SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Подключение плоских панелей к источникам аналоговых сигналов в бессвинцовую эру

Требования RoHS, регламентирующие содержание свинца и других опасных веществ, не стали помехой на пути развития электронной техники. Доказательством тому могут служить новые видеоадаптеры серии Kontron CRTtoLCD, позволяющие подключать современные плоские дисплеи к практически любым источникам аналоговых и видеосигналов. 



Дешево и сердито

Специалисты холдинга Kontron предлагают разработчику три способа подключения жидкокристаллического дисплея. Если у системы уже есть интерфейсы JIPA/JILI, можно использовать кабель соответствующего типа, если таких интерфейсов нет, но имеются свободные слоты AGP/PCI, целесообразно применить комбинацию из видеокарты с выходным интерфейсом JIPA/JILI и кабеля JIPA/JILI. Третий способ состоит в использовании аналогового видеоадаптера CRTtoLCD. Контроллеру CRTtoLCD не нужны ни интерфейсы JIPA/JILI, ни свободные слоты AGP/PCI, что и обусловливает исключительное удобство данного метода: единственным требованием, которое он предъявляет к системе, является наличие у нее стандартного порта RGB или DVI. Последнее же, как нетрудно понять, выполняется всегда, если задача, на которую эта система рассчитана, предусматривает хоть какую-нибудь визуализацию. Выбрав третий путь, разработчик сильно облегчает себе жизнь: он может иметь дело с привычными технологиями, волен производить тонкую настройку дисплея и регулировать параметры изображения в очень широких пределах и, если расстояние между платой и ЖК-панелью дисплеем не очень велико, может применять обычные кабели VGA.

В случае CRTtoLCD на роль источника сигнала годится любое устройство с выходами VGA, DVI и/или видео. Разработчику не нужно производить никаких манипуляций с БИОС: процесс подключения проходит в полуавтоматическом режиме по принципу “Plug & Play”. ЖК-панелью, подключенной через адаптер CRTtoLCD, можно управлять при помощи стандартных программных средств. Не следует сбрасывать со счетов и такую немаловажную характеристику рассматриваемого метода, как экономическую эффективность: положившись на CRTtoLCD, разработчик может применять недорогие кабели и выбирать дисплеи с наилучшим соотношением “цена / качество” (поддерживается широкий спектр ЖК-панелей от ведущих производителей).


Предпосылки для появления CRTtoLCD

Случилось так, что источники VGA- (стандартный 15-контактный разъем), DVI- и видеосигналов окружают нас повсюду. Обсуждение экономических и исторических причин этого явления выходит за рамки настоящей статьи, посему будем относиться к нему как к данности. Проблема состоит в том, что эпоха ЭЛТ-дисплеев, на подключение которых рассчитаны источники аналоговых сигналов, близится к закату: громоздкие электронно-лучевые трубки повсеместно вытесняются компактными, удобными и изящными ЖК-панелями. Многие прогрессивно мыслящие, но не чуждые здорового консерватизма разработчики буквально разрываются между вполне законным желанием использовать жидкокристаллические дисплеи везде и всюду, в том числе и там, где изначально для этого нет никаких условий, и не менее законным нежеланием отказываться от технологий, выдержавших проверку временем, тем более что такой отказ означает зачастую и отказ от множества вполне успешно работающих аппаратных средств. Тут-то и могут помочь видеоадаптеры CRTtoLCD.

Спектр целевых рынков CRTtoLCD весьма широк: это и медицинская техника, и игровые автоматы, и кассовые аппараты, и всевозможные информационно-развлекательные устройства. Создавать конечные решения при помощи CRTtoLCD легко и приятно. Рассмотрим в качестве примера информационный терминал общего пользования (рис.1). В основание помещается материнская плата от самого обычного компьютера "настольного" класса, имеющая порт электронно-лучевого монитора. Внутри стойки проходит стандартный видеокабель, один конец которого подключен к этому порту, а другой - к контроллеру CRTtoLCD. Последний, как ему и должно, преобразует аналоговый CRT-сигнал в цифровую форму, понятную TFT-панели. Терминалы с такой конструкцией очень просты в проектировании и производстве и весьма удобны в эксплуатации и обслуживании.

Ris.1.png

Рис. 1. Видеоконтроллеры CRTtoLCD до предела упрощают задачу создания современных информационных терминалов: чтобы построить такую систему, разработчику достаточно  взять самую обычную материнскую плату "настольного" класса, приобрести понравившуюся ЖК-панель  и соединить их друг с другом посредством стандартного ЭЛТ-кабеля 


Адаптеры CRTtoLCD: “за” и “против”

Само собой, все то, что позволяет строить адаптеры CRTtoLCD, можно создавать и без них. Однако в наши дни главным вопросом, на который должен ответить для себя разработчик, является не то, какие системы создавать, а как. Выбор CRTtoLCD выглядит в этой связи весьма элегантным решением: на вход видеоадаптера подается наличный сигнал, к выходу подключается “целевая” ЖК-панель. Что может быть проще? Но этим достоинства рассматриваемого метода не исчерпываются. При использовании CRTtoLCD не имеют значения ни конкретный тип аналогового сигнала, ни модель дисплея. Проблема совместимости отсутствует как класс, и разработчик может выбирать плоскую панель, руководствуясь лишь ее эксплуатационными характеристиками, внешним видом, типом исполнения, маркой, страной изготовления и другими соображениями высшего порядка, полностью абстрагировавшись от низкоуровневых мелочей.

Контроллерами CRTtoLCD, образующими продуктовую линейку aFLAT, как и вообще всеми продуктами, обеспечивающими подключение разнообразных новых и унаследованных аппаратных средств к современным ЖК-панелям, в холдинге Kontron занимается подразделение Flatpanel Solutions Division. 

Являясь признанным лидером соответствующего рынка в Европе, Flatpanel Solutions Division уже более 12 лет предлагает всевозможные графические платы, видеоконтроллеры, драйверы и кабели для плоских дисплеев всех существующих типов. Многие продукты этого подразделения уникальны по своей функциональности и ориентированы на чрезвычайно широкий спектр потенциальных приложений. Изюминкой серии CRTtoLCD, например, является полное абстрагирование от внутренней архитектуры и конфигурации системы. Неважно, есть или нет в системе свободные слоты AGP или PCI, равно как и сами эти шины. Единственное, что действительно необходимо для использования CRTtoLCD, так это наличие видео- или графического сигнала, не поддерживаемого современными TFT-дисплеями, все прочее - несущественно. Нетрудно видеть, что число потенциальных приложений, отвечающих данному критерию, воистину огромно. В самом деле, системы со свободными слотами AGP/PCI составляют лишь часть тех систем, у которых есть шина AGP/PCI, а последние, в свою очередь - лишь часть тех систем, которые требуют подключения ЖК-дисплеев, но не имеют необходимых для этого интерфейсов. Круг задач, на которые ориентирована серия, CRTtoLCD, оказывается, таким образом, гораздо шире, чем область применимости графических карт типа AGP и PCI.

В идеале унаследованные аппаратные средства следовало бы выбрасывать всякий раз, как только появляется новая технология, этими аппаратными средствами не поддерживаемая. И покупать вместо них новые. В реальности же, однако, те разработчики компьютерной техники, что не имеют доступа к шальным деньгам (а таковых подавляющее большинство), стараются достигать поставленных целей с минимумом затрат и использовать однажды освоенные аппаратные и программные средства как можно дольше. Заслуживающих обсуждения вариантов действий у них не так уж много. Применительно к нашему случаю (есть: система без поддержки TFT-панелей; надо: подключить TFT-панель, внеся в систему минимальные изменения) таких вариантов всего два: 1_разработать необходимые адаптеры самостоятельно и 2_купить их.

Некоторые производители могут отдать предпочтение разработке собственными силами. 

Что ж, такая позиция имеет право на существование. Вдруг у них получится лучше, чем у Kontron, даром что Kontron на этом деле собаку съел? Однако это еще полбеды. Главное препятствие, встающее перед теми, кто решил разработать подобный адаптер самостоятельно - это пресловутый “Time To Market”. Данный термин, означающий “сроки вывода товара на рынок”, получил в последние годы широкое распространение. Просто создать хороший продукт и запустить его в производство уже не достаточно; необходимо еще и предложить свой продукт клиентам раньше, чем это сделает конкурент, разрабатывающий аналогичное решение. В условиях жесткой конкуренции даже незначительное опоздание может оказаться смерти подобно, и потому скорость выхода на рынок приобретает огромное (а зачастую и решающее) значение.

Из соображений экономии времени, денег и нервов, которая в немалой степени определяет успех нового изделия, видеоадаптеры лучше не создавать самому, а приобретать у крупного поставщика, работающего на рынке уже длительное время и известного высоким качеством своей продукции. И тот, кто это осознал, вряд ли сможет пройти мимо холдинга Kontron и линейки CRTtoLCD.


Аналоговые сигналы плюс ТВ высокой четкости и визуализация быстро движущихся объектов

На текущий момент старшей моделью серии Kontron CRTtoLCD (aFLAT) является CRTtoLCD-7. Видеоадаптер CRTtoLCD-7 - это многофункциональное интеллектуальное устройство, характеризующееся высокой степенью интеграции и вобравшее в себя целый ряд технологических достижений в различных областях: ТВ высокой четкости, визуализация быстро движущихся объектов и др. (рис.2). На основе единственной модификации CRTtoLCD-7 можно построить целый модельный ряд жидкокристаллических терминалов, телевизоров и мониторов разных стандартов, форматов и разрешений и охватить тем самым сразу множество рыночных ниш.

В случае CRTtoLCD-7 высокая степень интеграции - это не только много функций на одной печатной плате, но и целый ряд других конструктивно-эксплуатационных особенностей. Например, и сам видеоконтроллер, и ЖК-дисплей, включая подсветку, питаются от одного источника. Аналогичным образом обстоит дело и с тактированием: тактовые импульсы для всех подсистем CRTtoLCD-7 выдает один бортовой генератор.

Ris.2.png

Рис. 2. Позволяя подключать современные ЖК-дисплеи к источникам сигналов CRT, DVI и PAL/SECAM/NTSC, многоцелевой видеоконтроллер  Kontron CRTtoLCD-7 поддерживает режимы до WUXGA (HDTV) включительно и обеспечивает высокое качество изображения быстро движущихся объектов (технология фирмы Faroudja, опция). В числе других дополнительных функций- ТВ тюнер с  декодером телетекста и поддержка компонентных сигналов. Продукт CRTtoLCD-7 комплектуется мощными программными средствами для настройки и обработки изображения

Содержание свинца и других вредных веществ в CRTtoLCD-7 не превышает пределов, установленных требованиям RoHS. Требования RoHS, вступившие в силу с 1 июля 2006 года, запрещают продажу потенциально опасных для здоровья людей электронных комплектующих на территории Европы. Чтобы обеспечить соответствие своей продукции новым директивам, Kontron пришлось основательно модернизировать свое производство, что, как можно видеть на примере CRTtoLCD-7, не мешает специалистам этого холдинга создавать шедевры.

Способность работать с сигналами RGB и DVI есть неотъемлемое свойство всех представителей серии Kontron aFLAT, функциональное ядро данного продуктового семейства. Принципиальные новшества, впервые появившиеся в CRTtoLCD-7 и отсутствовавшие в предыдущих моделях CRTtoLCD - это композитный вход и вход S-video, которые позволяют подключать новый контроллер к источникам видеосигналов PAL и NTSC. Вторым важным отличием рассматриваемого продукта от других представителей линейки aFLAT стала модульность: для CRTtoLCD-7 существует специальный модуль расширения - ТВ-тюнер с декодированием телетекста. Пользователи нового представителя серии aFLAT могут в любой момент обогатить исходную функциональность своего CRTtoLCD, сделав из него полноценный телеприемник, если таковой им понадобится. Кроме того, в слот расширения видеоконтроллера CRTtoLCD-7 можно установить как ТВ-тюнер, так и что-то другое (например, плату расширения с гнездом SCART).

Однако и это еще не все. Забота о соблюдении требований RoHS не помешала создателям CRTtoLCD-7 реализовать такой приятный пустячок, как интегрированный хранитель экрана, который защищает ЖК-матрицу от выгорания и предотвращает появление эффекта остаточного изображения. В числе других приятных мелочей - функция “картинка в картинке” (размеры и положение окна варьируются), благодаря которой можно просматривать на одном экране изображения от двух разных источников, встроенный звуковой усилитель и опциональная поддержка удаленного управления по стандарту Philips RC5.

Новый видеоконтроллер имеет то же расположение разъемов и те же физические размеры, что и модели CRTtoLCD-2 / CRTtoLCD-3. В результате пользователи последних могут модернизировать свои системы без каких-либо дополнительных инженерных усилий путем простой замены одного контроллера на другой.

Видеоконтроллер Kontron CRTtoLCD-7 предлагается в пяти различных модификациях. Старшей считается мультимедийная версия, поддерживающая такие форматы ТВ высокой четкости, как 1080i (1920 x 1080) и 720p (1280 x 720). “Мультимедийность” выражается, в частности, в поддержке компонентных и YUV-сигналов. Еще одной отличительной особенностью старшей модификации является чип Genesis FLI2310, реализующий функции Adaptive Motion Deinterlacing (высококачественное отображение быстро движущихся объектов по фирменной технологии компании Faroudja), адаптивного шумоподавления и двумерной векторной интерполяции по методу DCDi.

Остальные четыре версии, предназначенные на замену популярных контроллеров CRTtoLCD-2 CRTtoLCD-3 и совместимые с последними эксплуатационно и механически, делятся на “полнофункциональные” и “облегченные”. У первых поддержка видеосигналов (композитного и S-video) имеется, т.е. они ориентированы на работу с видеоисточниками, у вторых - отсутствует, что делает их подходящим выбором в тех случаях, когда достаточно поддержки аналогового RGB-сигнала и наличия интерфейса DVI. При этом и полнофункциональные, и облегченные модификации CRTtoLCD-7 бывают двух видов: для ЖК-панелей типа LVDS и для ЖК-панелей типа TTL.

Сводная информация о доступных модификациях продукта CRTtoLCD-7 приведена в таблице.

Таблица. Сводная информация о доступных модификациях продукта CRTtoLCD-7

Tab..png

Продукт CRTtoLCD-7 поставляется в конфигурациях с интерфейсами FLEX32 или JILI30, которые обеспечивают поддержку TFT-панелей типа TTL и LVDS соответственно. Интерфейс JILII30 позволяет осуществлять вывод на одно- и двухпортовые дисплеи LVDS с потоком данных до 2x24 бита, а интерфейс FLEX32 - на 18-разрядные дисплеи TTL. Для наиболее популярных TFT-панелей холдинг Kontron предлагает комплексные решения “адаптер плюс кабель”. Кроме того, как правило, за небольшую дополнительную плату специалисты Kontron могут обеспечить поддержку дисплеев и других типов: гибкая архитектура CRTtoLCD-7 позволяет организовать вывод на практически любую TFT-панель в разрешениях до WUXGA включительно.

Видеоконтроллер CRTtoLCD-7 работает от одного 12-вольтового источника и обеспечивает питание дисплея и подсветки.


Настройка и управление

Для конфигурирования и настройки контроллера CRTtoLCD-7 можно использовать специальную клавиатуру, позволяющую работать с экранным меню (OSD - On Screen Display). Функции OSD доступны также и с обычного ПК через последовательный порт. Соответствующий кабель-переходник, преобразующий команды RS232 в сигналы TTL, предлагается как аксессуар. Все OSD-настройки можно сохранить в один файл и использовать их в дальнейшем для конфигурирования других дисплеев (не обязательно той же марки). Это очень удобно при массовом производстве, поскольку избавляет от необходимости настраивать каждую единицу оборудования по отдельности. Кроме того, для многих ЖК-панелей существуют готовые файлы с оптимальными настройками. В случае необходимости клиент может быстро и с минимумом усилий осуществлять адаптацию прошивки, причем работа с различными контроллерами серии aFLAT выглядит совершенно одинаково как на уровне микропрограммного обеспечения, так и на уровне OSD. Все необходимое ПО (Serial OSD) и файлы настроек для разных дисплеев можно скачать с сайта холдинга Kontron.

Пользовательский интерфейс пакета Serial OSD дает доступ к огромному количеству всевозможных настроек, регулировок и опций. Разработчик может узнать физические характеристики дисплея, проверить версию прошивки и конфигурационного файла, задать источники двух сигналов для функции “картинка в картинке”, изменить размеры и положение вложенного окна, поменять вложенный и основной сигнал местами, отрегулировать картинку по вертикали, горизонтали и т.п. Предусмотрены функции автоконфигурирования и автоматической настройки цветового баланса. Пакет позволяет производить гамма-коррекцию и выбирать различные значения цветовой температуры (фабричные или пользовательские, настраиваемые по каждому из трех базовых цветов). Пользователь Serial OSD может применять внешние деинтерлейсеры, задействовать функцию обработки движения, апертурный корректор, шумоподавитель, подавитель перекрестных помех, уменьшить или увеличить четкость изображения, его масштаб, отразить картинку относительно вертикальной или горизонтальной оси и др. Настраивается буквально все, от частоты следования тактовых импульсов до положения, прозрачности и времени автоматического отключения OSD-меню. При наличии модуля ТВ-тюнера становятся доступны регулировки громкости, баланса, объемного звучания и псевдостерео, 5-полосный эквалайзер, выбор программ и каналов. В любой момент все сделанные изменения могут быть отменены или сохранены как настройки по умолчанию.


Какую модель выбрать?

Помимо видеоконтроллера CRTtoLCD-7 разработчикам следует обратить внимание на модели под номерами 5 и 6 (рис. 3 а, 3 б). Обе они суть интегрированные одноплатные решения, которые позволяют подключать цифровые TFT-дисплеи к источникам аналоговых сигналов RGB и DVI и способны сильно облегчить жизнь разработчику кассовых аппаратов, информационных терминалов, игровых автоматов и других систем, в которых желателен вывод на ЖК-дисплей, но отсутствуют необходимые для этого интерфейсы. Оба контроллера удовлетворяют требованиям RoHS и предлагаются в версиях для панелей двух типов: TTL и LVDS. Отличия между CRTtoLCD-5 и CRTtoLCD-6 носят механический характер: 6-я модель имеет размеры 88,9 x 101,6 мм и предназначена на замену популярных продуктов CRTtoLCD-1-LC и CRTtoLCD-1-TC, модель же номер 5 совместима с адаптерами предыдущего поколения CRTtoLCD-1, CRTtoLCD-2 и CRTtoLCD-3, чьи габариты составляют 180 x 119,5 мм.

Ris.3a.png
3a

Ris.3b.png
3b

Рис. 3а, 3б. Так  выглядят видеоконтроллеры CRTtoLCD-5 и CRTtoLCD-6, обладающие сбалансированным соотношением "цена/функциональность" и предназначенные на замену адаптеров CRTtoLCD-1/-1-LC/-1-TC, CRTtoLCD-2 и CRTtoLCD-3. Как и CRTtoLCD-7, модели серии CRTtoLCD под номерами 5 и 6 удовлетворяют требованиям RoHS



Ris.4a.png

4a

Ris.4b.png

4b

Рис. 4а, 4b. Плоскую панель с нужными характеристиками для конкретного видеоконтроллера CRTtoLCD можно подобрать при помощи онлайн-конфигуратора

На сайте холдинга Kontron (www.kontron.com) в разделе Flatpanel Solutions (рис. 4 a, 4 б) размещен специальный конфигуратор (Flatpanel Configurator), при помощи которого клиент может быстро подобрать для своей модели CRTtoLCD плоскую панель с желаемыми характеристиками.

Поскольку все три новых продукта серии CRTtoLCD стоят недорого, финансовые соображения не должны превалировать при выборе того или иного контроллера: клиенту нужно думать лишь о тех требованиях, что определяются спецификой его задач. В сферу действия продукта CRTtoLCD-7 попадают все рыночные ниши CRTtoLCD, включая и те, что сегодня заняты моделям под номерами 2 и 3, в связи с чем его можно считать универсальным вариантом. Продукты же CRTtoLCD-6 и CRTtoLCD-5 суть решения, оптимизированные по цене и предназначенные на замену моделей предыдущего поколения. Высокотехнологичные изделия, образующие линейку CRTtoLCD, покрывают широкий спектр рыночных ниш и способны удовлетворить самого взыскательного пользователя, желающего получить доступ к современным ЖК-дисплеям без кардинального обновления своего аппаратного парка. Иными словами, альтернативу тому или иному видеоадаптеру CRTtoLCD следует искать внутри семейства CRTtoLCD.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(12)_2006

Л. Акиншин, к.ф-м.н.,
обозреватель журнала Мир компьютерной автоматизации
e-mail: leonidus_a@mail.ru