Узел управления ВМ

Узел управления ВМ (в дальнейшем УУ) выполняет следующие задачи:

Несмотря на то, что, на блок-схеме ВМ (рис. 1) УУ показан отдельным блоком, некоторые его функции реально могут исполняться в других узлах, так как очень часто бывает трудно разграничить их в смысле схемотехники. В изложении будем придерживаться базовой блок-схемы, а некоторые случаи будем оговаривать отдельно.

Схемотехника УУ зависит от типа ВМ. Если в первых моделях (CGA, MDA), работающих на фиксированных частотах разверток, функции УУ были распределены в отдельных блоках, как и в обычном телевизоре, то в ВМ типа EGA уже имеется схема анализа полярности синхроимпульсов, а в современных ВМ функции УУ могут быть практически полностью сконцентрированы в микропроцессорном контроллере.

Основными информационными сигналами для УУ являются синхроимпульсы с уровнями TTL, поступающие от компьютера через входные цепи. Как следует из таблицы 1, для ВМ типа CGA, MDA, HGC и EGA информация о режиме работы поступает из видеокарты компьютера в виде полярности синхроимпульсов, каждой их комбинации соответствует определенная частота строчной развертки. Для ВМ типа VGA и SVGA набор режимов работы видеосистем много шире, и информации из полярности синхроимпульсов уже недостаточно для детектирования установленного режима. Дополнительная информация получается непосредственно из анализа самих частот синхроимпульсов, для чего применяются специальные схемы зачастую с использованием микроконтроллеров.

В качестве примера построения УУ для ВМ типа CGA/EGA на рис. 9 показан фрагмент схемы ВМ (TVM MD-7), в которой вырабатывается сигнал переключения режимов CGA/EGA, а на рис. 10 приведена схема его задающего генератора строчной развертки.

Принцип работы первой схемы основан на логических свойствах элементов ИС Q202 типа SN74LS86N ( исключающее ИЛИ), которые отражены в таблице истинности на рис. 9 справа. Входной сигнал VSYNC, изменяющий свою полярность в зависимости от режима работы видеокарты, поступает на вход 12 ИС Q202-4. Этот элемент оказывается инвертирующим, так как на другом выводе (выв.13) этого элемента присутствует высокий уровень. Конденсатор С203 большой емкости удерживает выходное напряжение, которое присутствует на выходе элемента (выв. 11) большую часть времени от периода следования синхроимпульсов Полученный сигнал имеет переменную составляющую из-за неполного сглаживания на конденсаторе, но после подачи его на вход следующего элемента Q202-1, имеющего порог логического уровня 2.4 В, и прохождения через него на выводе 3 выделяется сигнал MODE. Этот сигнал используется для нормализации кадрового синхроимпульса, т.е. для получения синхроимпульса одной полярности независимо от его полярности на входе ВМ, - такой импульс (VSYNC) необходим для работы кадровой развертки. Инвертирование или прямая передача сигнала VSYNC производится на элементе Q202-3 под управлением инвертированного на Q202-2 сигнала MODE. Сигнал MODE имеет TTL-уровни и используется в узле обработки видеосигналов для переключения режимов (CGA/EGA), для чего он подается на один из адресных выводов ИС ПЗУ декодера цветов. Сигнал MODE получается на коллекторе транзистора Q204, он используется для управления аналоговыми коммутаторами в других фрагментах узла управления.

Другим важным фрагментом УУ являются схемы, в которых вырабатываются необходимые частоты разверток. Наиболее часто в качестве задающих генераторов в ВМ используются следующие ИС: МС1391, TDA1180, TDA9108, содержащие только схемы задающих генераторов строчной частоты, и НА11235, LA7850, TDA4852, TDA2593, TDA9102, включающие в себя и генераторы для кадровой развертки. Обычно частоты задаются резисторами и конденсаторами, в некоторых ИС имеется также возможность управления постоянным напряжением, подаваемым на отдельный вывод ИС.

В схеме (рис. 10) задающего генератора строчной развертки ВМ (TVM MD-7) в качестве основной микросхемы используется широко распространенная ИС типа НА11235 (HITACHI). Внутренний генератор ИС использует в качестве времязадающих элементов RC-цепочку, в которую входят конденсаторы С406, С407 и переключаемые с помощью аналогового переключателя 0412-4 две цепочки резисторов R406 - R409 и R466 - R469, включающих в себя подстроечные резисторы для установки соответствующих частот. Другой переключатель Q412-1 подает выходное напряжение от фазового детектора в ИС (выв. 14 AFC) через резистор R403 или R463 на резисторы цепочки RC для обеспечения необходимой полосы "захвата" частоты. В фазовом детекторе ИС производится также сравнение фазы сигнала от оконечного каскада строчной развертки и входного (HSYNC) синхроимпульса для коррекции положения левого края растра на экране ЭЛТ в каждом режиме в отдельности. Для этого опорный сигнал от оконечного каскада строчной развертки поступает через фазосдвигающие цепочки, состоящие из конденсатора С410 и переключаемых аналоговым коммутатором 0305-4 подстроечных резисторов R413 и R473, на выв.13 (PHREF). Так как источником синхросигнала HSYNC является входной кабель, то на входе ИС (выв. 16) применяется разделительный усилитель на транзисторах Q410, Q411.

В качестве аналоговых коммутаторов в рассмотренной схеме, как и в схемах, приводимых в других главах, используются микросхемы типа HEF4053, выполненные по «МОП-технологии и включающие в себя 4 переключателя из двух входов на один с отдельным для каждого переключателя управляющим входом. Такие ИС представляют собой аналоговые ключи выполненные на полевых транзисторах и соединенные в схему переключателя. Главные свойства этих переключателей - сопротивление, вносимое в переключаемую цепь (оно составляет десятки Ом) и диапазон переключаемых напряжений в пределах от 0 В до напряжения питания ИС, поэтому они хорошо подходят для переключения резисторов в схемах и передачи слаботочных сигналов

Схема узла управления ВМ типа ACERVIEW 7134T приведена на рис. 11, она выполнена с применением микроконтроллера типа WT8043(234). Как и любой другой микроконтроллер, ИС этой серии выпускаются в модификациях для применения в конкретных моделях ВМ и являются заказными, поэтому необходимо обращать внимание на полную маркировку - на ней указан номер модификации. Микросхемы разных модификаций могут отличаться различным расположением, назначением и количеством выводов. Эта ИС включает в себя кварцевый генератор с использованием внешнего резонатора для получения опорной частоты и набора делителей частот, участвующих в измерении периодов следования строчных и кадровых синхроимпульсов, а также схем для анализа их полярности. По результатам анализа на выходы ИС выдаются сигналы, несущие информацию о режиме работы видеосистемы, и нормализованные синхроимпульсы. Все выходные сигналы имеют уровни TTL и, за исключением выходных синхроимпульсов, формируются транзисторами с открытым коллектором. Назначение выводов ИС подробно показано на схеме рис. 11. Каждому режиму видеосистемы соответствует только один (выв. 11 - 18) активный вывод ИС (активный уровень - низкий) - это дает возможность коммутировать делители напряжения из набора резисторов для получения аналоговых сигналов управления H-PHASE, V-ZENTER и H-SIZE.

Для более точной корректировки указанных сигналов используются транзисторы Q201 - Q203, Q205, Q208 с необходимыми резисторами. Все резисторы, используемые в делителях, подобраны с большой точностью в процессе разработки ВМ (1%), так чтобы размеры и положение растра на экране ЭЛТ оставались неизменными при переходе из одного режима работы видеосистемы в произвольный другой.

Информация от выводов 7, 8, 10 используется для установки необходимого напряжения питания выходного каскада строчной развертки В+, для чего с помощью транзисторов Q204, Q206, Q207 включается соответствующий транзистор-ключ в блоке питания.

Полученные в УУ сигналы используются в задающих генераторах строчной и кадровой развертки, показанных на рис. 12. В качестве базовой микросхемы задающих генераторов используется ИС TDA4852.

Основная частота строчных импульсов (31.5 кГц) определяется конденсатором С257, установленным на выводе 19 ИС, и сложным резистором, подключенным к выв. 18, состоящим из постоянного R263 и подстроенного VR253 ( установка 31.5 кГц). При переходе в режим с более высокими частотами к этому резистору с помощью управляющих сигналов (F33K, F36K, F46K) подключается параллельно один из дополнительных (R260, R264, R266) точных резисторов, чем и устанавливается необходимое значение частоты. Электролитический конденсатор С262, установленный в цепи сигнала управления F46K, выполняет важную функцию плавного восстановления строчной частоты при переходе от высокой частоты к низкой (для исключения превышения импульсного напряжения на коллекторе транзистора в выходном каскаде строчной развертки).

Регулировка горизонтального положения растра на экране производится с помощью фазового детектора в ИС, на который поступают нормализованный синхроимпульс H-SYNC, опорный сигнал AFC из узла строчной развертки и управляющее напряжение от делителя из резисторов R297, VR255 ( регулировка на передней панели ВМ) и установочного VR256 (H-PHASE). Для корректировки положения растра в различных режимах к напряжению от делителя подмешивается управляющее напряжение H-PHASE. Выходной сигнал H-DRV с необходимыми параметрами от вывода 3 ИС поступает в узел строчной развертки.

Схема, выполненная на транзисторах Q251 и Q252, срабатывает при превышении амплитуды строчных импульсов определенного значения и блокирует выдачу сигнала H-DRV (выключает строчную развертку) подачей напряжения 12 В через ограничительный резистор R293 и диод D256 на вывод 2 ИС. Так как величина высокого напряжения, получаемого от ТДКС, пропорциональна амплитуде импульсов обратного хода, схема обеспечивает защиту от превышения его нормального значения. При срабатывании эта схема сохраняет свое состояния до полного выключения ВМ.

В задающем генераторе кадровой частоты, выполненном на той же ИС ( IС251, схема на рис. 12), собственная частота пилообразного напряжения определяется емкостью конденсатора С254 и резистором R258, она, как правило, ниже 40 Гц. При поступлении синхроимпульса генератор прекращает текущий период развертки и начинает следующий, отсекая часть линейно возрастающего (пилообразного) напряжения. Выработанное в задающем генераторе напряжение поступает на выходной усилитель в ИС IC250 типа TDA4866 и после усиления в нем подается на кадровые отклоняющие катушки. Так как для разных частот кадровых синхроимпульсов при изменении режима работы видеосистемы разность начального и конечного напряжения пилы оказывается различной, то и вертикальный размер растра на экране будет изменяться в зависимости от видеорежима. Для поддержания постоянного размера растра в промежуточном усилителе ИС IС251 производится необходимая коррекция усиления с помощью управляющего напряжения, подаваемого на вывод 13. Это напряжение формируется делителем из установочного резистора VR252 ("V-SIZE") и переменного VR251 ("V-SIZE" на передней панели ВМ), к нему подмешивается сигнал V-SIZE от схемы детектирования режима.

В ИС IС251 вырабатывается также сигнал PARA параболической формы, который используется в узле строчной развертки для коррекции искажений растра типа "подушка".

На рис. 13 приведена схема УУ монохромного ВМ (NTT VM340). Так как этот ВМ предназначен для применения только в простых видеорежимах VGA, детектирование режимов и нормализация синхроимпульсов осуществляются с помощью традиционной схемы, выполненной на ИС IC276 типа 74LS86. В задающем генераторе строчной развертки применена ИС типа TDA9108. Основная частота (31,5 кГц) определяется емкостью конденсатора С209 и резистором из R220 и установочного V201. Для получения другой строчной частоты с помощью транзистора Q201 подключается дополнительный резистор R213. Для открывания транзистора используется сигнал от схемы детектирования частоты входных импульсов, которая работает следующим образом. Нормализованный строчный импульс поступает на транзистор Q304,который выполняет роль согласователя уровней (с выхода IС276-3 сигнал имеет уровень 5 В, а 1С301 -2 использует 12 В), и с него - на вход I301-2, которая представляет собой перезапускаемый ждущий моностабильный мультивибратор. Положительный фронт импульса на входе запускает активный период, длительность которого определяется RC-цепочкой из С304 и R311, R312, V302.По истечении активного периода мультивибратор возвращается в исходное состояние и ждет прихода следующего импульса. Если период поступления синхроимпульса больше установленного RC-цепочкой периода, то на выходе Qбудут наблюдаться импульсы нулевого уровня (исходного состояния), если меньше, то следующий приходящий синхроимпульс будет перезапускать мультивибратор до окончания его активного периода, и его выход Q будет иметь постоянно высокий уровень. Таким образом, на инверсном выходе Q в одном случае будут присутствовать импульсы, в другом - постоянно низкий уровень. Получающиеся на выводе 9 ИС импульсы через диод D302поступают на накопительный конденсатор СЗОЗ, напряжение с которого открывает транзистор Q302,а в случае отсутствия импульсов этот транзистор будет закрыт. Мультивибратор настраивается в этой схеме с помощью V302 таким образом, чтобы в видеорежиме с нижней строчной частотой на его выходе (выв.9 IС301-2) были импульсы длительностью 2 - 3 мкс, а в других режимах с более высокой частотой они отсутствовали, тогда сигнал, полученный с коллектора транзистора Q302, можно использовать для управления частотой задающего генератора с помощью ключа на транзисторе Q201.Этот сигнал (B+CONTL)используется также для управления напряжением В+ в узле строчной развертки, поэтому эту настройку надо проводить с осторожностью.

Узел управления ВМ выполняет функции, которые могут быть удобно реализованы микропроцессорными средствами. Принципы управления микропроцессорами (МП) в ВМ аналогичны применяемым в телевизионных приемниках, однако набор функций, выполняемый в них, существенно отличается - кроме обычных, таких как управление яркостью и контрастностью изображения, необходимо определять по сигналам от компьютера режим работы и поддерживать геометрические характеристики растра во всем диапазоне рабочих частот. По этой причине набор применяемых типов микропроцессоров для ВМ совсем другой.

Так же как и в описанных выше схемах, в УУ с применением МП вырабатываются аналоговые и цифровые управляющие сигналы для других узлов. Их значения и последовательность зависят от входных сигналов, действий оператора и описываются программой в ПЗУ МП, а для запоминания и хранения данных для каждого режима обычно используется внешняя ИС памяти, содержимое которой сохраняется при выключении питания. Часто совместно с МП применяются специализированные ИС, которые дополняют его функции и расширяют набор управляющих сигналов, например, для получения аналоговых напряжений или подмешивания текстовой видеоинформации в видеосигнал с целью образования на экране ВМ изображения "меню". Такие ИС имеют ограниченное количество выводов для связи с МП, поэтому они используют при обмене информацией последовательный код (обычно через шину типа I2C). К сожалению, информация о детальных свойствах МП и периферийных ИС, как и сами микросхемы, не всегда доступна, поэтому ремонт ВМ, содержащих такие микросхемы, бывает весьма затруднен.

Для пояснения принципа применения МП на рис. 14приведен фрагмент схемы УУ для ВМ типа "HIGHSCREEN MS-1575P".

В этом ВМ используется МП типа Z0860204 в стандартном DIP-корпусе имеющий 40 выводов. В качестве внешней памяти МП использует ИС типа 93С66, подключенную через шину I2C, образованную тремя линиями от МП. Для получения аналоговых напряжений управления узлами в ВМ применена ИС типа MTV003, подключенная также через шину I2C, образованную линиями от других выводов МП. Перечень вырабатываемых этой ИС аналоговых напряжений приводится в таблице 4.

Аналоговые напряжения получаются в результате интегрирования импульсов от выводов ИС на цепочках RC, установка их значений производится изменением коэффициента заполнения импульсов (аналогично принципу ШИМ). Эта ИС выполняет также функции нормализации синхроимпульсов от компьютера и определение рабочего режима с передачей необходимой информации в МП по той же шине. Тактовая частота, вырабатываемая генератором данной ИС с внешним резонатором ХС1, необходима не только для ее работы, но используется также и в МП, для чего она поступает на его вывод 3.

Управление изображением производится тремя кнопками на передней панели ВМ - одна предназначена для выбора регулируемого параметра, а две другие служат для уменьшения или увеличения его значения. Кнопки обеспечивают замыкание выводов 18 - 20 МП на землю, то есть низкий логический уровень сигнала на входе. Индикация выбранного для регулировки параметра осуществляется с помощью светодиодов, установленных на передней панели - они получают питание от выводов 4, 10, 29, 40 МП. Установка яркости и контрастности изображения в данной модели ВМ производится обычными путем с помощью потенциометров на передней панели, поэтому МП эти функции не обрабатывает.

Таблица 4. Аналоговые напряжения, вырабатываемые ИС MTV003

Выходные цифровые сигналы от МП имеют логические уровни О В и 4.5 - 5.0 В, они обеспечивают нагрузочный ток до 10 мА, поэтому в случае необходимости управления большими токами и напряжениями используют усилители и ключи на транзисторах. В описываемой схеме для управления режимом работы отдельных узлов ВМ используются цифровые сигналы следующего назначения:

На выв. 1 подается напряжение питания МП (+5 В), при его появлении схема из конденсатора, резистора и транзистора в цепи вывода 6 формирует сигнал RESET ( низкого уровня). Этот сигнал получается также от включения питания +12 В при переходе из дежурного режима в рабочий. При получении сигнала RESET МП выполняет программу начальной установки и получает информацию от ИС MTV003 о необходимости включения заданного от компьютера режима, затем восстанавливает из ИС памяти соответствующий режиму работы набор параметров и устанавливает их значения на выводах управления. Основные рабочие параметры, такие как частота строк и кадров, выбираются из внутреннего ПЗУ, оператор может корректировать с передней панели только размеры растра и исправлять искажения. Полученные один раз при настройке ВМ в каждом режиме данные сохраняются во внешней памяти и будут восстановлены соответственно заданному компьютером рабочему режиму.

Сигналы от группа выводов МП (5, 12, 15, 16, 30) поступают совместно с напряжением +5 В на разъем Р701 для подключения устройств, расширяющих возможности ВМ, и в данной модели не используются.

На первом этапе проверки работы УУ контролируют поступление питающих напряжений на микросхемы данного узла и при их наличии и кондиции убеждаются в наличии растра на экране ЭЛТ. Если свечение отсутствует, проверяют состояние защитных сигналов, которые могут блокировать работу задающего генератора строчной развертки, выключать луч запирающим напряжением G1 или переводить ВМ в дежурный режим. По результатам этих проверок производят необходимые исправления в УУ или других узлах. В некоторых исключительных случаях можно принудительно разблокировать отдельные защитные сигналы на время ремонта. К ним относятся сигнал блокировки ИП при переходе в дежурный режим и сигнал выключения луча. Обычно отключение блокировки производится замыканием перехода Б-Э исполнительного транзистора, например, Q603 в схеме ИП на рис. 8 или разрывом (выпаиванием перемычки на плате) в цепи сигнала. С особой осторожностью производят отключение блокировки задающего генератора строчной развертки, так как при неправильной работе УУ это может привести к дополнительным повреждениям в выходном каскаде строчной развертки вплоть до выхода из строя ТДКС. Для диагностики работоспособности задающих генераторов разверток в УУ достаточно проконтролировать пилообразное напряжение на задающих частоту конденсаторах осциллографом, при этом попутно можно оценить их частоты. Как правило, микросхемы задающих генераторов после исключения блокировок работают достаточно независимо от остальных схем, поэтому их проверка не вызывает трудностей.

При наличии растра на экране ЭЛТ оценивают работу ВМ по исполнению тестовых программ на компьютере, задавая поочередно все возможные для данного ВМ рабочие режимы. Главное внимание при этом уделяют геометрическим характеристикам растра и работе регулировочных органов на передней панели ВМ. При малейших отклонениях от нормы проверяют состояние управляющих сигналов и при необходимости прослеживают их прохождение с помощью осциллографа (для точных измерений постоянных напряжений используют цифровой мультиметр). Если управляющие сигналы изменяют свое состояние нужным образом, а реакция на растре отсутствует, аналогичным образом проверяют соответствующие исполнительные элементы и производят необходимые исправления.

Очень часто признаки, проявившиеся при проверках по тестовым программам, прямо указывают на неисправность УУ. К характерным признакам таких дефектов УУ относятся:

Диагностика УУ с применением МП проводится приемами, принятыми в микропроцессорной технике, а именно, измерением логических уровней сигналов с помощью осциллографа и наблюдением ожидаемой реакции на изменение управляющих сигналов. На первом этапе проверяют питающее напряжение (в большинстве случаев +5 В) и наличие тактовой частоты, а также ее соответствие частоте кварцевого резонатора. Контроль тактовой частоты проводят осциллографом на одном из выводов резонатора, при этом генерация может срываться, тогда пытаются наблюдать сигнал на другом выводе или включают в цепь щупа конденсатор емкостью 20 - 100 пФ. Частота определяется измерением периода сигнала на экране осциллографа и последующим ее вычислением (F=1/T), большой точности при этом не требуется, но необходимо убедиться, что она близка к частоте резонатора. Несоответствие частоты или отсутствие генерации говорит о возможном дефекте резонатора (это проверяется его заменой) или самого МП. Затем, чтобы убедиться в отсутствии причин, мешающих работе МП, проверяют состояние сигнала RESET. Обычно активный уровень этого сигнала - низкий, для его формирования используют простую схему из RC-цепочки, иногда транзистор, как показано на рис. 14. Наличие высокого уровня на выводе говорит о рабочем состоянии МП.

Далее, если имеется принципиальная схема ВМ, контролируют наиболее важные для его работы сигналы на выводах МП: входные (от кнопок управления, синхросигналы, сигналы защиты) и управляющие (идущие к исполнительным элементам в других узлах). Так как большинство применяемых МП выполнено по КМОП-технологии и имеет напряжение питания +5 В, напряжение высокого уровня близко к нему и составляет 4.5 - 5В. Промежуточные уровни наблюдаемых сигналов на каком либо выводе свидетельствуют о дефекте МП или в цепях, подключенных к нему. Такой прием, в случае отсутствии схемы ВМ, может оказаться единственным средством диагностики работоспособности МП и часто помогает найти неисправность в его окружении.

После вышеописанных проверок и устранения найденных при этом неисправностей можно проконтролировать работу МП при исполнении записанной в его ПЗУ программы начальной инициализации. Для этого кратковременно замыкают вывод RESET МП на землю и наблюдают сигналы на других его выводах осциллографом. Наиболее подходящими для контроля являются выводы, которые используются для подключения ИС памяти (линии шины I2С), так как при начальной установке из нее обязательно выбираются данные для включения режима работы ВМ. На этих выводах должны наблюдаться серии импульсов, говорящих о процессе обмена информацией между МП и другими ИС и, соответственно, о его функциональной работоспособности. Аналогичным образом можно проверить реакцию на другие сигналы, например, нажимая кнопки управления не передней панели ВМ.

Следует отметить, что некоторые типы МП содержат внутри себя схемы нормализации синхроимпульсов и определения их периодов (определения режима работы ВМ), которые используют таймеры и механизм прерываний, поэтому такой МП может не реагировать на сигнал RESET до поступления на него синхроимпульсов от компьютера.

В случае дальнейших затруднений, т.е., если после проведенных проверок не удалось отыскать причину дефекта, а ВМ не может полноценно работать, можно рекомендовать замену МП. При отсутствии необходимых для замены микросхем ремонт ВМ завершается, но иногда, при частичных повреждениях МП, удается настроить ВМ таким образом, чтобы он нормально работал в одном из режимов.

Окончательное заключение о правильной работе УУ с применением МП можно сделать только после полного комплекса проверок по тестовым программам во всех рабочих режимах ВМ.