示系统简介
8.2 显示系统的技术术语和技术指标
8.3 显示卡
8.4 3D图形加速
8.5 CRT显示器
8.6 平板显示器
退出
8.1 显示系统简介
8.1.1 显示系统
说到微机的显示系统,我们首先想到的是显示器,
但是实际上,显示系统是由显示器、显示适配器(显
示卡)和显示驱动程序组成的。显示器和显示卡的连
接如图 8-1。屏幕画面的形成过程大致是,……
图 8-1 显示器的连接示意
显示卡的性能指标,即输出的视频和同步信号的
质量高低,决定着系统信息显示的最高分辨率和彩色
深度,即画面的清晰程度和色彩的丰富程度。显示驱
动程序是与显示卡一一对应的配套软件,它控制着显
示卡的工作和显示方式的设置。显示器则负责将显示
卡输出的高质量视频信号转换为高质量的屏幕画面
VGA,TVGA,SVGA等显示模式,主要是指显示屏
幕上图像分辨率的高低,目前的显示卡和显示器可以
兼容各种标准显示模式,因此显示卡和显示器都具有
充分的互换性。
8.1.2 显示视频接口
显示卡通过系统 I/O总线与主机连接,早期采用
ISA,VESA,后来改用 PCI,目前多采用 AGP。
显示卡提供一个标准的 VGA视频接口插座,用于连
接显示器的信号电缆插头,将其输出信号送到显示器。
显示视频插座是一个 9针或 15针的 D型插座,外形如图
8-2所示。目前的显示卡都是采用一个 15针的 VGA显示
器插座。
图 8-2 显示卡上的显示器插座
VGA显示卡采用 15针 D型插座同显示器连接,其输
出的是 VGA,SVGA模拟视频信号,插座各针的输出信号
定义是:针 1为红色模拟视频信号 R,针 2为绿色模拟视
频信号 G,针 3为蓝色模拟数字视频信号 B,针 4,5,9、
12和 15未用,针 6为红色视频信号的地线 R-GND,针 7为
绿信号地线 G-GND,针 8为蓝信号地线 B-GND,针 10为同
步信号的地线 Sync-GND,针 11为系统地线 GND,针 13为
行同步信号 Hsync,针 14为场同步信号 Vsync。
目前的显示卡可以设置输出多种显示模式的视频
信号和同步信号,而显示器则可以与多种显示模式的
视频信号和同步信号相匹配。但是,显示卡可以设置
的较高分辨率的显示模式有可能超出显示器的行场同
步能力,显示器因不能同步而造成屏幕画面滚动。
以 Windows 98的显示设置为例,避免分辨率设置
超出显示器的做法是,……
图 8-3
Windows 98的
显示驱动程序设置
8.1.3 显示原理
在计算机显示系统中,有字符和图形两种显示方
式,过去的 DOS界面就是字符显示方式,而现在的
Windows界面就改为图形显示方式,因此显示卡也具有
这两种工作方式,它们的原理是大不相同的。
8.1.3.1 字符显示方式的原理
图 8-4为 EGA/VGA显示卡的字符显示原理。在这个
方式下,屏幕上的每一个字符窗口都对应显示卡内存
( VRAM)中的两个字节。其中偶字节称作字符代码,
用于到字符发生器( RAM)中去查找与该字符代码相对
应的字形(也叫字模)。奇字节称作字符属性代码,
用于确定该字符窗口中字形的前景颜色、背景颜色和
属性修饰。当前选用的某个, 字形集, 可以由主板的
系统 BIOS程序从 ROM芯片的字库中调入到位平面 2。 VGA
有 8种以上的, 字形集, 可供选择,可以根据需要更换
位平面 2中的, 字形集,,实现多种字形的变换。
图 8-4 EGA/VGA显示卡的字符显示原理
8.1.3.2 图形显示方式的原理
图形显示方式的原理与字符显示不同,屏幕上的
每一个点直接同显存( VRAM)中的二进制数据相对应,
按照每一个点所对应的二进制数的位数,来确定一个
点可显示的彩色数。比如,每一个点以 8位二进制数表
示,则彩色数为 256色,即屏幕上的每一个点的颜色都
可以在 256色中选 1色。
图 8-5为标准 EGA/VGA显示卡的图形显示原理。图
中设置的调色板寄存器,对 EGA来说是 6位寄存器共 16
个,为 EGA图形显示方式提供最多 64种彩色和每次(同
屏)可选择 16种彩色的功能。而对 VGA来说改为 8位寄
存器(其中位 7和位 6取自彩色选择寄存器的位 3和位 2)
共 16个,为 VGA图形显示方式提供最多 256种彩色和每
次(同屏)可选择 16种彩色的功能。进一步,VGA卡增
加的 DAC寄存器(彩色图表)为 18位寄存器共 256个,
为 VGA图形显示方式提供最多 256K种彩色和每次(同屏)
可选择 256种彩色的功能。
图 8-5
EGA/VGA
显示卡
的图形
显示原理
显示卡显示点数或彩色数的增加,都需要显存
( VRAM)容量的增加,也会增加显卡的成本。而在
VRAM容量一定的情况下,提高画面的清晰度(即显示
分辨率),就是增加屏幕显示点数,就要减少同屏显
示彩色数,反之亦然。
8.2 显示系统的技术术语和
技术指标
8.2.1 技术术语
下面介绍显示系统的常用数语,
1.显像管
PC机显示器使用的是与电视接收机一样的显像管,
叫做 CRT( Cathode Ray Tube)即阴极射线管。图 8-6
是 CRT的工作原理示意,图 8-7是显示器内部的 CRT显像
管、偏转线圈和电路板等部件。显示器的 CRT与电视接
收机的 CRT相比,分辨率要高许多,目前也普遍采用了
平面直角、纯平、大屏幕和高分辨等技术。
图 8-6 CRT工作原理
图 8-7 CRT显像管和相关电路部件
2.屏幕尺寸和可视区域
14,15,17和 20英寸等都是指显像管屏幕对角线
的尺寸。在显示器上,实际可以看到的显像管的区域
却达不到这个尺寸,14”显示器的可视区域只有 12英寸,
15”显示器的可视区域只有 13英寸多,17”显示器的可
视区域只有 15英寸多。
3.屏幕的宽高比
显示器的许多标准来源于电视机,其标准的屏幕
宽高比也与电视机一样为 4比 3,即显示器的屏幕宽度
为四个单位,高度为三个单位。为此,显示视频信号
规定的标准分辨率模式也基本上是 4比 3的,比如水平
640点、垂直 480点,水平 800点、垂直 600点等。
4.屏幕的类型
14”显示器多为老式球面显像管。目前多数 15和 17”
显示器采用平面直角型显像管,还有少量采用柱面显
像管。目前大屏幕显示器均采用纯平面显像管,如图
8-8所示。
图 8-8
直角纯平
彩色显示器
5.显示器的扫描方式
微机系统的 CRT显示器都是采用光栅扫描方式,
光栅扫描又分为逐行扫描和隔行扫描两种,如图 8-9所
示。目前选用较多的 15,17英寸显示器均已采用逐行
扫描方式,水平扫描频率即行频上限为 64KHz甚至更高,
垂直扫描频率即场频上限为 90Hz甚至更高,这样的显
示器能满足 1280× 1024或更高的分辨率。
图 8-9 显示器的光栅扫描
6.显示器的显示方式和显示模式
就屏幕显示画面的点组织方式而言,显示方式有
两种,即字符数字方式( Alphabet/Number,A/N)和
全点寻址图形方式( All Point Addressable,APA)。
显示模式主要是指一屏能显示的点数和颜色数
(包括一屏能显示的字符数)。常用的显示模式有 CGA、
EGA,VGA和 SVGA(即 TVGA)等等。典型的 IBM指标是:
CGA为 320× 200和 8色,EGA为 640× 350和 16色,VGA为
640× 480,SVGA为 800× 600,1024× 768,1280× 1024
和 1600× 1200等。目前的显示都采用 VGA以上的显示模
式,它们的同屏彩色数可在 16,256,16K,32K,64K、
16M(所谓真彩色)直到 4G中选择。
7.显示器的数字调节
显示器的调节功能允许用户自己调节画面几何形
状和效果,比如调节画面的亮度和对比度,还有光栅
的亮度、对比度、水平幅度、水平相位、行同步、垂
直幅度、垂直相位、场同步和枕形失真等。一般分为
模拟调节和数字调节两种。数字调节的功能多、精确
可靠,又分为电子按钮调节、屏幕菜单调节和单键飞
梭调节,见图 8-8。
8,USB显示器接口
有些显示器提供了上行和下行两个 USB接口,上
行口连接机箱主板的 USB接口,下行口可以连接其它
USB设备。
9.显示数据通道
显示数据通道( DDC)是建立在主机和显示器之间
的信息通道,可以将显示器的物理数据直接传送给主
机。
10,3D图形加速
3D图形加速是图形适配器普遍采用的三维图形处
理技术,目的是减少系统主处理器( CPU)的负担,加
快图形图像的处理能力和速度,以满足多媒体和
Internet应用的需要。
8.2.2 技术指标
下面介绍显示系统的技术指标,
1,CRT点距
点距( Pitch)是指 CRT荧光屏上相邻像素的间距,
也就是荫罩小孔的距离,单位是毫米( mm)。 CRT显像
管荧光屏内侧面上排列着红( R)、绿( G)、蓝( B)
三原色荧光物质构成的像素,图 8-10描述了 RGB三原色
像素的排列。目前多数显示器的点距都是 0.28mm,也
有 0.26和 0.24mm的。显像管的物理分辨率由点距决定,
点距越小,分辨率越高,图像越精细。
CRT显像管像素也有由 RGB三色竖直条纹组成的,
这就引出了栅距的概念。目前有的显示器的 0.25mm点
距其实是栅距。
图 8-10 荧光屏上 RGB像素的排列
2.显示器的分辨率
分辨率是衡量显示器性能的一个重要指标,它描
述的概念是,屏幕上显示的两个点靠近到多小的距离
还能分辨出是两个点,而不象是一个点。 CRT显示器的
分辨率由它的显像管的点距( Pitch)所决定。
3.视频信号的行频和场频
显示器的光栅扫描要与显示卡同步工作,才能得
到正确稳定的图像。为此,显示卡输出了行同步信号
( Hsync)和场同步信号( Vsync),去控制显示器的
同步。当显示卡设置输出较高分辨率和刷新率的视频
信号时,它输出的行和场同步脉冲信号的频率也随之
变高。通常,场频范围为 60-120Hz,行频范围为 32-
94KHz。
4.屏幕刷新率
屏幕刷新率( Refresh Rate)是指每秒钟更新画
面的帧数,刷新率也就是帧频,而对逐行扫描来说,
也就是场频。刷新率就低,屏幕就有闪烁感,容易造
成眼睛疲劳。 VESA组织于 97年规定逐行扫描场频 85Hz
为无闪烁的标准场频,这是一条绿色标准。
5.彩色深度和真彩色
显示效果的两大指标是分辨率和颜色数,彩色深
度就是同一屏幕所能展现的最大颜色数。它可以直接
以二进制数表示,也可以用代表点颜色数据的二进制
位数表示。真彩色( True Color)是指由数字方式形
成的同屏幕上的彩色数达到了近似模拟真实彩色效果
的显示质量。
6.视频信号带宽
视频带宽( Video Bandwidth)指的是显示卡输出
视频信号的频谱宽度,它大体对应着每秒钟电子束扫
描过的实际像素的总数,即所谓点频。又由于要把水
平扫描和垂直扫描的回扫部份也折算进去,所以要再
乘以一个估算数,取为 1.2到 1.5,这里且取 1.4。因此
视频带宽应等于:水平分辨率 × 垂直分辨率 × 场频
× 1.4,单位为 MHz。
7.显示器的带宽
显示器的带宽是指显示器能处理的视频信号的频
带宽度,它取决于整个电路的通频带宽度。显示器的
带宽指标越高,电路的高频性能越好,图像也就越清
晰,但对元件、电路和工艺的要求也越高,价格也会
相应提高。
8.分辨率、刷新率与行频间的关系
从前面的介绍可知,设置的显示分辨率和刷新率
越高,输出视频的行频也就越高,它们之间的关系是:
行频 =垂直分辨率(垂直线数) × 刷新率(场频)
÷ 0.93。
9.显示分辨率、颜色数的设置对显示存储器的容
量需求
显示卡上的显存的大小直接涉及它对高分辨率和
高彩色深度的支持,因为显存至少应能存储一帧画面
的数据。显存的计算公式为:显存 =水平分辨率 × 垂直
分辨率 × 颜色字节数。
10,TCO标准
由瑞典专家联盟( TCO)提出的 TCO标准,包括显
示器的辐射和环保等多项指标,还对舒适、美观等多
方面提出了严格的要求。
8.3 显示卡
8.3.1 显示卡简介
显示卡是 CPU与显示器之间的接口电路,因此也称
为显示适配器,PC机显示系统性能的高低主要由选用
的显示卡性能决定。
显示卡的作用是在 CPU的控制下将主机送来的显示
数据转换为视频和同步信号送到显示器,再由显示器
形成屏幕画面。
在最初的 PC机上,先后采用的是单色字符显示适
配器 MDA( Monochrome Display Adapter)、单色图形
适配器 Hercules、彩色图形适配器 CGA( Color
Graphics Adapter)和增强图形适配器 EGA( Enhanced
Graphics Adapter)等。典型的 CGA显示卡的分辨率为
320× 200,同屏 8种颜色。 EGA显示卡的分辨率为
640× 350,同屏 16种颜色。这些显示卡的输出是数字
脉冲信号,并且只能支持专配的显示器,没有互换性。
在 IBM PS/2机上,采用了叫做视频图形阵列 VGA
( Video Graphica Array)的显示卡,并得到广泛认
可。 VGA的显示分辨率为 640× 480,同屏 16种颜色,至
今它仍是 Windows 9x的基本显示标准。 VGA卡的输出是
模拟视频信号,其接口可以支持目前的各种显示器。
由于有了统一的标准和互换性,各个显示卡生产
厂不断推出分辨率更高、颜色数更多的新型的显示卡,
标准统称为 Super VGA即 SVGA。也有得名于著名显示卡
厂商 Trident的 TVGA标准。它们的典型分辨率有
800× 600,1024× 768,1280× 1024,1600× 1200等,
颜色数为 256,16K直到 32位真彩色。
由于 Windows图形界面的出现和 3D图形图像软件的
迅速发展,对图形显示速度的要求越来越高,这就促
使显示技术必须提高。除了改进显示驱动程序和提高
显示系统总线速度外,最有效的办法就是采用专用图
形图像处理器 DSP。目前的显示卡基本都是采用了图形
图像处理器的 3D图形加速卡。
显示卡由主机接口、显示器接口和功能电路组成。
功能电路通常由显示控制器和显示存储器组成。
显示控制器是显示卡的核心处理器芯片,它把主
机送来的图像数据先转换为数字视频,再把数字信号
转换( D/AC)为模拟视频信号,还要形成行、场同步
信号。
显示存储器是显示卡的高速内存,又称为显示缓
存,简称显存。它是双端口的存储器,可以在接收主
机输入数据的同时输出数据。目前显示内存有 EDO、
VRAM,SGRAM,WDRAM,MDRAM和 RDRAM等多种类型。
随着整机系统对显示性能要求的提高,显示卡在
提高图形处理速度、提高分辨率、扩大显存,3D加速
和增加功能等方面不断改进。 3D图形加速对运算量、
运算速度和显存容量的要求也很高,需要功能更强的
处理器,需要 8,16,32和 64MB的显存,需要高速的
AGP总线接口等。
8.3.2 显示卡实例
8.3.2.1 ISA和 VESA显示卡
1,TVGA-8900 ISA显示卡
…… 它的图形显示方式的各种模式如表 8-1。 8900卡
的外形如图 8-11所示。
表 8-1 8900 显示卡
分辨率 彩色数 VRAM
640 × 400 256K 中选 256 512KB
640 × 480 256K 中选 256 512KB
800 × 600 256K 中选 256 512KB
1024 × 768 256K 中选 4 512KB
1024 × 768 256K 中选 16 512KB
1024 × 768 256K 中选 256 1MB
图 8-11 Trident 8900 ISA显示卡
2,Trident 9440 VESA显示卡
…… 它的扩展图形方式的多种可供选择的模式列于
表 8-2。此卡的外形如图 8-12所示。
表 8-2 9440 显示卡
彩色数
分辨率
1MB 显存 2MB 显存
640*480 16/256/64K/16M 16/256/64K/16M
800*600 16/256/64K 16/256/64K
1024*768 16/256 16/256
1280*1024 16 16/256
图 8-12 Trident 9440 VESA显示卡
8.3.2.2 PCI和 AGP显示卡
1,Trident 9685 PCI图形加速显示卡,
…… 此卡图形方式的多种显示分辨率和彩色数的选择
如表 8-3。它的外形如图 8-13。
表 8-3 9685 显示卡
彩色数
分辨率
1MB 显存 2MB 显存 4MB 显存
640*480 256/64K/16M 256/64K/16M 256/64K/16M
800*600 256/64K 256/64K/16M 256/64K/16M
1024*768 256 256 256/64K/16M
1280*1024 - - 256/64K
1600*1200 - 256 256
图 8-13 Trident 9685 PCI显示卡
它有三个输出接口插座,一个是标准 15针 VGA显
示器插座,输出 RGB三色视频和行场同步信号。另两个
是电视系统的 TV视频插座,其中一个是 RCA插座,输出
NTSC或 PAL制式的复合视频电视信号。另一个是 7针的
S-Video插座,输出分离的亮度和色度( Y/C)电视信
号。
2,Trident 9850 AGP图形加速显示卡
…… 此卡图形方式的多种显示分辨率和彩色数的
选择如表 8-4。它的外形如图 8-14所示。
表 8-4 9850 显示卡
彩色数
分辨率
2MB 显存 4MB 显存
640*480 256/32K/64K/16M 256/32K/64k/16M
800*600 256/32K/64K/16M 256/32K/64K/16M
1024*768 256/32K/64K 256/32K/64K/16M
1280*1024 256/32K/64K 256/32K/64K/16M
1600*1200 256 256/32K/64K
图 8-14 Trident 9850 AGP显示卡
8.4 3D图形加速
8.4.1 3D图形加速卡原理
图形加速卡是随 Windows图形用户界面( GUI)而
应运而生的。 Windows这样一个图形界面的操作系统同
时运行大量的窗口图形,需要占用 CPU许多时间去处理
这些图形,因此造成 PC机系统性能的急剧下降,用户
直观的感受是等待 Windows程序运行的时间长得难以忍
受。必须设法加快 Windows图形的处理和显示速度,于
是就推出了各种图形用户界面图形加速卡( Graphical
User Interface Accelerator Adapter),简称, 图
形加速卡, 或, 图形卡, 或, GUI卡, 。
8.4.1.1 3D图形加速原理
3D图形加速技术,以前主要用于高档图形工作站
上的机械、电路和建筑 CAD设计。随着 3D图形软件特别
是 3D游戏软件的大量出现,3D图形加速软件技术开始
用于 PC机,这也就促使 3D图形加速硬件技术应用于图
形显示卡,推出了 3D图形加速卡。
画一个三维图形通常需要两个主要步骤,先画出
几何图形的线条,再进行图形表面的图像绘制,这两
个步骤都需要进行大量的数学计算。如果是动态的 3D
图形,则还有实时性要求,所以对 3D图形的处理仅仅
依靠主机还是不行的,必须扩充安装一个 3D图形加速
卡。目前市场上流行的 3D显示卡都是将几何图形的处
理交由主机 CPU实现,而表面图像的绘制由 3D加速卡实
现。
8.4.1.2 3D图形加速芯片
3D图形加速芯片具有如下功能,
1,Z缓冲
Z缓冲是一项三维图形的消隐(遮挡)技术,用硬
件实现 Z缓冲可以大大提高速度。
2.颜色插值
颜色插值是一种处理表面图像颜色的技术,它可
以快速营造 3D图形表面颜色的深浅、明暗和清晰模糊
等效果。
3.纹理映射
纹理映射是对 3D图形表面花纹的细节描绘,通过
复杂的算法可以绘制出质感好和凹凸感真实的图像。
4.其它
另外还有图像透明处理、光线跟踪、场景雾化和
渲染等许多功能。
8.4.2 3D图形加速卡种类
1,Voodoo Ⅲ, ……
2,TNT-2,……
3,Rage 128,……
4,G400,……
5,Savage 4,……
8.5 CRT显示器
8.5.1 显示器的特点
微机显示系统的指标高低首先取决于显示卡,即
由显示卡决定着输出视频信号的质量。但是,显示器
是用户最终可见的设备,只有它直接影响用户的视觉
感受,如果没有高指标的显示器,即使有了高质量的
视频信号,也不可能带来高质量的画面。
通常来说,显示卡的分辨率指标往往要高于显示
器所能达到的分辨率指标,比如目前普通的显示卡就
能达到 1600× 1200的分辨率,而普通的显示器只能达
到 1280× 1024。因此,选择高技术指标的显示器使之
与显卡指标尽可能匹配,使你的微机具有尽可能高水
平的显示系统,这是非常重要的。
有些人认为显示器的外形、工作原理和电路与电
视机相仿,但比电视机简单,因为它没有高频接收、
中频、色度解码和伴音等部分电路,实际上这种说法
是不正确的。显示器与电视机在技术要求和电路实现
上有很大的不同,在许多方面甚至比电视机的电路要
复杂且技术难度大。
首先比较一下二者采用的行场同步扫描技术,无
论是美国的 NTSC制式或我国的 PAL-D制式彩色电视的扫
描频率是单一的,并且较低,前者行频为 15.750KHz场
频为 60Hz,后者行频为 15.625KHz场频为 50Hz。目前显
示器的行频下限通常为 32KHz,上限通常为 48KHz( 14”
彩显)直到 94KHz( 17”彩显)。场频下限通常为 56Hz,
上限通常为 70Hz( 14”彩显)直到 160Hz( 17”彩显)。
所谓上、下限频率是指目前的显示器要做到在较大的
行、场扫描频率范围内均能可靠地与显示卡输出的行、
场同步信号同步,以便稳定地显示多种分辨率和屏幕
刷新率的画面,这便对元器件和电路设计提出了更高
的要求。
另外显示器对显示画面的分辨率、抗干扰和稳定
性质量的要求也比电视机高得多。
电视机的水平分辨率一般不超过 400线,大约相当
于早期 CGA的分辨率。而显示器的水平分辨率则可高达
1600点。普通的 1024× 768的显示器就相当于目前刚刚
出现的高清晰度电视接收机。
电视机再现的大多是活动图像,图像内容的变化
往往掩饰了电路上的干扰和不稳定,而显示器再现的
大多是文字画面或静止图像,电路上细小的干扰和不
稳定所造成的图像噪波和抖动都是难以容忍的,这就
对电路设计、工艺设计和生产质量等提出了更高的要
求。
显示器是计算机操作者长时间近距离对面操作的
工具,同时它内部运行的程序和数据都不容电磁干扰,
因此在辐射、电磁安全等电磁兼容性标准上要求很高,
这也是设计制造上的一大难题,目前的显示器都必需
满足低辐射、抗静电和节能等绿色环保要求。
最后还有一点,目前的显示器为了在各种不同分
辨率显示模式下能达到尽可能完美的显示画面,都大
大增加了非常完备的屏幕调节功能,即所谓的数字调
节功能,它使屏幕光栅的各种几何失真减少,画面明
亮清晰,彩色越发逼真。
8.5.2 CRT显示器原理
目前市面上的显示器均为多频自动同步高分辨率
彩色 CRT显示器,其最大优点是行频和场频自动同步范
围宽,行频从 32KHz到 68KHz甚至更高,场频从 56Hz到
90Hz甚至更高,从而能兼容显示卡输出的 VGA以上的各
种视频信号。
显示器的电路功能原理如图 8-15所示。电路大致
可分为六个部分:视频信号处理电路,包括视放、亮
度和对比度调节以及自动亮度控制等。行扫描和行高
压电路,包括行振荡、鉴相、行激励、行输出、行幅
度、行线性、行中心调节、行高压产生和高压保护等。
场扫描电路,包括场振荡、线性校正、场激励、场输
出、场幅自动控制、场线性和场中心调节等。显像管
电路,包括扫描偏转和 CRT偏置电压等。多频自动同步
与自动 S校正电路。开关电源电路。显示器由 CRT、电
路板和机壳三部分组成,图 8-16是显示器内部结构的
照片。
图 8-15 多频同步彩色显示器电路原理
图 8-16 彩色显示器内部结构
多频同步彩色 CRT显示器的电路原理大致如下,
1.视频信号处理电路
主机显示卡送来的 RGB三路模拟视频信号均为
0.7Vpp( 75欧母),先进行阻抗匹配、缓冲和预视放,
然后与视频放大电路共同构成放大器环路,实现对比
度控制、亮平衡控制和黑电平钳位等功能。这部分电
路通常做在 CRT尾部的小电路板上,以便直接将处理后
的 RGB视频信号送到 CRT的阴极管脚。视频处理电路板
如图 8-17所示。
图 8-17 视频处理电路板
2.行扫描和高压电路
行电路的功能是能够在 32KHz到 68KHz的宽范围上
产生行频振荡,并能在这个宽的行频范围上与主机显
示卡送来的行同步信号进行同步,以实现视频信号在
水平方向上的正确显示。还要对行频信号进行激励,
产生行扫描偏转电压和 CRT显象管所需的 25KV阳极高压、
6KV聚焦电压、栅极电压和消除关机亮点电压等等。这
部分电路还有高压保护功能,即当故障造成过流时,
控制行振荡电路停止输出,从而保护后级输出电路。
3.场扫描电路
场电路的功能是能够在 50Hz至 90Hz的宽范围上产
生场频振荡,并能在这个宽的场频范围上与显示卡送
来的场同步信号进行同步,以实现视频信号在垂直方
向上的正确显示。它要产生幅度大、线性好的场锯齿
波电压,提供给场偏转线圈形成电子束的垂直偏转。
4,CRT显像管电路
包括显像管、偏转线圈和偏置高压电路等。这部
分电路的作用是保证 RGB三色视频控制的三个电子束,
在水平和垂直方向上顺序击中荧光屏的各个像素,最
终产生精美的画面。水平和垂直两对偏转线圈分别受
行扫描和场扫描电压(或电流)的控制,使电子束有
规律地偏转,从而扫描整个屏幕形成光栅。各个偏置
高压给电子束以足够的加速度和聚焦,使产生的画面
明亮而清晰。
5.多频自动同步与自动 S校正电路
这部分电路是多频彩显的最具特色的电路之一,
它的功能是对显示卡送来的不同频率的行同步信号进
行频率/电压的线性转换,产生代表着输入行频的电
压。然后以此电压去控制行同步电路,从而确保显示
器在很宽的行频范围内能连续稳定地与显示卡的输出
行频同步。另外还要以此电压去控制自动 S校正电路,
使在不同行频时产生的不同的 S失真得以相应的校正。
S失真的原理和 S校正波形如图 8-18所示。
图 8-18 S失真原理和 S校正波形
6.开关直流稳压电源
显示器采用的一般都是高频脉冲变压器耦合并联
型开关直流稳压电源,它的工作原理与前面介绍的 PC
电源相近,一般有五路稳压直流输出,120V供给末级
视放晶体管,25V供给场扫描 IC电路,16.5V供给行激
励电路和形成 12V稳压供给行扫描 IC等电路,8V供给
CRT显象管的灯丝和形成 5V稳压供给 IC门电路等。
由于高压产生电路输出的各种高电压值与显示卡
输出行频有直接对应的关系,所以就必须在输入行频
改变时相应改变行输出管的直流偏置电压,范围约为
45V到 135V,调整其放大量,从而在不同行频时都能得
到同样稳定的高压值。在电路中是通过行输出变压器
中一组低压绕组对高压进行采样,产生与高压变化成
正比的直流反馈电压 +B,去控制开关电源的开关频率
来实现 45V至 135V这一路直流电压的连续稳定调整。
上述电路都集中做在显示器的主板上,显示器内
部的电路板如图 8-19所示。
图 8-19 显示器内部的电路板
8.6 平板显示器
平板显示器( Flat Panel Display,FPD)也叫数
字平板显示器 DFP( Digital Flat Panel),主要有液
晶显示器( LCD)、等离子显示器( PDP)和场致发光
显示器( EL)等。与 CRT显示器相比,它们的最大优点
是大屏幕超薄平板式的外形和易于数字化。
8.6.1 液晶显示器
液晶显示器( Liquid Crystal Display,LCD)
在目前微电脑的显示器中,其数量仅次于 CRT显示器。
由于它的平板形、重量轻和低电压等特点,被普遍使
用于笔记本电脑。有一种说法,平板显示器时代就是
液晶平板显示器时代。液晶显示器由液晶器件、驱动
电路、控制电路和电源电路四部分组成。
8.6.1.1 液晶器件
液晶器件是液晶显示器的显示屏幕,根据它的成
像原理分为 TN-LCD(扭曲向列液晶显示器),STN-LCD
(超扭曲向列液晶显示器),DSTN-LCD(双层超扭曲
向列液晶显示器)和 TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示
器)。
扭曲向列液晶显示器 TN-LCD( Twisted Nematic
Liquid Crystal Display)系列的液晶器件是由偏光
片、玻璃基板、电极、液晶和反射层几部分构成。此
种显示器的液晶器件的构造如图 8-20所示。
图 8-20 TN型液晶显示器件结构
此类显示器的显像原理如图 8-21所示 。
图 8-21 TN-LCD工作原理
STN-LCD……可以用于制作非常细腻的点阵式液晶
显示器。
DSTN-LCD…… 进一步改进了显示质量。
TFT-LCD…… 几年前 TFT-LCD还主要用于笔记本电
脑的屏幕,而目前 TFT-LCD已大量用于台式 PC机显示器
和数字家电,主流是 15”和 17”显示器。
8.6.1.2 液晶显示器电路
液晶显示器的电路由驱动电路、控制电路和电源
电路四部分组成,如图 8-22所示。
图 8-22 液晶显示器的电路原理
1.驱动电路,……
2.控制电路,……
3.显示信号接口,…… 配合台式机的液晶显示
器也提供了模拟视频的 VGA接口,可以连接到普通 VGA
显示卡上。液晶显示器的数字接口有 DFP,DVI和 PND等。
使用较多的 DVI-D的针脚配置如图 8-23所示。
图 8-23 液晶显示器的 DVI-D数字连接器
8.6.1.3 液晶显示器的特点
与 CRT显示器相比,液晶显示器具有如下特点,
1.低电压和小功耗。
2.体积小、重量轻和超薄平面。
3.分辨率高。
4.真实的彩色。
5.无辐射。
6.长寿命。
7.易于实现数字化和大批量自动化生产。
8.被动式显示。
9.亮度低、视角小、刷新速率低和价格高。
8.6.1.4 液晶显示器的技术术语
1.屏幕尺寸
计算机所用的液晶显示器的尺寸也是指矩形屏幕
的对角线长度的英寸数,有 12,13.3,14.1,15,17
和 18英寸等。
2.可视角度
也称为可视范围,是指在屏幕前能看清图像的最
大偏移角度。 LCD的水平视角指标为 100度以上,垂直
视角为 80度以上。
3.分辨率
与 CRT显示器不同,液晶显示器的实际显示分辨率
与其固定数量的像素是严格对应的,只能设置一种最
高分辨率,才能显示最佳图像。当设置为较低分辨率
时,就会因为需要的像素减少而使图像变小。如果设
置低分辨率为满屏幕,则画面质量会大大下降,甚至
失真。
4.像素间距
液晶显示器的实际显示分辨率与物理像素是严格
对应的,因此对于尺寸和分辨率相同的液晶显示器,
其像素间距指标是相同的。比如 15寸 1024× 768的液晶
显示器,其像素间距都是 0.297毫米。
5.屏幕刷新率
与 CRT不同,液晶显示器的屏幕刷新率可以很低,
因为它的像素的亮度和色度只有在画面内容改变时才
需要改变。即使帧频很低,画面也不会闪烁。
6.响应时间
在亮暗快速变化的信号驱动下,液晶显示器的像
素点由亮变为暗或由暗变为亮的时间叫做 LCD的响应时
间,这个指标通常为 50毫秒以下。因此对于快速变化
和移动的图像,液晶显示器的反应迟钝,会产生图像
消失或拖尾现象。
7.亮度和对比度
液晶显示器的亮度也叫明视度,表示光源透射过
液晶的强度,单位是每平米烛光( cd/m2),通常为
100cd/m2以上。液晶显示器的对比度也是亮暗之比,
即图像的反差,通常为 100:1以上。
8.坏点数
一个液晶显示器屏幕由几百万个液晶单元组成,
如果个别薄膜晶体管损坏,该像素将永远是一个颜色,
这就是一个坏点。一般来说,整个屏幕的坏点数不应
超过 3。可以将屏幕亮度和对比度调到最大检查坏点,
再调到最小检查坏点。
8.6.1.5 使用液晶显示器的注意事项
1.使用中要特别注意避免压挤、撞击、划伤和腐
蚀液晶板。
2.使用中要特别注意避免潮湿、静电、紫外线照
射和过高过低的温度环境。
3.要注意液晶显示器对市电供应的要求
( 220V50Hz或 110V60Hz),保证它的正常散热。
8.6.2 等离子显示器
等离子显示器( Plasma Display Panel,PDP)是
特大屏幕显示器的主要品种。图 8-24是一个 NEC的 50英
寸等离子体平板显示器。
图 8-24 50英寸等离子显示器
8.6.2.1 等离子显示器的特点
等离子显示器可以实现 24位真彩色和 256级灰度的
高质量显示,可以做成大到六、七十英寸以上的彩色
屏幕。它的彩色逼真,亮度和对比度高,视角广,可
达到 160度,画面无闪烁现象。因此等离子体显示器是
一种很有发展前景的彩色大屏幕超薄型平板显示器。
PDP采用等离子管作为发光元件和显示屏幕的像素,
大量等离子管排列在一起构成整个屏幕。在等离子管
电极间加上高压后,封在两层玻璃之间的等离子管中
的气体会产生紫外光,去激励平板显示屏上的红绿蓝
三基色荧光点,产生一个彩色光像素。显然它是一种
主动式发光显示器件。由各个独立的荧光像素综合而
成的彩色图像鲜艳、明亮而清晰。
PDP分为直流和交流两类,直流型 PDP加在电极上
的是直流电压,交流型 PDP加在电极上的是交流电压,
目前以交流型居多。
等离子显示器最突出的特点是超薄,并容易做到
40英寸以上,厚度却不到 10厘米。
与 CRT彩显相比,PDP显示器的体积更小、重量更
轻、无 X射线辐射。由于 PDP各个发光单元的结构完全
相同,因此不会出现 CRT显像管常见的图像几何畸变。
PDP屏幕亮度非常均匀,而不像 CRT显像管中心亮四周
暗。 PDP不受磁场影响,也不存在聚焦问题,它完全消
除了 CRT屏幕上某些区域聚焦不良的缺点。 PDP表面平
直也使大屏幕边角处的失真和色纯度变化得到彻底改
善。高亮度、大视角、全彩色和高对比度,都使图像
更加清晰、色彩更加鲜艳。 PDP显示器很容易与大规模
集成电路组合,结构紧凑,工艺简单易行,很适合现
代化大批量生产。
由于等离子体显示器的每一个像素都独立发光,
与 CRT一支电子枪激励发光相比,其耗电量大为增加。
一般可达 300瓦以上,热量大,需要在其背板上装上多
组风扇散热。而 CRT显示器的整机功耗不足 100瓦。
与 LCD液晶显示器相比,PDP显示有亮度高、色彩
还原性好、灰度丰富、动态画面响应迅速等优点。
PDP平而薄的外型特别适合于壁挂式大屏幕电视、
公共信息显示和大型自动监控系统。
8.6.2.2 等离子显示器的技术参数
下面以 SEG平板显示器为例,看一下等离子体平板
显示器的实际技术参数,……
8.6.3 有机电致发光显示器
电致发光显示器( Organic Electroluminescent,
OEL)也叫场致发光显示器。有机薄膜电致发光( OEL)
材料十分轻薄、低功耗、视角广、响应速度快(亚微
秒),大规模生产成本很低,可以制作出真正像纸一
样薄的显示器。 …… 但是 OEL器件在工作状态和保存期
的性能还不稳定,有机材料老化机理的研究还必须有
突破性进展,才能使有机发光材料用于商品化的显示
器。
习题
1.记住 VGA显示接口的信号规格。
2.熟悉显示卡字符、图形的显示原理。
3.掌握显示系统的各项技术指标和术语。
4.会从显示分辨率指标计算视频的行频、刷新率和显存
容量。
5.了解各种显示卡的特点。
6.熟悉 CRT显示器的电路原理。
7.了解平板显示器的种类和特点。
8.掌握液晶显示器的原理和技术指标。