Мониторы. Цель работы : Изучить назначение, устройство, физический принцип работы мониторовПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 7.4 Цель работы: Изучить назначение, устройство, физический принцип работы мониторов. Логические принципы организации данных. Интерфейс со средой. Интерфейс с компьютером. Типовые параметры. Монитор - устройство для вывода графической информации на свой собственный экран в реальном времени. Мониторы на электронно-лучевых трубках
Прорисовка картинки осуществляется построчно: то есть сначала слева направо выводится первая строка (поэлементно), затем вторая, затем третья и так далее. Когда электронный луч закончит с последней строкой, он перейдет в самое начало и повторит весь процесс Цветной монитор Как известно, любой цвет можно получить, просуммировав три основных цвета: красный, зеленый и синий/ Монитор цвета не суммирует, а выводит на небольшом расстоянии друг от друга точки трех цветов (а точнее их оттенков): одну - зеленого, одну - синего и одну - красного. А <суммированием> занимается наш никчемный (that's right!) органический орган зрения, который воспринимает три точки как одну, соответствующую <сумме> цветов. Очевидно, что для такого разделения цвета необходимо использовать три разных люминофора и три электронные пушки (одна бьет по красным точкам, другая - по зеленым, а третья - по синим). Чтобы электронный луч каждой пушки попадал на люминофор только одного какого-либо цвета и не возбуждал другие точки, доступ к ним преграждается маской, которая устанавливается перед экраном и представляет собой тонкий лист с отверстиями. От качества отверстий и поверхности маски зависят четкость изображения и чистота его цветов. Маски бывают нескольких типов.
Взаимодействие с компьютером Для того чтобы сообщить монитору, что же все-таки надо показывать, в видеоадаптере имеется специальная микросхема, которая называется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). В зависимости от оттенка цвета, микросхема рассчитывает значение напряжения и подает его монитору через кабель. Типовые характеристики 1) Диагональ (14'-29') 2) Разрешение (800*600, 1024*768 и прочие отношения 4/3) 3) Шаг точки - расстояние между люминофорными элементами одного цвета (достаточная величина 0,25 мм для теневой маски и 0,27 мм - для апературной) 4) Частота обновления (комфорт, начиная 85Hz, профессиональные мониторы - 115 Hz) Жидкокристаллические дисплеи Общий принцип работы монитора таков: светит лампочка, а кристалл либо пропускает, либо не пропускает свет. Принцип работы дисплея показан на рисунке. Лампочка излучает свет. Свет проходит сквозь поляризующий фильтр, который пропускает только волны с приблизительно вертикальной амплитудой. Жидкий кристалл (к которому на рисунке ток не приложен) изменяет направление световых колебаний, отклоняя их на 90° (переворачивает). Второй поляризующий фильтр пропускает только световые волны, направленные приблизительно горизонтально (с такой же разницей между направлениями волн и горизонтальной плоскостью, что и разности максимально возможного пропускаемого направления). На рисунке показан случай, когда весь свет, что проходит сквозь кристалл, проходит и через второй светофильтр. Если к кристаллу приложить напряжение, то он будет меньше искривлять световые волны, соответственно, через второй светофильтр пройдет меньше света, то есть точка будет светить менее ярко. Ну и, наконец, свет проходит через светофильтр, и часть экрана светится красным, зеленым или синим цветом. Из трех таких светящихся прямоугольников складывается пиксель.
Описанные в предыдущем абзаце мониторы назывались <дисплеями с пассивной матрицей>. Более качественный способ отображения экрана на ЖК-монитор - это применение так называемых активных матриц. В этом случае каждый пиксель экрана обслуживает еще и дополнительный элемент - транзистор (полупроводниковый прибор для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний), - который, во-первых, снижает время, уходящее на смену напряжения на электроде (практически в шесть раз по сравнению с пассивной матрицей), а, во-вторых, устраняет опасность взаимодействия соседних ячеек друг с другом. Иногда на ЖК-мониторе могут не работать несколько пикселей (<мертвые пиксели>). Распознать их нетрудно - они всегда одного цвета (часто яркого - обычно пиксели умирают вместе с перегоранием транзистора). Они возникают в процессе производства и восстановлению не подлежат. Приемлемым считается, когда в мониторе не более 3-ёх таких пикселей (а 4 - уже неприемлемо?). Типовые характеристики 1) Угол обзора - угол, находясь в пределах которого можно видеть нормальное изображение (130°-150°) 2) Время отклика - время, требуемое на смену цвета пикселя (0,16-0,25мс) 3) Яркость (230-250 кандел сопоставимо с яркостью телевизора, ярче ЭЛТ) 4) Контраст: подразумевается, во сколько раз белый пиксель пропускает света больше, чем черный. Обычно, контрастность 300:1 считается достаточной. Невозможность отображения черного цвета связана с тем, что кристалл не может скрутиться так, чтобы световые волны повернулись ровно на 90°. Взаимодействие с компьютером ЖК-монитор подключается к компьютеру посредством цифрового интерфейса DVI (digital video input), что подтверждает его технологичность, а также позволяет осуществлять настройку экрана через клавиатуру и мышь. Однако трудности и тут не кончаются. Некоторые (дешевые) ЖК-мониторы снабжены лишь аналоговым входом. Получается примерно следующее: сигнал в видеокарте преобразуется из цифрового в аналоговый, идет по кабелю, а в мониторе снова преобразуется из аналогового в цифровой. Плазменные панели (PDP) Принцип работы плазменной панели состоит в управляемом холодном разряде разреженного газа (ксенона или неона), находящегося в ионизированном состоянии (холодная плазма). Как и везде пиксель состоит из красного, зеленого и синего субпикселей. Каждый субпиксель представляет собой отдельную камеру, на стенках которой находится флюоресцирующее вещество одного из основных цветов. Управляют пикселями прозрачные хром-медь-хромовые электроды, образующие прямоугольную сетку. Для того чтобы <зажечь> пиксель, на два перпендикулярных друг другу питающий и управляющий электроды, в точке пересечения которых находится нужный пиксель, подается высокое управляющее переменное напряжение. Газ в ячейке переходит в состояние плазмы. Ионы и электроны попеременно собираются у электродов по разные стороны камеры, в зависимости от фазы управляющего напряжения. После этого на сканирующий электрод подается импульс и, вследствие резкого увеличения потенциала, происходит разряд - часть заряженных ионов отдает энергию в виде излучения ультрафиолетового света. В свою очередь флюоресцирующее покрытие, находясь в зоне разряда, начинает излучать свет в видимом диапазоне, который и воспринимает человек. Яркость свечения люминофора определяется величиной управляющего напряжения. Светящиеся полимерные пленки LEP (light-emissive plastics) - светоизлучающие пластики. Пластиковые полимеры давно уже используются в ЭВМ как полупроводники. Было замечено, что некоторые из них обладают способностью испускать фотоны под воздействием тока. Пока дисплеи, построенные на технологии LEP, светятся только желтым, но, тем не менее, делают это с большой яркостью. OLED (organic light-emissive diode) кажется намного более перспективной технологией, хотя отличий от LEP практически нет. OLED-монитор в разрезе выглядит примерно так: стекло, покрытое изнутри анодом - оксидом индия, первый органический слой (ароматический диамин), второй органический - светоизлучающий - слой, и, наконец, анод - смесь магния с серебром. Толщина - всего 500 нм. Все это дело светится при напряжении в 10 вольт. Таких результатов позволило добиться удачное комбинирование органических и неорганических соединений.
|
Устройство черно-белого ЭЛТ-монитора: электронная пушка испускает электроны (происходит их эмиссия с катода и движение по направлению к аноду). Для того чтобы электронный луч (узко сфокусированный) поток электронов попал в нужную точку экрана, он отклоняется так называемой отклоняющей системой. Она состоит из двух пар магнитов, между которыми находится магнитное поле. Вследствие силы Лоренца электроны отклоняются от прямого пути и попадают в то место на экране, куда нам нужно. Одна пара пластин отклоняет электроны в вертикальном направлении, а вторая - в горизонтальном. При попадании луча на люминофор (светящееся при попадании электронов покрытие) происходит излучение цвета. Регулируя интенсивность потока изменением напряжения можно менять яркость отдельной точки.
Первый и самый распространенный тип маски - теневая маска (shadow mask) - лист с круглыми отверстиями, расположенными как показано на рисунке. Для нее характерно дельтаобразное расположение электронных пушек. Нанесение люминофоров разного цвета показано на том же рисунке.
Щелевая маска (slot mask). Дырки в ней не круглые, а прямоугольные, хотя их центры расположены так же, как и у теневой маски. Расположение электронных пушек трех цветов здесь планарное - то есть на одной линии. На экране появляются элементарные прямоугольники, расположенные по вертикали. Этот тип маски практически не встречается в мониторах, зато его очень любят (до спазмов) телевизоры.
Третий тип масок - апертурная решетка (aperture grill). Она состоит из вертикальных линий. Расположение пушек также планарное. Вместо точек с люминофорными элементами трёх основных цветов, апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов, выстроенных в виде вертикальных полос трёх основных цветов.
Большая электроемкость ячеек в первых мониторах (STN) увеличивала время смены напряжения для одного кристалла, поэтому изображение прорисовывалось весьма медленно. Эту проблему пытались решить разбиением монитора на две половины, каждая из которых прорисовывается отдельно (получив DSTN-мониторы - с <двойным сканированием>). Смазанность и дрожь изображения исчезли, но эффект не превзошел все ожидания.
