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常用硬體接口知識

VGA接口

VGA(Video Graphics Array)視訊圖形陣列是IBM于1987年提出的一個使用模拟信号的電腦顯示标準。VGA接口即電腦采用VGA标準輸出資料的專用接口。VGA接口共有15針,分成3排,每排5個孔,顯示卡上應用最為廣泛的接口類型,絕大多數顯示卡都帶有此種接口。它傳輸紅、綠、藍模拟信号以及同步信号(水準和垂直信号)。

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VGA接口是一種D型接口,上面共有15針孔,分成三排,每排五個。其中,除了2根NC(Not Connect)信号、3根顯示資料總線和5個GND信号,比較重要的是3根RGB彩色分量信号和2根掃描同步信号HSYNC和VSYNC針。VGA接口中彩色分量采用RS343電平标準。RS343電平标準的峰值電壓為1V。VGA接口是顯示卡上應用最為廣泛的接口類型,多數的顯示卡都帶有此種接口。有些不帶VGA接口而帶有DVI(Digital Visual Interface數字視訊接口)接口的顯示卡,也可以通過一個簡單的轉接頭将DVI接口轉成VGA接口,通常沒有VGA接口的顯示卡會附贈這樣的轉接頭。

大多數計算機與外部顯示裝置之間都是通過模拟VGA接口連接配接,計算機内部以數字方式生成的顯示圖像資訊,被顯示卡中的數字/模拟轉換器轉變為R、G、B三原色信号和行、場同步信号,信号通過電纜傳輸到顯示裝置中。對于模拟顯示裝置,如模拟CRT顯示器,信号被直接送到相應的處理電路,驅動控制顯像管生成圖像。而對于LCD、DLP等數字顯示裝置,顯示裝置中需配置相應的A/D(模拟/數字)轉換器,将模拟信号轉變為數字信号。在經過D/A和A/D兩次轉換後,不可避免地造成了一些圖像細節的損失。VGA接口應用于CRT顯示器無可厚非,但用于連接配接液晶之類的顯示裝置,則轉換過程的圖像損失會使顯示效果略微下降。

而且可以從接口處來判斷顯示卡是獨顯還是內建顯示卡,VGA接口豎置的說明是內建顯示卡,VGA接口橫置說明是獨立顯示卡(一般的台式主機都可以用此方法來檢視)

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顯示器掃描方式分為逐行掃描和隔行掃描:逐行掃描是掃描從螢幕左上角一點開始,從左像右逐點掃描,每掃描完一行,電子束回到螢幕的左邊下一行的起始位置,在這期間,CRT對電子束進行消隐,每行結束時,用行同步信号進行同步;當掃描完所有的行,形成一幀,用場同步信号進行場同步,并使掃描回到螢幕左上方,同時進行場消隐,開始下一幀。隔行掃描是指電子束掃描時每隔一行掃一線,完成一屏後在傳回來掃描剩下的線,隔行掃描的顯示器閃爍的厲害,會讓使用者的眼睛疲勞。

  完成一行掃描的時間稱為水準掃描時間,其倒數稱為行頻率;完成一幀(整屏)掃描的時間稱為垂直掃描時間,其倒數稱為場頻率,即重新整理一屏的頻率,常見的有60Hz,75Hz等等。标準的VGA顯示的場頻60Hz,行頻31.5KHz。

  行場消隐信号:是針對老式顯像管的成像掃描電路而言的。電子槍所發出的電子束從螢幕的左上角開始向右掃描,一行掃完需将電子束從右邊移回到左邊以便掃描第二行。在移動期間就必須有一個信号加到電路上,使得電子束不能發出。不然這個回掃線會破壞螢幕圖像的。這個阻止回掃線産生的信号就叫作消隐信号,場信号的消隐也是一個道理。

  顯示帶寬:帶寬指的顯示器可以處理的頻率範圍。如果是60Hz重新整理頻率的VGA,其帶寬達640x480x60=18.4MHz,70Hz的重新整理頻率1024x768分辨率的SVGA,其帶寬達1024x768x70=55.1MHz。

  時鐘頻率:以[email protected](60Hz)為例,每場對應525個行周期(525=10+2+480+33),其中480為顯示行。每場有場同步信号,該脈沖寬度為2個行周期的負脈沖,每顯示行包括800點時鐘,其中640點為有效顯示區,每一行有一個行同步信号,該脈沖寬度為96個點時鐘。由此可知:行頻為525*59.94=31469Hz,需要點時鐘頻率:525*800*59.94約25MHz.

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VESA中定義行時序和場時序都需要同步脈沖(Sync a)、顯示後沿(Back porch b)、顯示時序段(Display interval c)和顯示前沿(Front porch d)四部分。VGA工業标準顯示模式要求:行同步,場同步都為負極性,即同步脈沖要求是負脈沖。

  由VGA的行時序可知:沒一行都有一個負極性行同步脈沖(Sync a),是資料行的結束标志,同時也是下一行的開始标志。在同步脈沖之後為顯示後沿(Back porch b),在顯示時序段(Display interval c)顯示器為亮的過程,RGB資料驅動一行上的每一個像素點,進而顯示一行。在一行的最後為顯示前沿(Front porch d)。在顯示時間段(Display interval c)之外沒有圖像投射到螢幕是插入消隐信号。同步脈沖(Sync a)、顯示後沿(Back porch b)和顯示前沿(Front porch d)都是在行消隐間隔内(Horizontal Blanking Interval),當消隐有效時,RGB信号無效,螢幕不顯示資料。

  VGA的場時序與行時序基本一樣,每一幀的負極性脈沖(Sync a)是一幀的結束标志,同時也是下一幀的開始标志。而顯示資料是一幀的所有行資料。

下面以800x600@60Hz分辨率威力詳細講解VGA時序:

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為簡化設計,本實驗平台采用的是8位,256色的VGA視訊接口,如下圖所示,通過不同阻值的限流電阻,将數字信号轉換成模拟信号。

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RS232接口

序列槽是計算機上一種非常通用的裝置通信協定

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兩個序列槽連接配接時,接收資料針腳與發送資料針腳相連,彼此交叉,信号地對應相接即可

RS-232序列槽通信最遠距離是50英尺

RS232可做到雙向傳輸,全雙工通訊,最高傳輸速率20kbps

RS-232C

上傳送的數字量采用負邏輯,且與地對稱。邏輯1:-3 ~-15V ,邏輯0:+3~+15V ,是以與單片機連接配接時常常需要加入電平轉換晶片,如下圖所示

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序列槽通信參數:

a)波特率:RS-232-C标準規定的資料傳輸速率為每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。

b)資料位:标準的值是5、7和8位,如何設定取決于你想傳送的資訊。比如,标準的ASCII碼是0~127(7位);擴充的ASCII碼是0~255(8位)。

c)停止位:用于表示單個包的最後一位,典型的值為1,1.5和2位。由于數是在傳輸線上定時的,并且每一個裝置有其自己的時鐘,很可能在通信中兩台裝置間出現了小小的不同步。是以停止位不僅僅是表示傳輸的結束,并且提供計算機校正時鐘同步的機會。

d)奇偶校驗位:在序列槽通信中一種簡單的檢錯方式。對于偶和奇校驗的情況,序列槽會設定校驗位(資料位後面的一位),用一個值確定傳輸的資料有偶個或者奇個邏輯高位。例如,如果資料是011,那麼對于偶校驗,校驗位為0,保證邏輯高的位數是偶數個。如果是奇校驗,校驗位位1,這樣就有3個邏輯高位。

序列槽通信的傳輸格式:

串行通信中,線路空閑時,線路的TTL電平總是高,經反向RS232的電平總是低。一個資料的開始RS232線路為高電平,結束時Rs232為低電平。資料總是從低位向高位一位一位的傳輸。示波器讀數時,左邊是資料的高位。例如,對于16進制資料55aaH,當采用8位資料位、1位停止位傳輸時,它在信号線上的波形如圖所示。

55H=01010101B,取反後10101010B,加入一個起始位1,一個停止位0,55H的資料格式為1010101010B; aaH=10101010B,取反後01010101B,加入一個起始位1,一個停止位0,55H的資料格式為1101010100B

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序列槽通信的接收過程:(異步通信:接收器和發送器有各自的時鐘;同步通信:發送器和接收器由同一個時鐘源控制。RS232是異步通信)

(1)開始通信時,信号線為空閑(邏輯1),當檢測到由1到0的跳變時,開始對"接收時鐘"計數。

(2)當計到8個時鐘時,對輸入信号進行檢測,若仍為低電平,則确認這是"起始位",而不是幹擾信号。

(3)接收端檢測到起始位後,隔16個接收時鐘,對輸入信号檢測一次,把對應的值作為D0位資料。若為邏輯1, 作為資料位1;若為邏輯0,作為資料位0。

(4)再隔16個接收時鐘,對輸入信号檢測一次,把對應的值作為D1位資料。„.,直到全部資料位都輸入。

(5)檢測校驗位P(如果有的話)。

(6)接收到規定的資料位個數和校驗位後,通信接口電路希望收到停止位S(邏輯1),若此時未收到邏輯1,說明出現了錯誤,在狀态寄存器中置"幀錯誤"标志。若沒有錯誤,對全部資料位進行奇偶校驗,無校驗錯時,把資料位從移位寄存器中送資料輸入寄存器。若校驗錯,在狀态寄存器中置奇偶錯标志。