Формирование телевизионных сигналов в схемах на микроконтроллере

May 11, 2014 by admin Комментировать »

Современные MK обладают достаточным быстродействием, чтобы формировать сигналы, которые можно подавать непосредственно на НЧ-входы телевизоров и мониторов. Если выбирать между цветным и чёрно-белым изображением, то неоспоримое преимущество, разумеется, у первого из них. Однако в микронтроллерных устройствах легче реализуется чёрно-белый режим. Изображения могут быть как статические, так и динамические. Например, известны реальные проекты телевизионных игр «Тетрис» и «Ping-Pong», основой которых являются обычные 8-битные MK с тактовой частотой 4…20 МГц.

Принцип формирования телевизионного сигнала поясняют диаграммы на Рис. 2.83, где обозначены строчные СИ, кадровые КИ, а также синхронизирующие (ССИ, КСИ) и гасящие (СГИ, КГИ) импульсы. Строго говоря, внутри КСИ и КГИ в настоящем телевизионном сигнале ещё присутствуют уравнивающие и синхронизирующие строчные «врезки», но в микроконтроллерных формирователях их обычно пропускают. Кроме того, для упрощения программной части чересстрочную телевизионную развёртку заменяют прогрессивной.

Рис. 2.83. Временные диаграммы телевизионного видеосигнала.

Номинальная частота СИ согласно стандартам стран СНГ составляет 15625 Гц, частота КИ — 50 Гц. В пересчёте на период следования импульсов получается, соответственно, 64 МК с и 20 мс. Номинальный размах сигнала от уровня синхроимпульсов до уровня белого — 1 В, от уровня гашения — 0.7 В на нагрузке 75 Ом.

С цветным изображением сложнее. Необходимо, чтобы устройство отображения имело три раздельных видеовхода формата RGB (красный-зелёный-синий). Такое встречается в телевизорах, оснащённых евроразъёмом SCART-V (белый цвет кабеля) и SCART-U (чёрный цвет кабеля), а также в телевизорах УЛПЦТ, УПИМЦТ, 2УСЦТ и ЗУСЦТ, оснащённых специальными платами сопряжения.

Из цветных мониторов для работы с MK идеально подходят модели CGA и EGA, которые обеспечивают 1 64-цветную палитру с тремя «цифровыми» видеосигналами RGB и одним/двумя синхро входами TTJI-уровня. Однако подобные мониторы, применявшиеся в компьютерах IBM PC XT/AT в начале 1980-х годов, сейчас относятся к разряду музейныхдиковинок.

Мониторы стандарта VGA имеют набор входных сигналов подобно цветным телевизорам, но используют более высокую частоту строчной развёртки, как минимум, 31.5 кГц. Желание воспроизвести на экране монитора картинку с разрешением 640×480 точек наталкивается на низкое быстродействие стандартных MK и ограниченый объём их памяти. То же самое относится и к формированию полного цветового телевизионного сигнала (ПЦТС) систем PAL, SECAM, NTSC.

В качестве обходного манёвра используют вспомогательные микросхемы, которые принимают сигналы RGB и кодируют их специальным образом для отправки в телевизор по низкой частоте. Такие микросхемы называют видеокодерами или, на английский манер, «video encoder», «RGB encoder», «encoder NTSC/PAL». Среди множества их разновидностей [2-149] для MK годятся любые аналоговые, как с линиями задержек, фильтрами, так и без них. Цифровые видеокодеры обеспечивают лучшее качество картинки, но требуют высокую частоту дискретизации сигнала 13.5 МГц, что, к сожалению, «неподъёмно» для обычных MK.

На Рис. 2.84, а…л, Рис. 2.85, а…ж приведены схемы формирования телевизионных сигналов соответственно для чёрно-белых и цветных телевизоров/мониторов. Следует знать, что слитное восприятие телевизионных кадров наблюдается уже при частоте 15…25 Гц. Однако, вплоть до частоты 70 Гц, большинство людей замечают лёгкое мерцание экрана, утомляющее глаза.

Рис. 2.84. Схемы формирования сигналов для чёрно-белых телевизоров/мониторов (начало):

а) формирователь четырёхуровневого телевизионного сигнала. Возможные состояния выходов MK: НИЗКИЙ/НИЗКИЙ (синхроуровень), НИЗКИЙ/ВЫСОКИЙ (уровень гашения и уровень чёрного); ВЫСОКИЙ/НИЗКИЙ (уровень серого); ВЫСОКИЙ/ВЫСОКИЙ (уровень белого). Сигналы подаются через разъём XS1 в телевизор с входным сопротивлением 75 Ом. Резистором R3 подстраивают яркость и устойчивость изображения. Вместо двух последовательных резисторов R2, R3 можно поставить один резистор на 910 Ом. Известен вариант схемы с прецизионными резисторами (точность±1%): Rx = 562 Ом; R2 = 1130 Ом; R3 заменяется перемычкой;

б) генерируя разные сигналы на линиях MK, можно получить: t/BbIX = 0 (синхроуровень),  вых = 9.3 В (уровень чёрного), 6 вых = 1 В (уровень белого). Встречаются два аналогичных варианта схемы: Rx = 390 Ом; R2 = 180 Ом; R3 = 180 Ом и Rx = 1 кОм; R2 = 390 Ом; R3 = 82 Ом;

в) аналогично Рис. 2.84, а, но с эмиттерным повторителем на транзисторе VT1, что облегчает нагрузку по току на выходы MK. Резисторы R2, R3 соединяются последовательно для более точной выдержки пропорции R1: (R2 + R$) = 1 : 2;

г) многоступенчатый градиентный видеосигнал формируется через ЦАП, собранный на резисторах R …R n (матрица «2R»). Синхроимпульсы добавляются к видеосигналу с нижнего выхода МК  через шунтирующий диод VD1\

д) ЦАП на резисторах R1…R3 формирует 8 «ступенек» по амплитуде, причём их может быть ещё больше, если переводить выходы MK в режим входа с Z-состоянием. Двухкаскадный усилитель на транзисторах VT1, VT2 обеспечивает устойчивую работу на низкоомную нагрузку и может применяться автономно в качестве разветвителя видеосигнала;

е) получение чёрно-белого телевизионного сигнала путём смешивания трёх цветных составляющих RGB в пропорции 43:91: 180 (Rx: R2: R3). На экране образуются 8 градаций яркости, т.е. шкала серого. Уровень синхроимпульсов регулируется резистором R4. Альтернативный вариант: Rx = 270 Ом; R2 = 560 Ом; R3 — 1.1 кОм; R4 = 560 Ом; R5 по схеме находится внутри телевизора;

ж) подключение монитора стандарта CGA с TTJI/КМОП-синхро входами «HSYN», «VSYN». Резистором R1 регулируется яркость изображения. Резисторы R2, R3 защищают MK в случае аварии монитора или замыкания в кабеле, а также устраняют выбросы на фронтах сигналов;

 Рис. 2.84. Схемы формирования сигналов для чёрно-белых телевизоров/мониторов

(окончание):

з) на транзисторах VT1, VT2 собран повторитель видеосигнала. MK может добавлять свои импульсы для формирования накладного текста. Чтобы текст на экране был неподвижен, на вход MK ещё должны поступать и анализироваться синхроимпульсы для привязки времени;

и) одновременное подключение монитора (XS1) и телевизора (XS2). Цветовые сигналы «R», «G», «В» запараллелены. С нижнего выхода MK генерируется смесь кадровых и строчных синхроимпульсов, а с верхнего — белый/чёрный уровни видеосигнала. Диоды VD1, К/Х2защитные;

к) разветвитель видеосигнала на двух половинках микросхемы DA1 фирмы Maxim/Dallas. Может применяться в качестве ВЧ-повторителя для других схем;

л) при НИЗКОМ уровне на выходе MK параллельно тракту подключаются резисторы R1, R2, что снижает амплитуду сигнала «Video» (яркость). Если моменты уменьшения яркости будут засинхронизированы от строчных/кадровых импульсов, то на экране можно сформировать полупрозрачный текст, логотип, геометрическую фигуру, цифру номера канала.

Рис. 2.85. Схемы формирования сигналов для  цветных телевизоров/мониторов (начало):

а) восемь оттенков цвета на VGA/SVGA-мониторе формируются с трёх верхних выходов MK. Частота строк 31 кГц (HSYN), частота кадров не менее 25 Гц (VSYN). Встречается вариант схемы с резисторами R] = R2 = R3 – 470 Ом; R4 = R5 = 100 Ом; R6 = R7 = Rs = 91 Ом; цепь GND разъёма XS1 подключается к контактам 5…8, 10; напряжение питания MK +3 В;

б) увеличение числа цветовых оттенков с 8 до 16 при помощи резисторов R5…R7, активизирующихся при ВЫСОКОМ уровне сигнала «Y». Тон цвета остаётся прежним, но изменяется насыщенность. Диоды FD/…РШ устраняют взаимовлияние между каналами «R», «G», «В»;

в) XP1 — это телевизионный разъём SCART, иначе называемый «Peritel», «Euroconnector», «Скарт». Сигнал «А» поступает на вход канала звука телевизора через делитель 1 : 10 на резисторах R1, R8. Цветной режим устанавливается ВЫСОКИМ уровнем сигнала «Z», иначе выводится чёрно-белая картинка. Сигнал «V» — это смесь кадровых и строчных синхроимпульсов;

г) сопряжение с аналоговым видео кодером типа MC1377 фирмы Motorola. Выходные сигналы «R», «G», «В» ослабляются делителями R1..R6. Конденсаторы C1…C3 устраняют постоянную составляющую. Сигнал «SYN» состоит из смеси строчных и кадровых синхроимпульсов;

 Рис. 2.85. Схемы формирования сигналов для цветных телевизоров/мониторов (окончание):

д) в каждом из трёх цветовых каналов R», «G», «В» формируются по четыре уровня амплитуды (по четыре цветовых оттенка) парами резисторов R1 и R2, R3 и R4, R5 и R6\

е) индикация наличия цветовых сигналов на светодиодном видео табло HL1…HL8\

ж) видеокодер DA1 применяется в игровой приставке «Sony PlayStation». Тактовая частота цветовой поднесущей 4.433 МГц стандарта PAL формируется от кварцевого генератора MK и поступает в DA1 через элементы R1, C4. Выходы «R», «G», «В» защищаются от статического электричества TVS-диодами VD1… VD3. Видеокодер может подключаться к телевизору не только через разъём ПЦТС «Video» или разъём с сигналами «R», «G», «В», «Video», но и по отдельным входам цветности «С» и яркости «Y», которые имеются в современных моделях телевизоров.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты