18.4. Связь сои с бортовым вычислительным комплексом, микропроцессорные системы управления сои

Использование полностью интегрированной панели цветных многофункциональных индикаторов на базе широкоформатных активных жидкокристаллических матриц привело к разработке концепции «стеклянной кабины экипажа» (glass cockpit). В рамках этой концепции появились новые возможности для создания видеокомпьютерных средств синтезированного или алгоритмического формирования изображений на основе цифровой обработки видеоданных. Использование видеокомпьютерных методов преобразования изображений позволяет существенно повысить их информационные характеристики, особенно при слабой контрастности, низкой заметности целей в условиях плохой видимости или при наличии искусственных помех. Еще больший эффект достигается при комплексировании разноспектральных изображений для получения нового, результирующего изображения, более информативного, чем первичные изображения, поступающие от радиолокационного, телевизионного и тепловизорного источников видеоинформации. Таким образом, электронные системы индикации оказываются действенным средством, позволяющим оптимизировать компоновки информационных и управляющих полей кабины перспективных летательных аппаратов, в том числе отрабатывать принципы комплексирования данных, содержащихся в цифровой карте местности и поступающих от внешних систем, для формирования синтезированного трехмерного изображения. Реализация этих возможностей требует использования разветвленной системы управления устройствами электронной индикации – начиная с систем формирования графических примитивов и кончая видеопроцессорами для реалистического представления трехмерных сцен.

Управление семисегментными индикаторами. Простейшим графическим примитивом является семисегментный индикатор, представленный на рис. 18.35. Он объединяет минимальное количество сегментов, необходимое для представления десятичных цифр от нуля до девяти. Сегменты обозначаются латинскими буквами от a до g. Таблица 18.5 иллюстрирует, с помощью каких сегментов формируется изображение каждой цифры. Способ активизации сегментов в соответствии с этой кодировкой зависит от используемой физической среды. Мы рассмотрим принципы управления семисегментными индикаторами на примере жидкокристаллических (ЖК) панелей, которые становятся основным средством отображения информации бортовых устройств.

Рис. 18.35. Схема стандартного семисегментного индикатора

При использовании индикаторов на основе ЖК материалов предпочтительным оказывается возбуждение переменным током, поскольку долговечность ЖКИ, работающих на постоянном токе, примерно на порядок ниже, чем при использовании переменного напряжения.

Таблица 18.5

Кодировка элементов семисегментного индикатора

Номер входного импульса	Активизируемые сегменты	Отображаемое десятичное число
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	a b c d e f g b c a b d e g a b c d g b c f g a c d f g c d e f g d e f g a b c d e f g a b c f g

Снижение долговечности при использовании схем на постоянном токе обусловлено миграцией примесей к отражающему электроду под воздействием постоянной составляющей управляющего сигнала, в результате чего падает контрастность и растет напряжение возбуждения. Чтобы избежать этого на электроды передней и задней пластин подаются импульсы напряжения прямоугольной формы одинаковой полярности, но сдвинутые по фазе так, что управляющее напряжение представляет собой биполярный сигнал, не имеющий постоянной составляющей (см. рис. 18.36).

Рис. 18.36. Схема возбуждения сегментов ЖКИ

Кроме того, для ЖК материалов характерна заметная инерционность при возбуждении и снятии возбуждения. Ячейка включается с запаздыванием на 10...20 мс (время реакции) по отношению к фронту возбуждающего импульса, а время выключения (время релаксации) примерно на порядок превышает время включения. Известны различные способы уменьшения времени выключения ЖК ячеек. Можно через несколько миллисекунд после снятия напряжения возбуждения подать на ячейку короткий импульс относительно большой амплитуды. При этом ускоряется процесс нейтрализации ионов, накопленных в ЖК за время действия управляющего импульса, дипольные моменты молекул ЖК ориентируются параллельно вектору напряженности электрического поля. В результате рассеяние света быстро прекращается. Несмотря на простоту, этот способ неудобен, так как требует использования устройства генерирования импульсов высокого напряжения. При возбуждении ячейки переменным напряжением после прекращения возбуждающего напряжения можно подать сигнал частотой 10...40 кГц в течение нескольких миллисекунд. За это время ячейка гаснет. Время выключения (релаксации) сокращается до 5...10 мс. Возбуждение ЖКИ может осуществляться частотным или фазовым способом. Частотный способ иллюстрируется схемой, показанной на рис. 18.37.

Рис. 18.37. Схема частотного способа возбуждения ЖКИ

Схема состоит из инвертора, двух логических элементов ИЛИ (1 и 2) с двумя входами и транзисторного ключа. К коллектору транзистора приложено постоянное напряжение, равное удвоенной амплитуде переменного напряжения возбуждения (40 В). На вход одного из вентилей подано переменное напряжение частоты 30...500 Гц, на вход другого — напряжение частоты 10...400 кГц. С коллектора транзистора на сегмент индикатора подаются импульсы прямоугольной формы соответствующей частоты амплитудой 40 В. На общий электрод индикатора подается постоянное напряжение для компенсации постоянной составляющей возбуждающего сигнала. При подаче управляющего воздействия, соответствующего режиму включения сегмента индикатора, на выходе элемента 1 формируется положительный сигнал, переключающий транзистор с частотой возбуждения 30... 500 Гц. Сигнал на выходе элемента 2 в это время отсутствует. При изменении полярности управляющего сигнала на выходе элемента 2 возникает сигнал гашения сегмента с частотой 10...400 кГц. Устройство управления (без формирователей) удобно выполнять на комплементарных МДП-схемах.

Фазовый метод, схема которого представлена на рис. 18.38, предусматривает подачу на входы вентилей импульсов напряжения с частотой 15... 20 Гц, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 180°.

Рис. 18.38. Схема фазового способа возбуждения ЖКИ

В зависимости от уровня управляющего сигнала с выхода формирователя на сегмент подаются напряжения различных фаз. Сегмент не возбуждается при совпадении фаз на электродах ЖКИ: возбуждение происходит при различных фазах. По сравнению с частотным, фазовый метод позволяет вдвое снизить напряжение питания, однако при этом не удается сократить время включения ЖКИ. При использовании фазового метода информацию можно выводить до 5 раз в секунду. При более высоких частотах смены информации, например, при динамическом принципе индикации, целесообразно использовать частотный метод управления.

Поскольку ЖКИ потребляют очень малую мощность, управлять их работой могут непосредственно МОП- и КМОП-элементы, в том числе нанесенные непосредственно на матрицу ЖКМ. Реализовать схему управления работой ЖКИ можно и с использованием логического элемента «Исключающее ИЛИ», как это показано на рис. 18.39.

Рис. 18.39. Схема возбуждения ЖКИ с помощью логического элемента

Таблица истинности логического элемента «Исключающее ИЛИ» имеет следующий вид

А	В	С
0 1 0 1	0 0 1 1	0 1 1 0

Из этой таблицы следует, что если на управляющем входе А установлен логический 0, сигнал на выходе С повторяет тактовый сигнал (40 Гц) на входе В, т.е. находится в фазе с ним. Сигнал с выхода С подается на переднюю пластину сегмента ЖКИ. Синфазный с ним тактовый сигнал непосредственно подается на заднюю пластину сегмента. В результате электрический потенциал, а следовательно, и электрическое поле между пластинами оказываются равными нулю, и сегмент выключен.

Когда на управляющем входе А установлена логическая 1, сигнал на выходе С логического элемента оказывается в противофазе с сигналом на входе В. Теперь на переднюю и заднюю пластины сегмента подаются противофазные сигналы, амплитуды которых суммируются и дают удвоенную амплитуду электрического поля (по отношению к амплитуде поля при действии одного тактового сигнала), что соответствует включению сегмента.

Управление многоразрядными индикаторами. Управление многоразрядными ЖКИ может осуществляться в статическом или динамическом режиме. Структурная схема управления индикатором в статическом режиме показана на рис. 18.40.

Рис. 18.40. Схема управления ЖКИ в статическом режиме

Все разряды индикатора – от 1 до n-го - подключены к общей шине регистра оперативной памяти. Каждая кодовая комбинация регистра преобразуется в сегментный код индикатора дешифраторами управления ДУ. С выходов ДУ информация в коде соответствующего индикатора через ключи блока формирователей БФ коммутирует цепи питания сегментов.

Для этого устройства управления характерно полное использование контраста знакоместа, так как время возбуждения свечения равно длительности цикла индикации. Недостаток схемы — необходимость иметь для каждого разряда свой дешифратор и формирователь для каждого сегмента. Число внутрисхемных соединений велико, оно равно произведению числа выходов на один цифровой разряд на число цифровых разрядов.

При динамическом управлении пространственно разделенные разряды работают последовательно во времени (см. рис. 18.41). В этом случае также возможны два типа управления — с последовательной выборкой знакоместа и с последовательной выборкой цифры.

Рис. 18.41. Схема управления ЖКИ в динамическом режиме

В первом случае распределитель знакомест (РЗМ) последовательно через формирователи (Ф₁—Ф_n) возбуждает знакоместа десятичных разрядов, на которые синхронно с помощью коммутатора (Ком), управляемого РЗМ, и дешифратора цифр (ДШ цифр) с регистра памяти подается информация, подлежащая индикации. Такт выдачи сигналов распределителем Т_р = nt_р, где t_р — время возбуждения одного разряда, a n — число разрядов. При этом частота распределителя f_p=1/T_p=1/(nt_p) должна быть выше или равной некоторой критической частоты f_кр, при которой мерцание разрядов незаметно, т.е. f_p ≥ nf_кp.

При последовательной выборке цифры дешифратор цифр последовательно и синхронно с генератором фазоимпульсных констант ГФК синтезирует цифры от 0 до 9 параллельно на всех знакоместах от 1 до n. Информация от регистра памяти в фазоимпульсном десятичном коде подается через формирователи на общий электрод знакомест. Цифра высвечивается в момент совпадения информации регистра с синтезируемой цифрой. Устройство не имеет ограничений по числу разрядов, однако работает при постоянной скважности 10 (десять цифр 0 ... 9), что ограничивает возможности ее использования применительно к ЖКИ с малым контрастом.

Значения порогового и управляющего напряжений выбираются исходя из требований, предъявляемым к основным параметрам ЖКИ: контрастности и пропусканию, которое оценивается отношением интенсивности света, выходящего из ячейки, если наблюдение ведется в направлении навстречу входящему лучу, и контрастностью во всех других случаях. Для ячеек, работающих на эффекте динамического рассеяния, контраст должен составлять от 15:1 до 100:1, пропускание — минумум 20:1. Для ячеек на основе твист-эффекта контрастность и пропускание—от 40:1 до 100:1.

Системы управления индикацией с использованием видеопроцессора и перепрограммируемых логических интегральных схем. Видеопроцессоры широко используются при формировании изображения в растровых дисплеях. Растровый (телевизионный) принцип получил в настоящее время наиболее широкое распространение, что связано со следующими преимуществами:

• обеспечивается наивысшее качество изображения при меньшей стоимости оборудования;

• полные цветовые возможности и легкость представления закрашенных поверхностей;

• возможность смешивать синтезированные и естественные изображения и поддерживать новые технологии в телекоммуникациях (совмещение карты местности и видеоинформации, поступающей от ГНСС, TCAS и др. бортовых систем);

• интерактивная компьютерная графика и обработка изображений могут выполняться в рамках одной системы;

• сложность немерцающего изображения практически неограниченна.

Основными компонентами растрового видеопроцессора являются: подсистема создания изображения, видеопамять, видеоконтроллер.

Подсистема создания изображения формирует растровое представление сцены на основе описания, поступающего из центрального процессора. Это поточечное представление в виде отдельных пикселов заносится в видеопамять.

Кодирование данных в видеопамяти может осуществляться несколькими способами. Поточечное кодирование, когда один пиксел соответствует одному элементу видеопамяти, требует больших ее размеров, т.к. для хранения изображения 1024×1024 пикселов при одном байте на пиксел требуется видеопамять в 1 Мбайт. Во многих случаях отличие двух соседних пикселов в строке и двух соседних строк мало, что в принципе позволяет сэкономить память. В связи с этим используются более экономичные способы кодирования - кодирование длин серий, заключающееся в учете повторения кодов пикселов вдоль строки и клеточное кодирование, представляющее изображение разбитым на отдельные фрагменты. При кодировании длин серий группа повторяющихся значений пикселов кодируется в виде пар <значение пиксела; число его повторений>. С помощью такого кодирования достигается сокращение занимаемого объема в 10 и более раз. Ясно, что при таком способе кодирования утрачивается соответствие между координатой пиксела на экране и адресом в памяти изображения. Доступ к строкам становится возможным только путем их последовательного просмотра. Для сокращения времени доступа используется списочная структура записей. В случае клеточного кодирования экран разбивается на прямоугольные ячейки (знакоместа). Содержимое ячейки кодируется и размещается в видеопамяти по адресу знакоместа. Сокращение занимаемого объема памяти достигается за счет меньшей длины кодового слова, по сравнению с количеством пикселов в ячейке. Этот метод пригоден для алфавитно-цифровых дисплеев и примитивной графики. Наряду с символами и знаками в таком коде можно представлять и элементарные вектора. Функционально-растровое преобразование для векторов в этом случае выполняется подбором подходящей комбинации знакомест. Такое представление используется в настоящее время только для алфавитно-цифровых режимов, т.к. в одном знакоместе может быть представлен либо один знак, либо отрезок, причем цвет и другие параметры отображения задаются сразу для всех пикселов знакоместа.

Видеопамять непрерывно и независимо от процесса занесения построчно сканируется видеоконтроллером, формирующим изображение на экране монитора путем его построчного вывода. При этом точно соблюдает время развертки строки, соответствующее предопределенным параметрам (ширина полосы, частота строк и кадров и т.д.). Некоторые мониторы для сокращения полосы пропускания используют т.н. чересстрочную развертку, при которой две картинки имеют половинное вертикальное разрешение и выдаются на экран по двум вложенным друг в друга гребенкам строк. Вначале выдаются строки первого полукадра, затем - второго. Таким образом, при частоте кадров 50 Гц полная смена изображения на экране выполняется с частотой 25 Гц. Однако для синтезированных изображений он мало пригоден при малой частоте кадров, так как одиночные горизонтальные линии, занимающие ровно одну строку, вызывают мерцание экрана. Время, требуемое для вывода картинки на монитор, определяется частотой строк и кадров, а также временами обратного хода строчной и кадровой разверток.

Таким образом, функциональное предназначение видеоконтроллера сводится к следующему:

• адресация и чтение данных из видеопамяти;

• формирование синхроимпульсов разверток по горизонтали и вертикали, соответствующих формату изображения;

• управление монитором для задания требуемых цветов и интенсивностей, цифро-аналоговое преобразование.

Поскольку время на обработку пиксела существенно меньше, чем время доступа к динамической полупроводниковой памяти, а пикселы строки отображаются на экран строго последовательно, поэтому в состав видеоконтроллера вводится быстродействующий сдвиговый регистр для одновременного чтения сразу нескольких пикселов, параллельно-последовательного преобразования данных из этого регистра и формирования на их основе сигналов управления цветами и интенсивностями изображения на экране.

Рассмотрим более подробно структуру видеоконтроллера на примере программируемого контроллера пульта управления ЖКИ и дисплея. Этот видеоконтроллер предназначен для обслуживания 64-клавишной клавиатуры и одного 16-разрядного алфавитно-цифрового дисплея, как это показано на рис. 18.42, а), или двух 16-разрядных цифровых (7-сегментных) дисплеев — рис. 18.42, б).

Видеоконтроллер освобождает центральный процессор от рутинной работы, связанной с программным динамическим (мультиплексным) управлением многоразрядными дисплеями.

Контроллеры 8279 и 8279-5 изготовляются по n-МОП

Рис. 18.42. Варианты цифровых индикаторов

Структурная схема видеоконтроллера представлена на рис. 18.43.

Рис. 18.43. Структурная схема видеоконтроллера

В состав этой структурной схемы входят следующие цифровые узлы.

Буфер шины данных (DB) представляет собой двунаправленный приемопередатчик с Z-состоянием выхода. Буфер используется для приема от центрального процессора команд управления и данных для дисплея, а также для чтения данных и слова состояния из видеоконтроллера.

Устройство управления вводом-выводом (I/O Control) обеспечивает включение БИС, используя сигнал выбора кристалла с низким активным уровнем, который подается от дешифратора адресных сигналов; адресацию данных в соответствии с низким уровнем младшего разряда (Ао = 0) шины адреса центрального процессора, интерпретирующего назначение информации, передаваемой по шине данных D_7-0, и команд управления или слова состояния по высокому уровню этого разряда (Ао = 1), а также задает направление передачи данных приемопередатчиком буфера шины данных по сигналам чтения и записи информации.

Регистры управления и синхронизации (C&TR) используются для хранения режимов работы пульта управления ЖКИ и дисплея, а также других параметров, программно устанавливаемых микропроцессором.

Устройство синхронизации (TC) содержит прескалер с программируемым командой CW₁ модулем пересчета от 2 до 31 и делитель частоты с коэффициентом деления, равным 64. Структурная схема устройства синхронизации и счетчика сканирования приведена на рис 18.44.

На этой схеме Prescaler — предварительный делитель частоты, используемый для масштабирования частоты входного тактового сигнала CLK, Divider — делитель частоты. Прескалер используется для получения базовой частоты (частоты цикла) f_ц = 100 кГц внутренней синхронизации всех узлов БИС (период T_ц = 10 мкс). Двоичный 6-разрядный делитель частоты определяет временные параметры сканирования пульта управления ЖКИ и дисплея: период сканирования клавиатуры равен 640 мкс х 8 = 5,12 мс, время устранения «дребезга» клавиатуры равно 10,24 мс.

Далее на этой схем показан Scan Counter — счетчик сканирования пульта управления ЖКИ и дисплея (4-разрядный двоичный счетчик). Тип четырех выходных сигналов счетчика SL_3-0 (Scan Lines — линии сканирования пульта управления ЖКИ и дисплея) программируется командой CW₀ и задает два режима сканирования:

1) кодированный режим (Encoded Mode), требующий применения внешних дешифраторов и используемый для построения 64-клавишного пульта управления ЖКИ и одного 16-разрядного алфавитно-цифрового дисплея или двух 16-разрядных цифровых дисплеев;

2) декодированный режим (Decoded Mode), не требующий применения внешних дешифраторов и используемый для построения 32-клавишного пульта управления ЖКИ и одного 4-разрядного алфавитно-цифрового дисплея или двух 4-разрядных цифровых дисплеев.

Рис. 18.44. Структурная схема устройства синхронизации

В декодированном режиме (с внутренней дешифрацией) сигналы SL_3-0 имеют низкий активный уровень (0).

Вернемся теперь к структурной схеме видеоконтроллера.

Для хранения сигналов возврата RL_7-0 (Return Line), поступающих с пульта управления ЖКИ, используется 8-ми разрядный буферный регистр памяти (RB). К входам RL_7-0 вместо пульта управления ЖКИ можно подключать матрицу датчиков или 8‑ми разрядное внешнее устройство, записывающее в регистр памяти байт данных положительным фронтом сигнала «режим стробирования ввода» (STB), подаваемым на вход CNTL/STB.

Режим работы видеоконтроллера (пульт управления ЖКИ, матрица датчиков, стробируемый ввод) программируется командой CWo. Стробируемый ввод обеспечивает программный ввод данных с квитированием и по прерыванию с использованием FIFO 8x8 бит в качестве буферной памяти.

Устройство управления и устранения «дребезга» (KD&C) пульта управления ЖКИ в режиме сканирования анализирует сигналы RL_7-0 для обнаружения замыкания клавишного контакта и определяет номер строки, в которой контакт был замкнут. При обнаружении замыкания контакта противодребезговая схема через 10,24 мс проверяет его состояние. Если контакт сохраняет замкнутое состояние, то его номер в клавишной матрице и состояния сигналов CNTL и SHIFT передаются в буферную память типа FIFO. В режиме сканирования матрицы датчиков значения сигналов RL_7-0 непосредственно записываются в соответствующую ячейку памяти ОЗУ датчиков. В режиме стробируемого ввода значения сигналов на линиях RL_7-0 записываются в FIFO по положительному фронту сигнала CNTL/STB.

Оперативная память (F/S RAM) объемом 8 байт используется для хранения кодов нажатых клавиш или данных, поступающих от матрицы датчиков или внешнего устройства со стробируемым вводом. В режимах сканирования пульта управления ЖКИ и стробируемого ввода память используется как FIFO. В режиме сканирования матрицы датчиков ОЗУ используется для хранения их состояния. Каждая строка ОЗУ датчиков хранит текущее состояние соответствующей строки матрицы датчиков. В свою очередь, в 8-ми разрядном регистре состояния (F/S RAM Status) фиксируется число введенных символов (байт данных), ошибки записи в полное FIFO и чтения пустого FIFO и др. Если FIFO не пусто, то выдается значение сигнала запроса прерывания IRQ = 1. В режиме сканирования матрицы датчиков сигнал IRQ переходит в состояние 1 при каждом обнаруженном при сканировании изменении состояния сенсоров. Регистр состояния может быть опрошен командой IN port для анализа ошибок и реализации программных методов ввода и вывода с квитированием;

Два 4-х разрядных регистра (DAR) хранения адреса n = 0... 15 ОЗУ дисплея позволяют адресовать запись и чтение данных как байтами D_7-0 = A_3-0 B_3-0, так и независимыми тетрадами, например, D_7‑0 = A_3-0 хххх и D_7-0 = хххх B_3-0, что программируется командой CW₅. Записанные в ОЗУ дисплея значения А_{n, 3-0} и В_{n, 3-0} (n — номер ячейки памяти ОЗУ дисплея) затем последовательно периодически выводятся на индикаторы дисплея с интервалом в 640 мкс — время вывода содержимого одной из шестнадцати ячеек памяти ОЗУ дисплея на выходы OUT A_3-0, OUT В_3-0 без учета времени гашения индикаторов в течение 150 мкс, автоматически вводимого при переключении разрядов дисплея. Управление адресацией ОЗУ дисплея осуществляется командами СW₃ и CW₄, предоставляющими возможность введения автоинкремента адреса при чтении и записи данных.

ОЗУ 16х8 дисплея (Display RAM) используется для хранения 16 байт данных, предназначенных для отображения как на алфавитно-цифровых, так и на цифровых (7-сегментных) дисплеях. Устройство DR является буферным регистром дисплея, периодически обновляемым значениями А_{n, 3-0} и В_{n, 3-0}, хранящимися в ОЗУ дисплея.

Чтобы сформировать на базе рассмотренного видеоконтроллера систему управления алфавитно-цифровым дисплеем, требуется целый набор дополнительных внешних микросхем. Возможная структурная схема управления 64-клавишным пультом управления ЖКИ и 16-разрядным алфавитно-цифровым дисплеем показана на рис. 18.45.

Рис. 18.45. Структурная схема системы управления алфавитно-цифровым дисплеем

Состав и взаимодействие этих дополнительных микросхем можно пояснить, используя принципиальную схему, представленную на рис. 18.46.

Рис. 18.46. Принципиальная схема системы управления алфавитно-цифровым дисплеем

На микросхемах ИС 573РФ2 и ИС 555ИЕ7 выполнен знакогенератор. При этом первая из названных микросхем представляет собой ПЗУ для хранения построчных кодов отображаемых на дисплее символов, вид которых показан на рис. 18.47, а вторая - счетчик адресов строк кодов символов для адресации ПЗУ.

Устройство строчной развертки реализовано на следующих микросхемах: ИС 555ИЕ7 (та же, что и в знакогенераторе), две ИС 564ИД1 = дешифратор строчной развертки DC 4x16, преобразующий адресные сигналы S_2-0 в сигналы строчной развертки R_15-7,7-1, и ИС 514КТ1 - драйверы с открытым коллекторным выходом, обеспечивающие по выходам импульсный ток достаточной величины.

Рис. 18.47. Форма построчного кода столбцов символов

Демультиплексоры столбцов C_5-1 знакогенератора выполнены на пяти ИС 564ИД1. В качестве драйверов их выходных сигналов использованы эмиттерные повторители, реализованные на 40 транзисторах КТЗ15Г.

Поскольку для кодирования текстовой информации используются ASCII-коды, то они же должны адресовать символы, выводимые на дисплей. На принципиальной схеме это адресные сигналы EPROM А _10-3 = РА _3-0, РВ _3-0 = OUTA_3-0B_3-0 видеоконтроллера. Из этого следует, что адреса А_10-3 ячеек памяти ПЗУ должны определяться значениями a₇a₆a₅a₄a₃a₂a₁a₀S₂S₁S₀, где S₂S₁S₀ -номер строки отображаемого символа, a₇a₆a₅a₄a₃a₂a₁a₀ - ASCII -код этого символа, выдаваемый видеоконтроллером на выходы РА _3-0 и РВ _3-0.

Варианты структурных схем управления матричными дисплеями приведены на рис. 18.48.

Рис. 18.48. Структурные схемы управления матричными дисплеями

Первая схема (рис. 18.48, а)) требует больших аппаратных затрат (10 ИС 564ИД1 для построения пяти демультиплексоров DMX 1→16 и 80 транзисторов КТ315Г для драйверов столбцов), чем вторая (рис. 18.48, б)), которая использует только пять ИС 564ИД1 для построения демультиплексоров DMX 1→8 и 40 транзисторов КТ315Г. В связи с этим большинство практических схем управления дисплеем выполняется по второму варианту.

Рассмотрим теперь ряд промышленных устройств формирования изображения, разработанных российскими предприятиями для применения в бортовых системах индикации.

Блок формирования изображения БФИ-М (СОКБ КТ НИИ АО, г.Жуковский) предназначен для приема, обработки цифровой информации и преобразования ее в телевизионную информацию. Блок обеспечивает отображение текстовой и графической информации на экране телевизионного индикатора растрового типа.

БФИ-М формирует телевизионный сигнал по ГОСТ 7845-72 в режимах автономной и внешней синхронизации и обеспечивает обмен информацией с бортовой ЦВМ по резервированной магистрали ГОСТ 26765.52-87 (MIL-STD-1553В). БФИ-М принимает и передает в систему управления сигналы о режиме работы блока. Гибкая архитектура позволяет адаптировать блок под задачи пользователя. Информация отображается на экране монитора, имеющего стандартный VGA (SVGA) интерфейс. В изделии используются интерфейсы ARINC-429, RS-232 и RS-485.

Основные технические характеристики

Количество выходов телевизионного сигнала 2

Количество режимов 3

Количество троированных команд

релейного типа 3

Поле отображения, знакомест 32x16

Объем памяти для хранения видов индикации,

кбайт, не менее 400

Напряжение питания, В 23...34

Потребляемая мощность, Вт, не более 20

Габаритные размеры, мм 75x145x285

Масса, кг 2,5.

Видеоконтроллер «VS-Прогресс-МТ» для систем отображения информации (СОКБ КТ НИИ АО, г.Жуковский). Видеоконтроллер предназначен для решения задач приема и преобразования входного полного телевизионного сигнала (ГОСТ 7845-79) и входного цифрового видеосигнала, а также для формирования выходного дисплейного видеосигнала для отображения на монохромном или цветном матричных индикаторах (в том числе в режимах совмещения телевизионной и дисплейной информации) и преобразования выходного дисплейного сигнала в полный телевизионный сигнал.

Видеоконтроллер реализован в виде одной платы в стандарте microPC на базе программируемых пользователем вентильных матриц (ППВМ), что обеспечивает возможность расширения функций и изменения параметров изделия, позволяет легко адаптироваться к особенностям функционирования систем отображения информации, использующих различные источники информации (видеокамера, дисплейная аппаратура с выходным сигналом в виде полного телевизионного сигнала, контроллер цифрового видеосигнала).

Изделие может применяться в системах отображения информации космических аппаратов для решения задач сближения объектов, управления интеллектуальными роботами, системах внешнего наблюдения с отображением ТВ информации на экранах персональных компьютеров, системах дистанционного контроля и других.

Видеопроцессор «VS-Прогресс» (СОКБ КТ НИИ АО, г.Жуковский). Видеопроцессор предназначен для создания малогабаритных бортовых систем отображения информации и управления. Он обеспечивает отображение телевизионной и дисплейной информации на матричном монохромном электролюминесцентном индикаторе, в том числе в режиме совмещения изображения.

Конструктивно и электрически видеопроцессор совместим с серией промышленных вычислительных модулей microPC фирмы Octagon Systems (США). Используется совместно с VGA-контроллером 5420 фирмы Octagon Systems и индикатором EL640.480 AD4 фирмы Planar (Финляндия).

Особенностью отображения данного индикатора является ограниченное число градаций яркости, однако использование в видеопроцессоре высокочастотного пространственного фильтра позволяет отображать на экране монитора малоконтрастные и мелкие детали во всем диапазоне входных яркостей. Яркостное разделение и наложение дисплейной информации поверх телевизионного изображения исключает опасность визуальной потери дисплейной информации, а практически неограниченный угол обзора монитора позволяет другим членам экипажа контролировать действия оператора. Видеопроцессор построен на базе программируемых пользователем вентильных матриц, что позволяет менять конфигурацию и параметры видеопроцессора под задачи пользователя. Имеется входной видео мультиплексор на три входа. Использован внутрисистемный интерфейс IBM XT ISA.

Основные технические характеристики

Время ввода телевизионного сигнала, мс 40.

Формат изображения, пикселей 640x480.

Диапазон рабочих температур, °С минус 40...85.

Видеопроцессор VS150 (Видеоскан, г.Москва). Видеопроцессор предназначен для ввода и обработки телевизионных изображений. Изделие VS150 позволяет оцифровывать сигнал, показывать «замороженные» кадры на экране ТВ монитора и производить обработку в реальном масштабе времени.

Видеопроцессор создан на основе элементной базы с применением программируемых пользователем вентильных матриц, что позволяет вводить и обрабатывать произвольный аналоговый сигнал, включая сигналы с медленных сканирующих устройств.

Видеопроцессор может выполнять арифметические и логические операции с двумя потоками данных в реальном времени. Арифметико-логическое устройство может эффективно осуществлять сложение, вычитание и усреднение.

Банки памяти видеопроцессора 12-разрядные, что позволяет производить арифметические операции с учетом знака и накапливать (усреднять) до 16 изображений.

Видеопроцессор VS150 позволяет легко менять формат вводимого и визуализируемого изображения. Так, возможен ввод со стандартного телевизионного сигнала в форматах 512x512, 256x256, 768x512, 640x480 или 1024x512. Возможен ввод с устройств, использующих нестандартный телесигнал. Для этого на внешний разъем выведено пять линий, с помощью которых можно получить от внешнего устройства дополнительные синхроимпульсы.

Одна из задач, решаемых изделием, - это тепловидение с использованием пировидикона. При этом VS150 оцифровывает входящий сигнал, вычисляет среднее изображение за последние 4... 16 кадров и вычитает текущее изображение из этого среднего. Результат показывает отличие текущего изображения от накопленного, что позволяет эффективно отфильтровывать шумы и неравномерность сигнала пировидикона, которые обычно очень сильно искажают изображение.

Видеопроцессор выполнен в виде встраиваемой в IBM PC платы с габаритами 165x107x23 мм.

Видеопроцессор VS600 для ЭВМ «Багет» (НИИ «Кулон», г. Москва). Видеопроцессор предназначен для ввода, предварительной обработки и отображения видеоинформации различных форматов на экране монитора ЭВМ «Багет». Видеопроцессор позволяет принимать изображения как стандартного формата в виде полного телевизионного сигнала, так и нестандартные изображения, например, от медленных сканирующих устройств, накладывать на отображаемые изображения графическую информацию, формировать и считывать служебную информацию на видеомагнитофон.

Ввод/вывод выбранного кадра в ПЭВМ для обработки изображений осуществляется по шине ISA. Видеопроцессор выполнен в формате «Евромеханика».

Основные технические характеристики входных сигналов

Телевизионный канал для приема стандартных телевизионных сигналов, пикселей:

число каналов 3

ч/б сигнал ГОСТ 7845-79

формат изображения 768x576

время ввода изображения, мс 40

число градаций уровней серого 256.

Однострочный канал для приема сигналов с однострочных датчиков:

число элементов в строке, не более 2048

число градаций уровней серого 256.

Скорость развертки по кадру - управляемая от ПЭВМ.

Цифровой канал для выдачи данных в математический акселератор БТ01-206 ЭВМ «Багет»:

максимальная скорость ввода, Мслов/с 12

разрядность шины данных 32.

Канал SVGA (от ПЭВМ) для осуществления наложения графических данных ПЭВМ на телевизионное изображение:

Мода 800x600, 1024x768.

Вид RGB плюс сигналы синхронизации.

Канал для приема и оцифровки сигналов джойстика - двухканальный двухкоординатный аналоговый с кнопкой исполнения.

Основные технические характеристики выходных сигналов

Телевизионный канал для вывода содержимого экранной памяти на видеомагнитофон VHS/SVHS и телевизионное видеоконтрольное устройство:

число каналов 2

ч/б сигнал ГОСТ 7845-79 12.

Цифровой канал для приема данных от математического акселератора БТ01-206 ЭВМ «Багет»:

максимальная скорость вывода, Мслов/с 12

разрядность шины данных 32.

Канал SVGA для выдачи телевизионного изображения и графических данных ПЭВМ на SVGA монитор:

Мода 800x600, 1024x768.

Вид RGB плюс сигналы синхронизации.

Данные джойстика для выдачи координат джойстика в шину ISA:

диапазон цифровых данных по х и у 0...1024

флаг кнопки исполнения доступ по шине ISA.

Основные технические характеристики видеопамяти

Память экрана для хранения изображения

768x576, кбайт 512

Дополнительная память для хранения изображения

от линейного сканера 2048x2048, Мбайт 4

Оверлейная память для хранения символьных данных

от ЭВМ на ВМФ и ВКУ, кбит 512.

Формирователь полного телевизионного сигнала (ФПТС) (НИИ «Альфа-М», г. Жуковский). Формирователь предназначен для приема, хранения и преобразования кодового эквивалента изображения (бит в памяти — точка на экране) в полный телевизионный сигнал, используемый в системах отображения информации. В ФПТС осуществляется двойная буферизация данных (один буфер на приеме информации от внешнего процессора, другой - на считывании информации для формирования полного телевизионного сигнала). Наличие входа внешней синхронизации обеспечивает синхронизацию выходного ПТС с целью возможности отображения информации от различных источников ПТС на одном телевизионном индикаторе.

Изделие может применяться в бортовых и промышленных ЭВМ, в системах отображения информации, в том числе, в СОИ пилотируемых летательных аппаратов.

Основные технические характеристики

Входной цифровой интерфейс – ограниченный набор сигналов по стандарту шины ISA.

Выходной интерфейс - ПТС по ГОСТ 7845-79.

Формат сигналов для отображения на телевизионном индикаторе,

точек 368x256.

Рабочий температурный

диапазон, °С минус 40...85.

В заключение рассмотрим схему взаимодействия СОИ с бортовым вычислительным комплексом на примере бортового оборудования Ан-148. Комплексная система электронной индикации и сигнализации КСЭИС-148 содержит 5 полноцветных ЖК-индикаторов с размером рабочего поля экрана 158x211 мм, яркостью не менее 600 кд/м² и разрешающей способностью не менее 768x1024. Угол обзора в горизонтальной плоскости составляет ±60°(Н) и в вертикальной – от +45° до -10°. На индикаторы выводится пилотажная информация, данные, отражающие состояние силовой установки и самолетных систем, а также справочная информация, включая карты контрольных проверок РЛЭ. Предусмотрена выдача сигнальных сообщений как аварийных, так и предупреждающих, с градацией последних на сообщения, требующие действий и не требующие таковых.

С агрегатами и системами бортового оборудования КСЭИС-148 связана следующими информационными каналами. Входная информация от курсовертикали LCR-93, радиовысотомера малых высот А-053-08, информационного комплекса высотно-скоростных параметров ИКВСП поступает по 64 кодовым линиям связи в соответствии с РТМ 1495-75 (ARINC429).

Рис. 18.49. Схема взаимодействия СОИ с БВК Ан-148

По этим же линиям связи происходим обмен данными с бортовыми вычислителями БВУ-1, БВУ-2, а также с другими бортовыми системами, такими как ВСС-100, САУ-148, DME/P, КУРС-93М, РСБН-85 и т.д.

Метеоинформация и информация о рельефе местности передается по каналам, организованным в соответствии с ГОСТ 26765.52-87 (ARINC708). а информация от бортовых ТВ-датчиков - по каналу PAL в соответствии с RS-170А.

Для передачи выходной информации в аппаратуру внутренней связи и оповещения АВСА, систему записи и сохранения полетной информации БУР, бортовую систему технического обслуживания БСТО используются кодовые линии связи в соответствии с РТМ 1495-75 (ARINC429).

121