Разработка системы дублирования видеопотока в компьютерном классе

Здравствуйте Ув председатель и члены комиссии.
Вашему вниманию предоставляется дипломная работа на тему: «Разработка системы дублирования видеопотока в компьютерном классе».
Система предназначена для дублирования видеопотока с видеокарты преподавателя на мониторы учащихся.
Данная система состоит из тумблера и разветвителя видеосигналов.
Возникает ситуация, когда необходимо одно и то же изображение с одного видеоадаптера разместить на несколько мониторов одновременно. 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). VGA-сплиттер – устройство, позволяющее дублировать визуальную информацию, поступающую с графической платы компьютера на несколько мониторов. Диапазон применения 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. 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 (английскоеtumbler, от tumble – опрокидываться), малогабаритный переключатель на два либо три положения с рычажно-пружинным приводом. Применяется главным образом для коммутации цепей управления в электротехнических аппаратах, приборах и устройствах и в радиоэлектронной аппаратуре.
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 2 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. Питание устройства осуществляется от источника напряжением 9… 12 В. Потребляемый ток 200 мА, полоса частот от 0 до 110 МГц позволяет мониторам свободно работать с разрешением 1280 х 1024.
VGA cокращение от videographicsarray, графическая система для дисплеев персональных компьютеров, разработанная фирмой IBM. Система VGA стала стандартом defacto 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.
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.
Разработка структурной схемы
В данной системе видеокарта преподавательского компьютера подключена к разветвитель видеосигналов, где сигнал разделяется и поступает на переключатели к которым подключается кабель с разветвителя видеосигналов и с видеокарта компьютера учащегося. С помощью переключателя можно переключать видеосигнал с компьютера учащегося на сигнал с компьютера преподавателя и обратно.
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.
Рабочий ток 200 мА. R = 60 Ом.
При этом токе выделяемая мощность составит:
P =2,4 Вт.
Устройство состоит из разветвителя видеосигнала разветвителя видеосигнала VGA состоит из трех эмиттерных повторителей на p-n-р транзисторах Т1-ТЗ, каждый из которых нагружен на 12 эмиттерных повторителя структуры n-p-n T4-T15. 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 USB разъема компьютера. Потребляемый ток 200 мА, полоса частот от 0 до 110 МГц.
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 12 эмиттерных повторителя структуры n-p-n T4-T15. Сигнал дублируется с компьютера преподавателя и поступает на мониторы ученических компьютеров.
Выбор и обоснование способа изготовления печатной платы
Печатные платы представляют собой диэлектрическую пластину с нанесенным на нее токопроводящим рисунком (печатным монтажом) и отверстиями для монтажа элементов.
Печатный монтаж – это нанесение на изоляционное основание тонких электропроводящих покрытий (печатных проводников), выполняющих функции монтажных проводов для соединения элементов схемы.
Как и для любого устройства, для изготовления печатной платы также существует своя методика:
- Проектируем печатную плату при помощи программы Sprintlayout:
- Подготавливаем стеклотекстолит для переноса изображения:
- Подготавливаем поверхность стеклотекстолита
– Следующим действием изготавливается копия этого чертежа, на котором отмечены только места, где необходимо просверлить отверстия для установки в них радиоэлементов и цифровых интегральных микросхем. Для этого необходимо знать размеры корпусов радиоэлементов и ИМС, а также расстояния между их выводами.
– Эта копия наклеивается на пластину фольгированного стеклотекстолита со стороны фольги. Применять для изготовления печатной платы гетенакс или текстолит не рекомендуется, т. к. существует высокая вероятность, что при повторной пайке печатные проводники отклеятся.
- Переводим рисунок на стеклотекстолит с помощью технологии лежжения.
– Готовая плата травится обычным способом в растворе хлорного железа. Однако и здесь существует одна небольшая хитрость, для ускорения процесса травления печатную плату нужно травить в вертикальном положении. При этом продукты реакции не будут оседать на печатную плату, и не будут препятствовать процессу травления.
– Следующим этапом является проделывание отверстий для установки радиоэлементов и микросхем. Сверлятся отверстия обычно сверлами с диаметром от 0,5 до 0,7 мм.
– Затем производится тщательное обследование печатной платы и в местах где краска попала мимо печатных проводников производится ее удаление при помощи скальпеля.
- Устанавливаем детали на поверхность печатной платы.
Разработка компоновки устройства
Процесс компоновки элементов проектируемого устройство, предназначенного для системы дублирования видеопотока можно подразделить на несколько этапов:
1 Функциональная компоновка – размещение и установка функциональных элементов на печатных платах с учетом функциональных и энергетических требований, а также плотности компоновки и установки элементов, плотности топологии печатных проводников. Функциональная компоновка проводится для определения основных размеров печатной платы, выбора способов ее проектирования и изготовления. Прежде чем приступить к изготовлению печатной платы, нужно сделать её рисунок, т.е. скомпоновать все радиоэлементы и микросхемы. Компоновка устройства подразумевает под собой примерное расположение на печатной плате радиоэлементов и микросхем, входящих в состав устройства. Для определения положения элементов на плате в первую очередь делают рисунок платы в соответствии с заданными габаритами устройства, далее компонуются все радиоэлементы и микросхемы на рисунке в соответствии с их реальными размерами.
После расположения радиоэлементов и микросхем наносятся отверстия для контактных площадок и отверстия для крепления печатной платы в корпусе устройства.
Заключительным этапом является проведение соединительных линий (печатных проводников) в соответствии с принципиальной схемой устройства.
2 Внутренняя компоновка – размещение входящих в состав нашего
устройства блоков внутри его корпуса с учетом требований удобства сборки, контроля, ремонта, механического и электрического соединения, требований по обеспечению оптимального теплового режима и эргономики.
3 Внешняя компоновка – это компоновка устройства в конструкциях старшего уровня, например в составе рабочего места студента, при этом, прежде всего, учитываются эргономические требования. К эргономическим критериям компоновки разрабатываемой нами приставки: эффективность работы, сохранение здоровья в процессе эксплуатации, развитие личности в процессе труда.
Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод, что в дипломной работе проведен анализ работы системы дублирования видеопотока в компьютерном классе. Основное назначение VGA-сплиттеров дублировать визуальную информацию, поступающую с графической платы компьютера на несколько мониторов.
Разветвитель видеосигнала VGA состоит из трех эмиттерных повторителей на p-n-р транзисторах Т1-ТЗ, каждый из которых нагружен на 12 эмиттерных повторителя структуры n-p-n T4-T15. 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. Питание устройства осуществляется от USB разъема компьютера. Потребляемый ток 200 мА, полоса частот от 0 до 110 МГц.
Диапазон применения 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. 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.