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

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

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:

bz=(2/3 - 4/5)hz (1.1)

bp=(0.3 – 0.6)bz (1.2)

Разрешающая способность или острота зрения характеризуются минимальным углом, при котором возможно отдельное различение двух соседних точек. Этот угол называется порогом остроты зрения Ααvd. 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 Ααvэм, зависит от их сложности, оцениваемой количеством kэ минимально различимых дискретных элементов, на которое их можно разложить

Ααvэм=kэαΑvd (1.3)

Для синтеза букв и цифр используем матрицу 5х7, т.е. 7 дискретных элементов по высоте (kэ=7) , т.о. имеем

Ααvэм=7х4=28`=0.45˚

Зависимость между угловыми и линейными размерами иллюстрируется на рис.1, из которого следует:

hз=2*L*tg(αvэм/2) (1.4)

где αvэм - 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.

Рис. 1. Зависимость между угловыми и линейными размерами

По формуле (1.4) находим высоту знака:

hз = 2*700*tg(28`/2) = 5.7 (мм)

Ширину знака определяем исходя из размерности матрицы и, учитывая рекомендации (1.1), выбирая коэффициент, равный 5/7=0.71, получаем:

bз = 5/7*5.7 = 4.1 (мм)

Находим расстояние между знаками и между текстовыми строками:

bп = 3/5*bз = 2,45 (мм) (1.5)

hп = 3/7*hз = 1.76 (мм) (1.6)

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:

fz=Z*fk=625*50=31250 (Гц) (1.7)

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

Tzo/Tz = αz (1.8)

называется коэффициентом обратного хода строчной развертки. Соответственно определяется

Tzn=Tz(1-αz) (1.9)

Для стандарта телевидения αz=0.18.

Период кадровой развертки

Tk=Tkn+Tko (1.10)

где Tkn,Tko-время прямого и обратного ходов кадровой развертки.

Отношение

Tko/Tk=αk (1.11)

называется коэффициентом обратного хода кадровой развертки .

Число телевизионных строк, формируемых за время прямого хода луча:

Zn=(1-αk)*Z (1.12)

Для стандарта телевидения αk=0.08.

Для формирования знаков растр разбивается на отдельные участки (знакоместа), в пределах которых условно располагаются матрицы знаков.

Учитывая заданную по ТЗ информационную емкость индикатора, примем число текстовых строк Nтс на экране равным 44 , а число знаков в текстовой строке Nзтс= C/Nтс =73

Размеры информационного поля определяем следующим образом:

вертикальные

V = Nзтс*(bз+bn) = 73*(4,1+2,45) = 478,15 (мм) (1.13)

Горизонтальные (исходя из принятого стандартного соотношения 3х4)

H = Nтс*(hз+hn) = 44*(5,7+1,76) = 328,24 (мм) (1.14)

Обычно на краях телевизионного растра наблюдаются наибольшие нелинейные искажения, а кроме того, нестабильность амплитуды сигналов развертки может вывести края растра за пределы экрана. В связи с этим краевые зоны растра не включают в информационное поле и размеры растра определяют как :

Vp = V/βг = 478,15 / 0.9 = 531,27 (мм)

(1.16)

Hр = H/βв = 328,24 / 0.9 = 364,71 (мм)

где Нр, Vр и Н, V - высота и ширина растра и ИП;

βв, βг - коэффициенты использования телевизионного растра по вертикали и по горизонтали, имеющие обычно значения (0.7 - 0.9).

Принимаем βв = βг = 0.9.

По справочнику выбираем ЭЛТ типа 59ЛК2Б. Приводим общие данные, т.е. краткую характеристику выбранной ЭЛТ и схематический чертеж:

Кинескоп. Балон стекляный. Длинна 378 мм, ширина 443 мм, высота 605 мм. Размер изображения на экране 585х405 мм

Фокусировка и отклонение луча электростатическая. Цвет свечения экрана – белый, послесвечение среднее. Разрешающая способность в центе – не менее 600, в углах не менее 550 линий.

Определим реальные коэффициенты использования ЭЛТ по вертикали и по горизонтали:

Н/Нэлт = 328,24 /405 = 0.81 (1.17)

V/Vэлт = 478,15 /585 = 0.82 (1.18)

Значения по ширине и высоте входят в рекомендуемый диапазон значений (0.7-0.9). Значит выбранная ЭЛТ удовлетворяет ТЗ.

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.

Рис. 3. Структурная схема разрабатываемого устройства

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

Рис 8. Схема реализации знакогенератора на логических элементах И, ИЛИ, НЕ

Вернуться