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发表时间 : 2009-3-31 23:49:50 | 浏览 : 2328    评论 : 4
请问有谁知道图形卡的工作原理吗?可否告诉我,谢谢!

最近VR访客

Diamond 评论于2009-4-1 10:48:25
看你要用什么图形卡,有专做图的,有玩游戏的,工作原理都不一样,请把问题描述详细一点。
清华大学艺术与科学应用研究所
QQ:276889149   Mobile:15810116466   E-mail:lxcuijun@163.com
xiongzidong 评论于2009-4-1 23:21:28

回复 1楼 的帖子

专门做虚拟现实的,先谢谢啦
Diamond 评论于2009-4-8 09:52:37
原帖由 xiongzidong 于 2009-4-1 23:21 发表
专门做虚拟现实的,先谢谢啦



      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
  显示系统简介
  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:......

  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。

      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。

     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:......

    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。

     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。

    EGA/VGA显示卡的字符显示原理

    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。

     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。

      显示系统的技术术语和技术指标
      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。

    CRT工作原理

    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.

   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。

      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,
       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。

      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。

    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。

       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

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。

      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。

   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。

   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。

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。

       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。

       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。

    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。

   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。
清华大学艺术与科学应用研究所
QQ:276889149   Mobile:15810116466   E-mail:lxcuijun@163.com
Diamond 评论于2009-4-8 09:54:11
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