计算机显示器信号发生器设计.doc

陕西理工学院毕业设计

计算机显示器信号发生器设计

[摘要] 在维修节能型计算机彩色显示器时，若采用专用的计算机显示器信号发生器能避免因显示器的频繁开关而损坏主机显卡，操作需要时可直接开关显示器，无需考虑信号发生器的安全，大大方便维修操作。由7555时基IC构成的振荡器、触发器与用CD4060二进制串行计数器、74LS161二进制同步计数器等构成的分频电路能够组成满足上述要求的计算机显示器信号发生器。
[关键词] 显示器；7555时基IC；分频电路；信号发生器

Design of computer monitor signal generator

Abstract : Repairing energy-saving color computer monitors with a specially designed signal generator can avoid the risk of display adaptor damage ,it allows the switch on and off of the monitor when in need without worrying about the safety of the signal generator,thus brings about great convenience to the repairing. Such a signal generator can be realized with a free oscillator of 7555 time-base IC ,FF of 7555 time-base IC ,and a frequency division circuit of a CD4060 14-stage binary serial counter and a 74LS161 2-bit binary synchronous counter.
Key words : monitor ; 7555 time-base IC ; frequency division circuit ; signal generator

目 录

引言 1
1 显示器信号发生器的构成原理 1
1.1 显示器的显示原理 1
1.2 图像形成原理 1
1.3 显示器信号发生器构成框图 2
2 芯片简介 3
2.1 555时基电路的简介及应用 3
2.1.1 555时基电路的简介 3
2.1.2 555时基电路的原理 3
2.1.3 用555定时器构成的多谐振荡器 4
2.1.4 用555定时器构成的单稳态触发器 5
2.1.5 用555定时器构成的施密特触发器 6
2.2 CD4060和CD4040的简介 6
2.3 74LS161简介 6
2.4 模拟开关CD4066简介 7
3 显示器信号发生器的各部分电路设计 7
3.1 可变8倍行频振荡电路设计 7
3.2 8倍分频电路设计 8
3.3 行同步信号产生电路设计 9
3.3.1 行同步信号相位调整电路 9
3.3.2 行同步信号产生电路 9
3.4 场同步信号处理电路设计 10
3.4.1 512、640倍分频电路设计 11
4 图像信号产生电路 12
4.1 垂直亮线信号形成电路 12
4.2 水平亮线信号形成电路 12
4.3 图像信号的输出电路 13
5 系统的调试及检测 14
5.1 系统调试步骤 14
5.2 系统调试结果 15
6 结束语和展望 15
致谢 15
参考文献 16
附录A 17
附录B 18
附录C 19

引言
近年来，随着电脑的逐步普及并进入家庭，计算机显示器也为越来越多的消费者所熟悉。在家用电脑的外围设备中，显示器是相对故障率较高的部件。许多人以为，显示器与电视的原理是一样或相似的，维修手段也差不多。其实，两者之间的差异还是很大的。
在计算机系统中，显示器是最为重要的输出设备。以往电脑彩色显示器在维修、调试时往往需要与主机连接，尤其是近年来比较盛行的节能型（EPA）显示器必须联机，否则黑屏无任何显示，这样在维修时就不知道是主机故障还是彩色显示器故障。如果维修人员未配备电脑主机，将会给维修或调试带来很大麻烦，即使有主机操作、维修也不方便。另外，彩色显示器的彩色失真及白平衡色纯不良，若没有标准的彩色信号源，对维修人员来说也是非常棘手的问题，就是通过和主机相连，调试也调不到最佳状态。
节能型彩色显示器的特点是连接主机信号时显示器才能完全进入工作状态，否则它将处在待机状态。对于故障彩色显示器，在维修过程中，必须连接计算机主机，同时还要按检测需要频繁地开关显示器，实际操作时为了确保主机显示卡的安全，又必须是开关整个计算机系统。在可视化操作系统条件下，利用显示器的屏显提示及鼠标关机已经不可能，利用键盘频繁关机也颇为烦琐。为此，有必要设计一种信号发生器，作为计算机彩色显示器维修、检测用信号发生器，需要时可直接开关显示器，且无需考虑信号发生器的安全，使开关显示器的操作变得简单、快捷，给显示器的维修带来极大的方便。
1 显示器信号发生器的构成原理
1.1 显示器的显示原理
计算机主机输出的电信号，无论输出到CRT显示器，还是输出到液晶显示器，其信号都是相同的。物理学上有个定义叫“点多成线，线多成面”。也就是说，如果无数的点积聚多了就成了线，无数多的线积聚多了就成了面。如果这些点的颜色是各式各样的，这样就构成了五彩斑斓的画面。实际上显示器就是利用这个原理成像的。
液晶显示器和CRT显示器的显示屏都是由很多光点组成的，显示器的分辨率(如1280×1240)就是显示器上光点的个数。
彩色显示器屏幕上的每个光点（像素）都是由红、绿、蓝三种荧光粉组成的，电子枪也有三个，各种荧光粉在相应电子束的轰击下形成相互重合的光点，多个光点在很短的时间内被逐个扫描完，从而显示出不同的颜色和图像。实验证明，大自然中几乎所有颜色都可以用几种基色按不同的比例混合而得到。选择三种相互独立的颜色，即不是以其中两种混合而得到第三种的颜色作为基色，将这三种基色按不同比例进行组合，可获得自然界的大部分颜色。这就是三基色原理。如彩色电视机和彩色显示器技术中选用红（R）、绿（G）、蓝（B）作为基色等[11,16]。
显示器的显示原理：采用电子束扫描显示屏上的荧光粉（光点），激发荧光粉发光，亮的地方使用强电子束扫描，暗的地方使用弱电子束扫描，从而显示出图像[1,2]。
1.2 图像形成原理
电子束有规律地扫动称为扫描。显示器显示图像是借助电子束在屏幕上的扫描完成的。电子束在荧屏上从左到右，自上而下一行一行地扫描，扫描点的亮度及色彩由控制电子束流的电压来决定。对于显示器，输入图像信号的高电平对应于显示图像的亮点，低电平对应于显示图像的暗点。要显示“井”字格图形，每场图像信号中，必须有等间隔、宽度相同的几个正脉冲(宽度为2～3行)与几条水平亮线相对应；同时，每一行信号中又必须有等间隔、宽度相同的几个正脉冲与几条垂直亮线相对应。
然而，电子束在行、场正程形成图像信号，逆程则形成回扫线（假定在水平线圈里通以图1.1（a）所示的锯齿波电流，当电流线性增长时即，电子束在水平方向上受到自左向右的作用力，因此电子束从左向右作匀速运动，这段运动叫做行扫描正程。正程结束时即TH，电子束已扫描到屏幕的最右边。然后，偏转电流很快线性减小即，电子束受到自右向左的作用力迅速从右向左运动，时刻又回到屏幕的最左边，这段过程叫做行扫描逆程。电子束在水平方向往返扫描一次所需的时间成为行扫描周期TH，它等于行正程时间THt和行逆程时间THr之和。同理可知垂直方向的）。为(a)行扫描
(b)场扫描
图1.1 逐行扫描锯齿波电流波形图
了消除回扫线对图像的干扰，必须在电子束回扫期间发出消隐脉冲信号[7,16]。
对消隐后的脉冲再进行同步处理，就得到了按此原理产生的图像信号、同步信号波形。如图1.2，1.3所示。
图1.3 行同步信号与垂直亮线信号
(a) 行同步信号
(b) 垂直亮线信号
T
H
(a)
图1.2 场同步信号与水平亮线信号
(a) 场同步信号
(b) 水平亮线信号

1.3 显示器信号发生器构成框图
本文所述彩显信号源具有VGA、SVGA两种显示方式，它由可变8倍行频振荡、行同步信号形成、512、640倍分频、场同步信号形成、水平亮线信号形成、垂直亮线信号形成、图像信号合成、图像输出等构成，构成框图如图1.4所示。
其中，8倍行频振荡电路的作用是产生VGA、SVGA显示方式下252kHz、284kHz的方波。此方波经过8倍分频电路后作为行同步信号。行同步相位(phase，是描述讯号波形变化的度量，通常以度作为单位，也称作相角)调整是完成行同步脉冲与垂直亮线信号间的相位处理，使行同步脉冲信号与其在时间上接近的垂直亮线信号对齐，以便消除行逆程期间出现的垂直亮线信号。行同步脉冲的形成是利用行频矩形波的下降沿触发单稳态触发器，产生宽度符合要求的正极性行频脉冲。512、640倍分频的作用是为了获得行场之比为512、640的关系。消隐是为了使在回程期不出现干扰亮线。垂直亮线信号是由8倍行频脉冲经过负脉冲变换电路而形成的。水平亮线信号直接由8倍场频脉冲经过负脉冲变换电路而形成的。图像信号是由8倍行频负脉冲与8倍场频负脉冲经过与非门(即)后得到正极性的垂直亮线与水平亮线的叠加，最后再经过阻抗变换，就得到了图像信号输出。
行同
步fH
场同
步fV
图1.4 显示器信号发生器构成框图
R
G
B
图像
信号
垂直
信号
形成
水平、
垂直信
号合成
图像
信号
输出
消
隐
8倍
行频
振荡
行同步
相 位
调 整
行同步
脉 冲
形 成
8倍
分频
水平
信号
形成
512、
640倍
分 频
场同步
脉 冲
形 成
2 芯片简介
2.1 555时基电路的简介及应用
2.1.1 555时基电路的简介
555电路在20世纪70年代初刚问世时，它仅仅是为制作电子定时器电路而设计制造的。人们在应用555设计电路的实践当中，发现该电路有着非常灵活的使用方法，极其通用的电路功能。设计者将数字电路和模拟电路巧妙结合，加之具有灵活的引出端脚，使用者尽其所能，可将小小8脚IC，演变成单稳态、双稳态、无稳态等种种触发电路的形式。由555电路组成的这些基本电路已经广泛应用在工农业生产、家用电器、科研、通信、仪器、仪表、儿童玩具以及安全防护等方面，有时甚至成为这些应用电路的核心器件。
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V-16V工作，7555可在3-18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555电路有着独特而优异的性能，其独特的优点表现在组成电路简单，工作电源范围宽，工作性能稳定可靠，能以两种方式输出一定的控制功率，可以直接驱动继电器或扬声器等功率元件，价格便宜。
555电路是一种集模拟与数字电路特点于一身的集成电路，能以简单的方式和数字集成电路直接连接，中间不需要转换，这就为它的广泛应用提供了极大的方便。
555电路最初用双极型技术（TTL）生产，后来又出现了利用CMOS技术生产的电路，代表型号是ICM7555；后又出现将两只555或四只555封装在一起的556或558，使555家族更添异彩。呈现模拟与数字齐飞，“双极”共“MOS”一色[3,4,14]。
2.1.2 555时基电路的原理
555电路的引脚图如图2.1所示。
图2.1 555时基电路的引脚图
555定时器由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，①脚为接地端；②脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；⑥脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；④脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；⑤脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；⑦脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；③脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V-3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；⑧脚为电源端，可在5V-18V范围内使用。555时基电路的内部结构图如图2.2所图2.2 555时基电路内部结构图
示。
555定时器工作时过程分析如下：
⑤脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。
（1）当Vi1＞2/3VCC，Vi2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。
（2）当Vi1＜2/3VCC，Vi2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。
（3）当Vi1＞2/3VCC，Vi2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。
（4）当Vi1＜2/3VCC，Vi2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。
2.1.3 用555定时器构成的多谐振荡器
图2.3 用555定时器构成的多谐振器
用555定时器构成的多谐振荡器原理图如图2.3所示。R1、R2、C是外接定时元件，阈值TH ⑥脚、②脚连接起来接uC，晶体三极管集电极⑦脚接到R1、R2的连接点P。
振荡频率的估算[3-5,9]：
（1）电容C充电时，即暂稳态维持时间tw1的估算电容充电时，时间常数，起始值
,终了值，转换值，代入RC过渡过程计算公式进行计算，
(2.1)
（2）电容C放电时间即暂稳态维持时间的估算
电容放电时，时间常数,起始值，终了值，转换值，代入RC过渡过程公式进行计算：
(2.2)
（3）电路振荡周期
（2.3）
频率 （2.4）
2.1.4 用555定时器构成的单稳态触发器
单稳态触发器具有的特点：①它是一个稳定状态和一个暂稳状态；②在外来触发脉冲的作用下，能够有稳定状态翻转到暂稳状态；③暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态，而暂稳态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。这种电路在数字系统和装置中，一般用于定时、整形以及延时等[3-5,9]。
用555定时器构成的单稳态触发器的电原理图如图2.4所示。R、C是定时元件；是输入触发信号，下降沿有效，加在555的②脚；是输出信号。
图2.4 用555定时器构成的单稳态触发器
图2.5 555定时器构成的施密特触发器
参数估算：
（1）输出脉冲宽度
由工作原理分析知道，输出脉冲宽度是等于暂稳态时间的，也就是定时电容C的充电时间。有图示工作波形可知，代入RC电路过渡过程计算公式，可得
（2.5）
（2）恢复时间tre
恢复时间，就是暂稳态结束后，定时电容C经饱和导通的晶体三极管TD放电的时间，一般取，即认为经过3~5倍时间常数电容就放电完毕。由于，而很小，所以tre极短。
（3）最高工作频率
若输入触发信号是周期为T的连续脉冲时为了保证单稳态触发器能够正常工作，应满足。即周期的最小值应为，即。
因此，单稳态触发器的最高工作频率应为
（2.6）
2.1.5 用555定时器构成的施密特触发器
施密特触发器一个重要的特点，就是能够把各种各样的信号波形，整形为适合于数字电路需要的矩形脉冲，而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力很强。施密特触发器在脉冲产生和整形电路中应用广泛[3-5,9]。用555定时器构成的施密特触发器原理电路图如图2.5所示。
将555电路的两个触发端②和⑥引脚连接在一起作为信号输入端，便构成了施密特触发器，如图2.4所示。施密特触发器的一个特性是，它的输入－输出特性曲线呈现一个矩形状，这个矩形的特性曲线称为施密特电路的回差特性曲线。这种回差特性是由于它的两个触发端所需要的触发电压的不同而形成的[5]。
2.2 CD4060和CD4040的简介
图2.6 CD4060引脚排列
图2.7 CD4040引脚排列
CD4060是4000系列CMOS器件中的一种。它由一个振荡器部分和14逐位进位二进制计数级组成。它内部有两反相器外接两个电阻及一个电容就可组成振荡器，作为时钟发生器。输入时钟脉冲时(下降沿)，输出端输出计数脉冲。RESET（复位）输入供复位计数器至全零态。全部计数级是主控-受控触发器。引脚排列如图2.6所示。
图2.8 74LS161引脚排列
CD4040是逐位进位二进制计数器，全部计数器级是主控-受控触发器。每个时钟输入脉冲的负转换时计数器状态前进一计数；RESET（复位）线高电平复位计数器至它的全零状态。施密特触发器作用输入脉冲线允许使上升和下降时间不受限制。全部输入和输出是缓冲。引脚排列如图2.7所示。
4000系列CMOS器件的特点有：
（1）电压范围宽，应该可以工作在3V~5V，输入阻抗高，驱动能力差外，跟74系列的功能基本没有区别；
（2）输入时，1/2工作电压以下为0，1/2工作电压以上为1；
（3）输出时，1=电源电压；0=0V；
（4）驱动能力很差，在设计时最多只能带1个TTL负载；
（5）如果加上拉电阻的话，至少要10k电阻；
（6）CD4060的计数器可以到14级二进制串行计数/分频，而74系列却做不到这么高[8]。
2.3 74LS161简介
74LS161是集成4位二进制同步加法计数器。引脚排列如图2.8所示。其中CP是输入计数脉冲，也就是加到各个触发器的时钟信号段的时钟脉冲；是清零端；是置数控制端；EP和ET是两个计数器工作状态控制端；是并行输入数据端；CO是进位信号输出端；是计数器状态输出端。74LS161的功能如表2.1所示。
表2.1 74LS161功能
清零
预置
控制
时钟
预置数据输入
输出
/CR
/LD
EP
ET
CP
A3
A2
A1
A0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
×
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
1
0
×
×

d3
d2
d1
d0
d3
d2
d1
d0
1
1
0
×
×
×
x
×
×
保持
1
1
×
0
×
×
×
×
×
保持
1
1
1
1

×
×
×
×
计数
由表2.1可知，74LS161具有以下功能：
（1）异步清零 当=0时，计数器输出被直接清零，与其他输入端的状态无关。
（2）同步并行预置数 在=1条件下，当=0且有时钟脉冲CP的上升沿作用时，A3、A2、A1、A0输入端的数据d3、d2 、d1、d0将分别被Q3、Q2、Q1、Q0所接收。
（3）保持 在==1条件下，当ET×EP=0，不管有无CP脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变。需要说明的是，当EP=0，ET=1时，进位输出CO也保持不变；而当ET=0时，不管EP状态如何，进位输出CO=0。
（4）计数 当==EP=ET=1时，74161处于计数状态[5,8,9]。
图2.9 CD4066引脚图
2.4 模拟开关CD4066简介
CD4066是一个四双向开关，用于传输或多工器模拟或数字信号。引脚如图2.9所示。在电视机、影碟机、电话机、各种电子仪器仪表等上应用相当广泛。引脚与CD4016兼容，但是表变现为一个非常低的导通电阻。此外，在整个完全输入信号范围内，导通电阻相对恒定。它由四个双向开关组成，每个有独立的控制信号。开关中的p和n沟道器件在控制信号的作用下同时开关。这种结构消除了开关晶体管阈值电压随输入信号的变化，因此在整个工作信号范围内导通阻抗比较低。与单通道开关相比，具有输入信号峰值电压范围等于电源电压以及在输入信号范围内导通阻抗信号比较稳定等优点[8]。
3 显示器信号发生器的各部分电路设计
3.1 可变8倍行频振荡电路设计
由构成框图可知可变8倍行频振荡电路的功用是产生VGA、SVGA显示方式下252kHz、284kHz的方波。此信号经过脉宽处理后作为垂直亮线信号，经过分频后作为水平亮线信号，经8分频后作为行同步信号，经512或640分频后又作为场同步信号。
此电路设计主要利用7555(IC1)及外围定时元件R2，R3，R5，C1，C2组成的无稳态多谐振荡器来作为8倍行频振荡电路的。
要产生SVGA显示下284kHz的方波，则
由（2.1）-（2.4）可知

现选择R2=150，R3=6.2k，R5=2.4
(3.1)
则

同理可知，要产生VGA显示下252kHz的方波，则
由（2.1）-（2.4）可得

则 (3.2)
(a) SVGA方式
(b) VGA方式

图3.2 可变8倍行频振荡器仿真波形
图3.1 可变8倍行频振荡器
由（3.1）、（3.2）式可知，C2=43pF。即就选择C2=43pF。由于不存在340pF的电容，再加上7555芯片本身就有一定的电容，所本设计中选择C1=330pF的电容。经软件仿真、调试，各元器件的参数如图3.1中电路所示[14,15]。其中，C21、C10主要是起滤波去耦作用，K1a主要是控制本设计中的两种模式即完成VGA、SVGA的切换。在Protel99SE软件中仿真波形如图3.2所示。

由于两种方式只是频率不同其它的都相同，所以，下面所有的仿真波形均为VGA模式。
图3.3 8倍分频电路
3.2 8倍分频电路设计
由于8倍分频电路的任务是将8倍行频方波分频成为行频矩形波，本设计中主要用芯CD4040(IC7)集成电路完成。电路设计如图3.3所示[8]。由2.2节的CD4040简介可知输出波形uo2是对输入波形uo1的8分频。仿真波形图如图3.4所示。
3.3 行同步信号产生电路设计
3.3.1 行同步信号相位调整电路
此模块主要用7555(IC3)构成的单稳态触发器完成行同步脉冲与垂直亮线信号间的相位处理。使行同步脉冲信号与其在时间上接近的垂直亮线信号对齐，以便消除行逆程期间出现的垂直亮线信号。
图3.4 8倍分频电路输出波形
此电路的设计，主要利用7555的输出正脉冲宽度应为应为行同步脉冲的1/8左右，即

由（2.5）式可得 tw=1.1R9C18
现选择定C18=1500pF，
则
图3.6 单稳态相位调整电路仿真波形
图3.5 单稳态相位调整电路
现选定R9=2.2k的可变电阻，调整R9可改变IC3输出正脉冲的宽度，要使输出的脉冲为正极性的脉冲，所以此电路中必有二极管的单向导通电路，经软件仿真、调试，各元器件的参数如图3.5中电路所示，仿真波形如图3.6所示。
3.3.2 行同步信号产生电路
由于行同步脉冲的产生电路是利用行频矩形波的下降沿触发单稳态触发器，即用行同步信号相位调整产生的脉冲下降沿来触发单稳态触发器，从而产生宽度符合要求的正极性行频脉冲。现选定行同步信号为正极性脉冲，脉宽约为5μs。选用7555(IC4)构成的单稳态触发器作为延时电路。由（2.5）式可得，tw=5uS=1.1R10C17，现选择R10=3.3k
则
由于7555本身的电容所以选择C17=1300pF。此电路的设计也是只需要正脉冲，需二极管来实现。经软件仿真、调试，各元器件的参数如图3.7中电路所示。常态时，7555输出低电平，有触发信号输入时7555输出高电平，其延时时间由R10，C17决定。
图3.8 单稳态延时电路仿真波形
图3.7 单稳态延时电路
实际上，软件仿真波形如图3.8所示。存在着一定的误差主要是因为芯片的参数离散性造成的。
3.4 场同步信号处理电路设计
图3.9 74LS161构成4或5倍分频器电路
图3.11 128倍分频电路
显示器信号发生器有相当于VGA、SVGA两种显示方式的扫描频率。VGA方式时，行频为31.5kHz场频为61.5Hz；SVGA方式时，行频为35.5kHz，场频为55.47Hz。为保证图像稳定，在此将行同步信号分频，使之成为场同步信号，确保行场扫描频率相位关系恒定。
为此，在VGA方式时，取行、场频之比为；在SVGA方式时，取行、场频之比为。
3.4.1 512、640倍分频电路设计
为了获得行，场频之比为512、640的关系，现用CD4060十四位二进制串行计数器(IC8)构成27(=128)倍分频器，用74LS161四位二进制同步计数器(IC6)构成4或5倍分频器；27倍分频器与4倍分频器串联，即可完成512倍的分频；27倍分频器与5倍分频器串联，即可完成640倍的分频[8]。
用74LS161四位二进制同步计数器(IC6)构成4或5倍分频器电路如图3.9所示，仿真波形如图3.10
图3.10 74LS161构成4倍分频器电路仿真波形
图3.12 128倍分频电路仿真波形
示。其中，K1b主要是控制SVGA、VGA两种方式。用CD4060十四位二进制串行计数器(IC8)构成27 (=128)倍分频器电路如图3.12所示，由于分频倍数大仿真波形不太清晰明显，此仿真波形如图3.12所示。
图3.13 8倍场频信号输出波形
8倍场频信号输出后，经过0.01uF（C16）电容后输出波形如图3.13所示。
图3.15 场同步的脉宽调整电路波形
分频电路输出的场频方波因宽度太宽不宜直接作为场同步信号。由CD4060⑥脚输出的场频方波经IC5B变换为脉冲宽度大约5μs的正极性脉冲，此即场同步信号。
此电路的设计主要是利用由555构成的单稳态触发器来变换脉冲的宽度。
其中，正脉宽 tw=1.1R16C6=5uS
现选择R16=18k.。
则 。
现选择C6=0.022uF。经软件仿真、调试，各元器件的参数如图3.14中电路所示。软件仿真波形如图3.15所示。其中，C22的作用是滤波，C5是当脉冲的下降沿到来时产生一个负脉冲。由于仿真是分步进行的，所以此模块中的uov4就是128倍分频器的一个输出uov2。
图3.14 场同步的脉宽调整电路

4 图像信号产生电路
图像为“井”字格图形,这就要求图像信号中包含垂直亮线信号(8倍行频脉冲)及水平亮线信号(8倍场频脉冲)。
4.1 垂直亮线信号形成电路
图3.17 8倍行频变换为负脉冲的电路仿真波形
图3.16 8倍行频脉冲变换为负脉冲的电路
垂直亮线信号由IC1（可变8倍行频振荡电路）输出的8倍行频脉冲经IC2（变换负脉冲电路）变换为负脉冲而成；垂直亮线总数为8，为避免在回扫期出现垂直亮线，可借助R9调节行同步信号相位，某一行同步脉冲信号与其在时间上接近的垂直亮线信号对齐，再利用非门IC10C，模拟开关IC9C使行同步脉冲总是关掉这一垂直亮线信号，实现垂直亮线的行逆程消隐；同理，利用IC10A，IC9A实现垂直亮线的场逆程消隐。8倍行频脉冲变换为负脉冲的电路设计如图3.16所示，利用7555电路的直接反馈来实现。电路仿真波形如图3.17所示。
4.2 水平亮线信号形成电路
水平亮线信号直接由IC8⑦脚输出的8倍场频脉冲经IC5A变换为负脉冲而成。变换负脉冲电路主要是用555（IC5A）电路构成的直接反馈电路来实现的。电阻R17直接接在输入和输出两端。要输出8倍场频脉冲，
即 f8v=61.5×8=492Hz
则 T8v=1/f8v=1/492=2mS
由于此电路是用来变换负脉冲，现选择简化的无稳态工作模式。C19的充电电阻与放电电阻均为R17。若令充电时间为t1，放电时间为t2[3,14,15]
则 t1=0.693R17C19
t2=0.693R17C19
所以 T=t1+t2=1.386R17C19=16.3mS
此处R17的取值不应小于10k。如果取值过小，那么就会因为充放电电流过大，就会使输出电压下降过多，重负载时尤其如此。所以现选R17=15k。
则
图3.19 8倍场频脉冲变换负脉冲的电路仿真波形
图3.18 8倍场频脉冲变换负脉冲的电路
现选择C19=1500pF。经过软件仿真、调试，可知各元器件的参数如图3.18中电路所示，其中，C4、C22起到滤波的作用，放在不同的位置滤波效果不同；R18的作用就是使输入正脉冲宽度电压uov2降低。经过0.01uF的电容后，输入信号在上升沿时uov3处变为正脉冲，下降沿时uov3处变为负正脉冲；经过555以后，所有的正脉冲都变为了负脉冲，从而实现了设计要求。软件仿真波形如图3.19所示。
4.3 图像信号的输出电路
为了消除回扫期的亮线，现选模拟开关CD4066和与非门来实现。把行同步信号，场同步信号经过消隐后，再把8倍行频负脉冲与8倍场频负脉冲经过与非门即后，就实现了垂直亮线与水平亮线的叠加，这就是所设计的图像信号。经过NPN型三极管射极输出器进行阻抗变换后作为图像信号输出。电路设计如图4.20所示。由于输出的为图像信号，并且频率相差很大，所以总的仿真结果没有给出。
最后，把各部分电路组合起来，就得到了计算机显示器信号源的总电路图。总电路图如附录A所示。
图4.20 图像信号输出电路
5 系统的调试及检测
系统调试采用模块化调试和整体组合调试相结合的方法来进行。经过模块化的软件仿真、硬件系统调试和组装测试，最终实现了可变8倍行频振荡电路功能、8倍分频电路功能、行同步信号电路功能、场同步信号处理电路功能、垂直亮线信号形成功能、水平亮线信号形成和图像信号的输出等功能。
5.1 系统调试步骤
本系统所说的调试是指在实验室里，对已知的标准量进行测试和比较，以验证电路设计的是否正确和合理。对本电路来说，所需的器件表如表5.1所示，硬件连接电路如附录C所示。
表5.1 器件表
电阻
规格型号
510
750
3k
15k
18k
33k
82k

数量
1
1
2
2
1
1
1

电容
规格型号
20P
22P
43P
56P
150P
160P
470P
510P
数量
1
1
1
1
1
1
1
1
规格型号
750P
1500P
0.022u
0.047u
0.1u
100u
220u

数量
1
2

2
1
1
2

集成电路
规格型号
7555
CD4040
CD4060
CD4066
LS161
LS00
NE556

数量
4
1
1
1
1
1
1

晶体管
规格型号
1N4148
2SC1815

数量
3
2

调试工作分以下四步进行：
（1）系统调试前的准备 在搭接硬件之前，首先在仿真软件中对8倍行频振荡电路、8倍分频电路、行同步信号电路、场同步信号处理电路、垂直亮线信号形成电路、水平亮线信号形成电路和图像信号的输出进行了分部仿真和整体联调仿真。整个过程的仿真都需要在PROTEL99SE软件中实现。附图A所示电路完全通过了软件仿真。
（2）对整个硬件电路的调试 在电路的硬件部分制作出来后，先对其各模块进行详细地检测及测试，查看制作过程中是否存在短路，断路等情况，查看每个芯片是否能够正常工作等。
（3）对每个模块的调试
①先看可变8倍行频振荡电路输出的是不是方波(VGA时，输出频率应为252kHz；SVGA时，
输出频率应为284kHz)，如果是就进行②操作，不是就继续检测本部分电路；
②检测8倍分频电路是否对①中的方波进行8分频(即所产生的频率为第一种的方波的1/8)，如果进行了8分频并且输出波形稳定也为方波就进行③的调试，否则继续调试此电路；
③对行同步信号相位调整电路的检测，检测在时间上行同步脉冲信号与垂直亮线信号是否对齐；
④把相位调整电路输出给由7555构成的单稳态触发器作为延时电路，如果输出满足设计中要求的行频信号(VGA时，行频为31.5kHz；SVGA时，行频为35.5kHz)，就进行⑤的调试，否则对以上电路进行再检测；
⑤行频信号满足要求后，为了达到行场的同步把行频信号进行分频，先检测由74LS161构成的4或5倍分频，是否起到了分频作用，如果正常再检测由CD4060构成的27 (即128)分频是否正常工作，如果正常工作了就进行⑥的调试；
⑥检测经过IC5B变换为脉冲宽度大约为5us的正极性脉冲，此即场同步信号，看是否符合要求，如果正常了就进行⑦的调试；
⑦检测8倍场频脉冲是否符合要求，如果符合要求了再检测经过IC5A后是否变换为了负脉冲；
⑧以上都满足了，在检测与非门及输出是否正常运行，最后把15针D-Sub输入接口接上插到显示器进行检测。
（4）系统联调：在上面三步完成后，我们就必须将整个电路进行系统联调，检验电路能否正常运行，测试电路各项性能指标，看是否能够达到预期的要求，必要时，还要不断地修改和完善电路（比如：滤波效果不好，电路不稳定等等），直到系统能够实现预期的功能，能够投入使用。
5.2 系统调试结果
计算机显示器信号发生器的调试过程是一个不断完善的过程，经过多次修改补充，最终实现了显示器上输出图形为“井”格形式，并且有两种显示模式。完成了本设计的要求。经系统调试后的电路图如附录B所示。
6 结束语和展望
本计算机显示器信号发生器的设计已经通过了软件仿真和硬件调试，并且实现了各项指标要求。为显示器的维修带来了很大的方便，而且价格低廉，体积小，方便携带，还能避免因显示器的频繁开关而损坏主机显卡等功能。然而，在硬件制作的过程中7555芯片全部用NE555来代替的，所以输出波形不太稳定，再加本人所学知识的有限性，所以电路也存在一些缺陷，还有待完善。如果能用单片机来实现会更加的简单、使用，性能也会比