Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/Motorola/D19790118Elc033.shtml

Отображение цифровых данных на экране цветного телевизора

Гузе (М.Gooze)
Фирма Motorola Inc., Semiconductor Group (Остин, шт.Техас)

Фаррелл (J.Farrell)
Фирма Motorola Inc., Semiconductor Group (Остин, шт.Техас)

В настоящее время работает в фирме American Microsystems Inc. (Санта-Клара, шт.Калифорния)

М.Gooze, J.Farrell. Converting digital data intocolor television graphics, pp.124—128.

Фирма Motorola Inc. разработала n-канальный МОП-кристалл для так называемого генератора видеодисплея, осуществляющего преобразование цифровых данных бытового компьютера или «разумной» телеигры в сигнал яркости и два цветоразностных сигнала. Эти три сигнала и добавляемый сигнал синхронизации используются затем для получения стандартного радиосигнала системы НТСЦ, подаваемого на обычный цветной телевизор.

Использование обычного цветного телевизора в качестве дисплея позволяет исключить наиболее дорогостоящий блок телеигры или бытового компьютера. Такое решение может оказаться выгодным с позиций сбыта, однако для разработчика оно означает неимоверные трудности особенно в этом случае, когда дополнительное устройство содержит микропроцессор.

На антенный вход обычного телевизора требуется подать аналоговый радиосигнал, а, «разумная» телеигра или бытовой компьютер основаны на применении цифровой логики. Поэтому в типичном блоке сопряжения между телевизором и подключаемыми устройствами вполне могут использоваться 25 тыс. транзисторов или 280 микросхем малого или среднего уровня интеграции. В целях уменьшения числа компонентов в блоке сопряжения ряд микроэлектронных фирм разработали однокристальные БИС, выполняющие всю совокупность операций преобразования цифровых данных в видеосигналы.

Генератор видеодисплея (ГВД) производит считывание цифровых данных из ЗУ дисплея (которое иногда называют ЗУ обновления), управляемого микропроцессором, и преобразование этих данных в аналоговые видеосигналы, несущие информацию о яркости и цветности изображения. Синхронизация видеоинформации с ТВ-разверткой обеспечивается добавлением синхронизирующих импульсов. Все эти сигналы подают на так называемый цветовой модулятор, на выходе которого образуется полный телевизионный радиосигнал, имитирующий радиосигнал обычной ТВ-передачи по третьему или четвертому каналам.

В данной статье описывается функционирование одной такой БИС генератора видеодисплея — n-канальной МОП БИС МС 6847 фирмы Motorola — в составе телеигры с микропроцессорным управлением. Характеристики БИС, используемой совместно с телеигрой, обусловливаются стандартом Национального комитета по телевизионным системам (NTSC); этот стандарт определяет параметры и полосу частот радиосигналов вещательного телевидения, используемых в США (см. ниже «Игра по правилам»). Поскольку выходной сигнал телеигры должен имитировать сигнал ТВ-передачи, стандарт NTSC одновременно определяет параметры видеосигналов и синхронизирующих сигналов, вырабатываемых БИС ГВД, а также предельную разрешающую способность отображения при заданной полосе частот ТВ-канала.

Цена универсальности

В телеиграх с микропроцессором, который осуществляет генерирование и управление точечными графическими знаками или объектами, наиболее часто применяют системные архитектуры двух типов: объектно-ориентированные архитектуры и архитектуры с развитым ЗУПВ. В объектно-ориентированных системах в ПЗУ хранится фиксированный набор графических знаков. Микропроцессор обращается к этим графическим объектам и обеспечивает их прямое отображение на ТВ-экране с помощью ГВД и цветового модулятора. Размеры объекта и разрешающая способность определяются тактовой частотой системы: чем выше быстродействие системы, тем меньше генерируемые объекты и тем выше разрешение.

Генератор видеосигналов. В «разумной» телеигре микропроцессор обеспечивает перенос данных из ЗУ дисплея в так называемый генератор видеодисплея (ГВД),
Рис.1. Генератор видеосигналов. В «разумной» телеигре микропроцессор обеспечивает перенос данных из ЗУ дисплея в так называемый генератор видеодисплея (ГВД), который преобразует их в видеосигналы. Коды объектов хранятся в ПЗУ; схема сопряжения с периферийными устройствами предназначена для подключения пультов управления игроков к электронным цепям телеигры.

В рассматриваемой системе микропроцессор перемещает отображаемые объекты с двумя степенями свободы путем изменения данных об их координатах в предусмотренных регистрах горизонтального и вертикального положения. Более сложное движение, такое, как вращение, требует более сложного программирования. Например, вращение изображения танка в военной игре потребовало бы хранения данных о нескольких положениях танка, соответствующих различным углам поворота.

Объектно-ориентированные системы позволяют перемещать по экрану больше объектов и с большей легкостью (путем простого изменения их координатных данных в регистрах), чем системы с развитым ЗУПВ. Кроме того, объектно-ориентированные системы требуют применения ЗУПВ меньшей емкости, поэтому они имеют меньшую стоимость. С другой стороны, системы с развитым ЗУПВ обеспечивают большее разнообразие объектов, отображаемых на экране.

Системы с развитым ЗУПВ основаны на применении метода, называемого прямым отображением данных ЗУ. Согласно этому методу (рис.1), ГВД обращается к ЗУ дисплея для последовательного считывания 8-разрядных байтов данных, представляющих горизонтальные ряды точек, и производит прямое отображение этих данных на экране. Чтобы изменить содержание изображения, достаточно с помощью микропроцессора обновить соответствующие строки в ЗУ дисплея.

Простота изменения отображаемого изображения делает системы с развитым ЗУПВ весьма привлекательными. Однако повышение разрешающей способности таких систем означает повышение их стоимости, поскольку разрешающая способность является функцией емкости ЗУ дисплея. БИС МС 6847 основана на использовании принципов обеих систем — объектно-ориентированной системы и системы с развитым ЗУПВ. Это позволило понизить емкость ЗУ телеигры и ее стоимость без потери разрешающей способности дисплея и гибкости управления.

Элементы изображения

Генератор видеодисплея МС6847 имеет 12 различных режимов отображения: два буквенно-цифровых, два полуграфических и восемь полноденных графических (см. таблицу). В каждом режиме, выбираемом микропроцессором, вся область отображения (256 точек по горизонтали и 192 точки по вертикали) делится на отдельные поля или элементы, составляющие матрицу. Состав каждого поля может меняться, начиная от матрицы из 8 вертикальных и 12 горизонтальных точек в режиме наименьшей знаковой плотности (буквенно-цифровом) до единственной точки в графическом режиме с наибольшей разрешающей способностью. В каждом режиме можно выбрать цвет свечения всех возбужденных точек данного поля — от одного из двух до одного из восьми.

В телеиграх, выполненных по системе с развитым ЗУПВ, требуется иметь такую емкость ЗУПВ дисплея, чтобы можно было запомнить все точки одного ТВ кадра с 256*192 точками (всего 49152 точек). Следовательно, емкость и стоимость ЗУПВ, необходимого для реализации того или иного режима ГВД, определяются количеством точек, находящихся под управлением слова данных в этом режиме. В режиме наименьшей знаковой плотности каждый 8-разрядный байт управляет 96 точками, поэтому требуется использовать ЗУПВ дисплея емкостью 512*8 бит. В режиме максимальной разрешающей способности каждый байт управляет 8 точками (т.е. на одну точку приходится один бит), поэтому требуется иметь в 12 раз большую емкость (6144*8 бит).

В обоих буквенно-цифровых режимах экран делится на отдельные знаковые поля, составляющие матрицу размером 32*16 (по вертикали и горизонтали соответственно). Каждое поле, имеющее 8 точек по горизонтали и 12 точек по вертикали, содержит только один знак. При выборе внутреннего буквенно-цифрового режима ПЗУ ГВД может сформировать внутри поля размером 8*12 точек любой из 64 знаков размером 5*7 точек. Шесть младших разрядов каждого слова данных выделены для передачи кода ASCII, соответствующего данному знаку. Остающиеся два разряда свободны. Их можно использовать, например, для выбора оранжевого или зеленого цвета знаков, отображаемых на черном фоне; другой возможностью является подключение шин этих разрядов к имеющимся у БИС ГВД выводам CSS («выбор набора цветов») и INV («негативный видеосигнал»). Кроме того, одну из шин свободных разрядов можно соединить с выводом INT/EXT («внутр./внешн.») этой же БИС, чтобы обеспечить возможность выбора внешнего знакового ПЗУ.

Во внешнем буквенно-цифровом режиме используется внешнее ПЗУ, формирующее любой из 256 знаков (задаваемых заказчиком) в пределах поля размером 8*12 точек. Как и при внутреннем буквенно-цифровом режиме, в рассматриваемом случае каждое слово данных управляет 96 точками; таким образом, в любом буквенно-цифровом режиме требуется использовать ЗУПВ дисплея емкостью 512 байт.

Два полуграфических режима имеют обозначения «полуграфический-4» и «полуграфический-6». В первом из них каждое знаковое поле размером 8*12 точек делится на четыре элемента (см. 4 стр. обложки). Четыре младших разряда (L3—L0) слова данных, генерируемого внутри БИС, предназначены для выбора одного из 16 возможных сочетаний элементов; три из четырех старших разрядов (С2—С0) позволяют выбрать один из восьми возможных цветов возбужденных точек. В рассматриваемом режиме ТВ-экран становится матричным дисплеем с 64*32 элементами, каждый из которых содержит четыре точки по горизонтали и шесть точек по вертикали. Каждое слово данных управляет четырьмя из 2048 24-точечных элементов, поэтому в этом режиме требуется иметь ЗУПВ емкостью 512 байт.

В режиме «полуграфический-6» каждое поле размером 8*12 точек разбивается на шесть элементов. Шесть младших разрядов слова данных, которые генерируются внешним ЗУПВ, используются для выбора одного из 64 возможных сочетаний элементов. Два старших разряда позволяют выбрать один из четырех возможных цветов знакового поля. Кроме того, используя вывод CSS, можно выбрать любой из двух четырехцветных наборов. В данном случае экран делится на 64*48 элементов размером 4*4 точек. Каждое слово данных управляет шестью из 3072 16-точечных элементов, поэтому требуется использовать ЗУПВ емкостью 512 байт. Вывод INT/EXT используется для выбора режимов «полуграфический-4» и «полуграфический-6».

Кроме указанных буквенно-цифровых и полуграфических режимов БИС МС 6847 имеет восемь полноценных графических режимов. Форматы элементов и требования к памяти для этих режимов представлены в таблице. Следует отметить необходимость увеличения емкости ЗУПВ по мере повышения требований к разрешающей способности и гибкости управления. Например, в режимах наибольшей знаковой плотности — цветовом графическом режиме с 128*192 элементами и графическом режиме с 256*192 элементами — требуется ЗУПВ емкостью 6144*8 бит. Также следует обратить внимание на отсутствие цветового графического режима с 256*192 элементами. Дело в. том, что стандарт NTSC установил неразличимость цветов при малых размерах объектов, какими являются отдельные точки на экране.

Рабочие режимы БИС генератора и видеодисплея типа MC6647

Название режима

Формат полей и элементов

Шина данных ГВД

Стар. разр.

Млад. разр.

Емкость ЭУПВ дисплея, бит

Число цветов

Размер матрицы, ширина * высота

Размер попей и элементов, число точек

Внутренний алфавитно-цифровой

2

32 * 16

512 * 5

Внешний алфавитно-цифровой

2

32 * 16

512 * 8

Полуграфический — 4

8

64 * 32

512 * 8

Полуграфический — 6

8

64 * 48

512 * 8

Цветовой графический 64 * 64

8

64 * 64

1024 * 8

Графический 128 * 64

2

128 * 64 .

1024 * 8

Цветовой графический 128 х 64

8

128 * 64

2046 * 8

Графический 128 * 96

2

128 * 96

1536 * 8

Цветовой графический 128 * 96

8

128 * 96

3072 * 8

Графический 128 * 192

2

428 * 192

3072 * 8

Цветовой графический 128 * 192

8

128 * 192

6144 * 8

Графический 256 * 192

2

256 * 192

6144 * 8

Синтез на базе обеих систем

В БИС МС 6847 использована гибридная системная архитектура, обеспечивающая снижение требований к емкости ЗУПВ в режиме отображения с наибольшей разрешающей способностью. Примененный метод, называемый индексированием, позволяет реализовать преимущества как объектно-ориентированных систем, так и систем с развитым ЗУПВ, обеспечивая при этом снижение требований к емкости ЗУПВ в графических режимах с высоким разрешением: вместо емкости 6144*8 бит, используемой в системах с развитым ЗУПВ, требуется емкость всего 1024*8 бит. Гибридная архитектура, однако, не лишена недостатка: хотя емкость памяти может быть уменьшена в шесть раз, ее быстродействие должно быть удвоено.

В системе с индексированием используется метод, называемый косвенным отображением данных ЗУ. Согласно этому методу, область отображения организуется в виде матрицы 32*16 элементов, каждый из которых имеет поле размером 8*16 точек. Таким образом, на экране имеется 384 элемента, начиная от элемента 0 в верхнем левом углу и кончая элементом 383 в нижнем правом углу (рис.2). Каждому полю приписывается один байт, записываемый в верхней половине кристалла ЗУПВ дисплея емкостью 1024*8 бит. В нижней части памяти, рассчитанной на 512 байт, хранятся коды 32 объектов; остальные 128 байт ЗУ используются в качестве сверхоперативной памяти при выполнении вычислений.

Индексирование. По методу косвенного отображения данных каждому отображаемому элементу приписывается один байт в ЗУ дисплея. Этот байт является указат
Рис.2. Индексирование. По методу косвенного отображения данных каждому отображаемому элементу приписывается один байт в ЗУ дисплея. Этот байт является указателем кода объекта, записанным в нижней зоне памяти. По сравнению с методом прямого отображения, такой гибридный метод позволяет в шесть раз уменьшить емкость памяти, однако при этом приходится вдвое повышать ее быстродействие.

Метод индексирования основан на ускорении тактирования. Обычно в системе затрачивается четыре периода тактовой последовательности с частотой 3,58 МГц, чтобы передать один байт данных в ГВД. Однако путем мультиплексирования сигналов адресных шин ЗУ дисплея можно добиться удвоения скорости обращения к нему; этот метод называется двойным вызовом.

В течение первых двухтактовых периодов ГВД обращается к ячейке ЗУПВ, присвоенной тому элементу, который сканируется электронным лучом в данный момент времени. Эта ячейка содержит адрес группы из 16 байт, записанных в нижней зоне ЗУПВ и определяющих тот объект, который должен быть отображен в пределах данного элемента экрана. В конце первых двух тактовых периодов адрес объекта временно запоминается, а затем возвращается в ЗУПВ в начале следующих двух тактовых периодов, когда код объекта подается на генератор видеодисплея.

Такая процедура повторяется, пока все 384 элемента не будут просканированы. Чтобы изменить положение какого-то объекта на экране, микропроцессор изменяет его адресный указатель в верхней зоне (емкостью 384 байт) ЗУПВ дисплея. Один из объектов обычно является просто фоном (т.е. фактически объект отсутствует); остальные объекты могут иметь любой из четырех возможных цветов.

Поскольку в данной системе обращение к памяти дисплея производится с удвоенной скоростью, требуется использовать ЗУПВ с временем обращения 200 нс; в системах с развитым ЗУПВ требуемое время обращения составляет 450 нс. Цена, которую приходится платить за удвоение скорости обращения к памяти, с лихвой окупается шестикратным снижением емкости ЗУПВ, необходимой для обеспечения высокой разрешающей способности дисплея.

Дочерние статьи:

Игра по правилам

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 52, No.02 (554), 1979г - пер. с англ. М.: Мир, 1979, стр.42

Electronics Vol.52 No.2 January 18, 1979 A McGraw-Hill Publication

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Бытовая электроника





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/Motorola/D19790118Elc033.shtml