63764 (Система дублирования видеопотока в компьютерном классе)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования «Гомельский государственный дорожно-строительный колледж им. Ленинского комсомола Белоруссии»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

Тема:

«Система дублирования видеопотока в компьютерном классе»

Гомель, 2010

Введение

Разработка дипломного проекта является завершающим этапом обучения в техникуме, который показывает, какого уровня специалист подготовлен в результате обучения. Это сложная многогранная работа, требующая проявления знаний во всех дисциплинах, изученных во время учебы в техникуме. Дипломный проект должен отражать направленность обучения и быть применим в процессе обучения следующих поколений учащихся.

Разработка дипломного проекта отражает следующие знания и навыки:

1. Работа над дипломным проектом позволяет проявить все познания, полученные во время учебы по таким предметам как ЭВС, ЭВМ, ПО, Микропроцессорные системы и т.д.

2. В дипломный проект также включен экономический раздел, который отражает знания, полученные при изучении основ экономической теории, экономики предприятии, которые могут пригодиться при работе на руководящих постах.

3. Объем и систематизацию теоретических знаний.

4. Развитие творческого и технического мышления.

5. Знание методик выполнения необходимых расчетов.

6. Навыки в области разработки схем цифровых устройств, соответствующих современному уровню развития науки и техники.

7. Навыки самостоятельной работы с учебной и справочной литературой.

8. Знание правил и методов энергосбережения, охраны окружающей среды, охраны труда.

Защита дипломного проекта показывает на сколько учащийся подготовлен в данных областях и как он может показать свои навыки и обосновать свою точку зрения и правоту. Если учащийся смог выдержать данное испытание, разработал и защитил дипломный проект то можно сказать что он подготовленный специалист, и он может работать по специальности.

1. Расчётно-проектировочный

1.1 Назначение и область применения устройства

В данном дипломном проекте передо мной стоит задача разработать систему дублирования видеопотока в компьютерном классе.

Система предназначено для дублирования видеопотока с видеокарты преподавателя на мониторы учащихся.

Данная система состоит из тумблера и разветвителя видеосигналов.

Представьте себе ситуацию, когда вам необходимо одно и то же изображение с одного видеоадаптера на несколько мониторов одновременно. Конечно, обычному пользователю такое вряд ли понадобится, но существует множество ситуаций, когда это бывает просто необходимо. Например, презентация чего-либо большой аудитории, при этом может оказаться так, что помещение, в котором проходит презентация, не оборудовано соответствующим проекционным оборудованием, и единственный выход – установка нескольких обычных настольных мониторов по всей площади. Или же проводная трансляция изображения в несколько помещений, расположенных в пределах одного здания.

Подобные задачи наиболее просто решаются разделением сигнала источника между несколькими оконечными устройствами. Устройства, выполняющие функцию разделения сигнала, называются сплиттерами (splitter). Незначительно отойдя от темы статьи, могу сказать, что сплиттеры бывают разные в зависимости от задач и типа разделяемого сигнала. В xDSL-технологиях под сплиттером понимают устройство, которое при помощи специальных фильтров разделяет поток данных, передаваемых по телефонной линии на голосовой сигнал, и собственно передаваемые данные. В информационных сетях сплиттером называют устройства, устанавливаемые в узлах ветвления кабельной инфраструктуры. В данной статье рассматривается VGA-сплиттер – устройство, позволяющее дублировать визуальную информацию, поступающую с графической платы компьютера на несколько мониторов. Диапазон VGA-сплиттеров тоже достаточно широк. Это могут быть простые повторители входного сигнала на несколько портов, или же консольные делители, позволяющие к одному системному блоку подключить несколько консолей (монитор, клавиатура, устройство указания), или делители сенсорных мониторов. Сплиттеры, в которых реализовано взаимодействие с пользователем, могут предоставлять равноправный и привилегированный доступ пользователям. Таким образом, подводя некоторый итог, можно сказать, что VGA-сплиттеры могут обладать богатыми функциональными возможностями, а не только выполнять функцию разделения сигнала. Важнейшим значением сплиттера является обеспечение гальванической развязки подключенных устройств с целью исключения взаимного влияния их друг на друга. Все сплиттеры можно разделить на две группы: активные и пассивные. Активные обеспечивают усиление пропускаемого сигнала для компенсации возникающих потерь, пассивные же вносят собственное затухание.

Тумблер (английское tumbler, от tumble – опрокидываться), малогабаритный переключатель на два либо три положения с рычажно-пружинным приводом. Применяется главным образом для коммутации цепей управления (реже цепей питания) в электротехнических аппаратах, приборах и устройствах и в радиоэлектронной аппаратуре. Устанавливают Тумблер обычно на панелях и щитках управления приборов (аппаратов) и пультах управления. Максимально допустимое напряжение 380 в, ток 3 а.

Разветвитель видеосигналов – это специальный усилитель, который позволяет подключить к одному источнику аудио / видео сигналов до трех и более потребителей. Устройство может найти применение для организации коллективных систем видеонаблюдения, например, на общий коридор, лестничную клетку или подъезд.

VGA-разветвитель позволяет сигнал от одной видеокарты ПК подавать одновременно на 8 монитора, что удобно в учебных классах, на вокзалах и т.п. Устройство состоит из трех эмиттерных повторителей на p-n-р транзисторах Т1-ТЗ, каждый из которых нагружен на 8 эмиттерных повторителя структуры n-p-n T4-T27. Такое построение позволяет компенсировать падение напряжения на эмиттерном переходе p-n-р транзисторов равным по величине, но обратным по знаку падением напряжения n-p-n транзисторов. В результате схема правильно передает не только высокочастотные сигналы, но и постоянное напряжение, что важно для корректной передачи яркости фона. Сигналы кадровой V-Sync и строчной H-Sync синхронизации усиливаются буферными логическими элементами IC2. Питание устройства осуществляется от источника напряжением 9… 12 В через интегральный стабилизатор IC1. Потребляемый ток 200 мА, полоса частот от 0 до 110 МГц позволяет мониторам свободно работать с разрешением 1280 х 1024.

VGA cокращение от video graphics array, графическая система для дисплеев персональных компьютеров, разработанная фирмой IBM. Система VGA стала стандартом de facto для персональных компьютеров. В текстовом режиме VGA обеспечивает разрешение 720 на 400 пикселей. В графическом режиме разрешение либо 640 на 480 (16 цветов), либо 320 на 200 (256 цветов). Полная палитра состоит из 262,144 цветов. В отличие от более ранних графических стандартов для персональных компьютеров – MDA, CGA и EGA – в стандарте VGA используются аналоговые, а не цифровые сигналы. Все сегодняшние персональные компьютеры поддерживают VGA и, возможно, некоторые более продвинутые стандарты. Также этот термин используется для обозначения 15-контактного D-subminiature разъёма VGA для передачи аналоговых видеосигналов при различных разрешениях.

Прежде всего, отметим, что VGA-сигнал является совокупностью трех равнозначных сигналов, несущих полную информацию о структуре и цвете изображения: R (Red), G (Green) и B (Blue) (а также сигнал синхронизации). При этом реальное разрешение, как правило, совпадает с текущим VGA-режимом, т.е. в моде 800х600 мы действительно можем различить 800 элементов в каждой из 600 строк. В то же время в стандартных телевизионных приемниках и других устройствах чаще всего используется один так называемый композитный сигнал, который представляет собой сумму сигнала яркости Y c цветоразностными сигналами U и V.

1.2 Разработка структурной схемы

Прежде чем приступать к разработке схемы устройства, необходимо чётко определить цели и задачи, назначение проектируемого устройства. Это позволит избежать неоправданного усложнения схемы и значительно упростит задачу разработки устройства.

Итак, в данной системе видеокарта преподавательского компьютера подключена к разветвитель видеосигналов, где сигнал разделяется и поступает на KVM-переключатели к которым подключается кабель с разветвителя видеосигналов и с видеокарта компьютера учащегося. С помощью KVM-переключателя можно переключать видеосигнал с компьютера учащегося на сигнал с компьютера преподавателя и обратно.

1.3 Разработка принципиальной схемы

Для микросхем используются стандартные подключения. В частности, для микросхемы 74LS04 для не задействованных выходов используются резисторы номиналом R1-R3 100 Ом. Для зашиты трех эмиттерных повторителей на p-n-р транзисторах Т1-ТЗ используются R4, R9,14 c номиналом 240 Ом. Наминал все остальных резисторов составляет 75 Ом.

Рассчитаем ограничивающий резистор в цепи транзистора VT2. Максимальный ток для транзистора – 250 мА. Исходя из этого, выберем рабочий ток 200 мА. Тогда по закону Ома: R = U/I = 12 / 0,2 = 60 Ом.

При этом токе выделяемая мощность составит:

P = UI = 12* 0,2 = 2,4 Вт.

В цепи питания, параллельно микроконтроллеру должен быть включён керамический конденсатор номиналом 100 мкФ.

Устройство состоит из переключателя(тумблера) и разветвителя видеосигнала разветвителя видеосигнала VGA состоит из трех эмиттерных повторителей на p-n-р транзисторах Т1-ТЗ, каждый из которых нагружен на 8 эмиттерных повторителя структуры n-p-n T4-T27. Такое построение позволяет компенсировать падение напряжения на эмиттерном переходе p-n-р транзисторов равным по величине, но обратным по знаку падением напряжения n-p-n транзисторов. В результате схема правильно передает не только высокочастотные сигналы, но и постоянное напряжение, что важно для корректной передачи яркости фона. Сигналы кадровой V-Sync и строчной H-Sync синхронизации усиливаются буферными логическими элементами IC2. Питание устройства осуществляется от источника напряжением 18… 24 В через интегральный стабилизатор IC1. Потребляемый ток 200 мА, полоса частот от 0 до 110 МГц позволяет мониторам свободно.

Принцип действия предложенного устройства следующий: видеосигнал с видеокарты преподавателя поступает разветвитель видеосигнала, он работает на принципе трех эмиттерных повторителей на p-n-р транзисторах Т1-ТЗ, каждый из которых нагружен на 8 эмиттерных повторителя структуры n-p-n T4-T27. Сигнал дублируется и поступает на монитор преподавателя и переключатель к которому подключён видеосигнал с разветвителя и с видеокарты ученического компьютера. С помощью переключатель видеопотока можно переключать видеосигнал с компьютера преподавателя на видеосигнал с ученического компьютера и обратно. Сигнал с переключателя поступает на монитор ученического компьютера.

На V-Syns и H-Syns 74LS04 выполняет селекцию импульсов, операцию, связанную с выделением из серии входных импульсов только тех, которые отличаются от остальных некоторыми параметрами.

Вертикальная синхронизация (V-Sync, V-синхронизации, БТР-Sync, БТР-синхронизации) в целом относится к синхронизации кадра меняется в зависимости от вертикального интервала гашения. С ЭЛТ были почти единственным общим отображения видео технологии до широкого принятия ЖК, буферов кадра в компьютерной графике аппаратных разработаны в соответствии с ЭЛТ характеристика рисунок изображения сверху вниз линии в то время, заменив данные предыдущий кадр в буфере, что из следующего кадра таким же образом. Если в буфер кадра обновляется новый образ, а изображение передается на дисплей, буфер кадра дает текущего мешанину из обеих системах, создавая страницы разрыв артефакт пройдя часть пути вниз по изображению.

Вертикальная синхронизация (VSync: Vertical Synchronization) – это опциональный параметр поведения драйвера видеокарты. Включённая вертикальная синхронизация означает, что после отрисовки очередного кадра, во время переключения буферов (функция SwapBuffers() в OpenGL) драйвер будет ждать начала очередного обратного хода луча монитора, и только потом переключит экранные буферы.

Картинка на мониторах с электронно-лучевой трубкой отрисовывается лучом из электронов, который последовательно отрисовывает строки слева направо, потом возвращается в начало очередной строки (задержка горизонтальной синхронизации), затем отрисовывает следующую строку и т.п. После того, как луч попал в правый нижний угол экрана, он возвращается в левый верхний угол (время, за которое он возвращается, называется задержкой вертикальной синхронизации). (На самом деле, в цветных мониторах три луча – R, G, B, но принцип тот же.)

В через интегральный стабилизатор IC1. Потребляемый ток 200 мА.

При напряжении питания 12 В. Рассчитаем потребляемую мощность:

P = UI = 12 * 0,2 = 2,4 Вт.

Ток на резисторах R1-R6, R7-R38 незначителен, поэтому примем потребляемую ими мощность как 0,10 Вт.