Generator telewizyjnego obrazu testowego PAL

Generator telewizyjnego obrazu testowego PAL

11
2/99
Generator telewizyjnego obrazu
testowego PAL
Du¿a popularnoœæ prezentowanego w PE 4/97 generatora serwisowego PAL zachêci³a nas do nieco odmiennego potraktowania
tematu i opracowania jego nowej wersji. Prezentowany tutaj generator w odró¿nieniu od jego poprzednika generuje tylko jeden
test – charakterystyczn¹ telewizyjn¹ tablicê kontroln¹, któr¹
wszyscy z pewnoœci¹ znaj¹ z „porannych przerw w programie”.
Tablica kontrolna PAL zawiera ona wszystkie elementy niezbêdne
do oceny jakoœci obrazu telewizyjnego. Dodatkowo, wzorem protoplasty, urz¹dzenie wyposa¿one zosta³o w generator 1 kHz s³u¿¹cy do sprawdzenia toru audio w telewizorze.
Budowa generatora
Na rysunku 1 przedstawiony zosta³
schemat blokowy urz¹dzenia. W konstrukcji generatora mo¿na wyró¿niæ zasadniczo dwa bloki funkcjonalne.
Pierwszym z nich jest generator sk³adowych koloru oraz impulsów synchronizacji pionowej i poziomej. W jego sk³ad
wchodzi generator 3,27 MHz (4 inwertery uk³adu US6), licznik adresu zrealizowa-
US1, US2
US3
ny na uk³adach liczników synchronicznych 74HC590A US1 i US2, pamiêæ
EPROM US3 oraz multiplekser US4 (patrz
rys. 2). Kluczow¹ rolê w funkcjonowaniu
urz¹dzenia spe³niaj¹ informacje zapisane
w pamiêci EPROM. Ich cykliczne odtwarzanie z du¿¹ czêstotliwoœci¹ pozwala na
generowanie sygna³ów sk³adowych koloru R, G, B oraz zespolonego sygna³u synchronizacji (impulsy synchronizacji poziomej i pionowej oraz impulsy wyrównaw-
US4
US5
R
LICZNIK
ADRESU
16
PAMIÊÆ
EPROM
8
MULTIPLEKSER
G
MODULATOR
PAL
B
SYNC
1/2 US6
GENERATOR
3,27 MHz
WY
VIDEO
1/2 US6
GENERATOR
1 kHz
WY
AUDIO
Rys. 1 Schemat blokowy generatora obrazu testowego PAL
cze). Za jego taktowanie odpowiedzialne
s¹ liczniki synchroniczne US1 i US2. Zastosowanie synchronicznych liczników do
generacji adresu by³o konieczne ze wzglêdu na du¿¹ czêstotliwoœæ pracy uk³adu
US3 (liczniki asynchroniczne wprowadza³yby zbyt du¿e opóŸnienia). Multiplekser
US4 jest odpowiedzialny za prze³¹czanie
Ÿród³a danych sygna³ów R, G, B i SYNCH.
Drugi z bloków jest odpowiedzialny
za tworzenie z sygna³ów podstawowych
R, G, B oraz zespolonej synchronizacji
(tzw. sandcastle) zespolonego sygna³u wizji w standardzie PAL. Do tego odpowiedzialnego zadania wykorzystywany jest
specjalizowany uk³ad MC 1377 oznaczony na schemacie jako US5. Uk³ad MC
1377 posiada wszystkie niezbêdne bloki
s³u¿¹ce do generowania wysokiej jakoœci
sygna³u wizyjnego. W jego strukturze zintegrowane zosta³y miêdzy innymi: w³asny
oscylator podnoœnej koloru, sterowany
napiêciem przesuwnik fazowy, dwa modulatory DSB z t³umieniem noœnej chrominancji, matryce wejœciowe RGB i uk³ady odtwarzania sk³adowej sta³ej wygaszania. Wykorzystanie specjalizowanego
uk³adu kodera PAL w znacznym stopniu
wp³ynê³o na uproszczenie konstrukcji
generatora.
Funkcjê generatora testowego sygna³u dŸwiêkowego o czêstotliwoœci 1 kHz
spe³niaj¹ 2 pozosta³e inwertery uk³adu
US6 pracuj¹ce w klasycznej aplikacji generatora astabilnego. Na wyjœciu zastosowano prosty filtr dolnoprzepustowy RC
t³umi¹cy stopniu wy¿sze harmoniczne
przebiegu prostok¹tnego.
Za dostarczanie napiêæ zasilaj¹cych
+12 V i +5 V odpowiedzialne s¹ odpowiednio stabilizatory US7 i US8. Zosta³y
po³¹czone w taki sposób, aby przenikanie
zak³óceñ z czêœci cyfrowej do analogowej
by³o jak najmniejsze.
Zasada dzia³ania
Jak wiemy jedna ramka obrazu telewizyjnego PAL trwa 20 ms. Pamiêæ
EPROM US3 ma pojemnoœæ 65536 bajtów (64 kB). Aby w pamiêci o pojemnoœci 64 kB zapisaæ informacjê o czasie
trwania równym 20 ms, nale¿y tak dobraæ czêstotliwoœæ próbkowania, ¿eby
czas odtwarzania ca³ej zawartoœci pamiêci by³ równy dok³adnie 20 ms. Zale¿noœæ
t¹ opisuje równanie:
12
3
1
C3
100n
C4
10mF
C2
C28
47n
C27
47n
C26
10mF
10
7
14
C25
100mF
+12V
C22
100mF
C21
100n
C20
220n
LM
78L12
R14 68W
US7
8
C19
220mF
~
+
~
–
RozdzielczoϾ obrazu w pionie w systemie
PAL nie zale¿y od pasma sygna³u wizji.
Liczba linii w pionie jest sta³a równa 625.
Z tych 625 linii czêœæ zosta³a przeznaczona na wygaszanie pionowe, czêœæ jest niewidoczna na ekranie – efektywna rozdzielczoœæ w pionie dla systemu PAL jest
wiêc równa oko³o 574 linie. Poniewa¿ generator testowy pracuje bez przeplotu
tzn. nie generuje pó³obrazów jego rozdzielczoœæ pionowa bêdzie równa po³owie tej rozdzielczoœci czyli 287 linii.
Na rysunku 3 przestawiony zosta³
wygl¹d generowanej tablicy kontrolnej
PAL. Jej rozdzielczoœæ jest równa
341 (H) × 287 (V) linii.
~ 14V
PR1
GB008
CCLR
10
CCKEN
CCK
11
12
RCK
13
US2
G
14
Przy takiej czêstotliwoœci taktowania pasmo sygna³u wizyjnego wynikaj¹ce
z twierdzenia o próbkowaniu (Kotielnikowa-Shannona) by³oby jednak zbyt w¹skie aby uzyskaæ zadowalaj¹cy rezultat
(fgen/2 = 1,6384 MHz). Poniewa¿ jednak
do generacji zespolonego sygna³u wizyjnego potrzebne s¹ tylko cztery sygna³y
(3 sk³adowe koloru R, G, B oraz synchronizacja), a pamiêæ typu 27C512 jest 8-bitowa, mo¿liwe by³o jej podzielenie na
dwie czterobitowe sekcje prze³¹czane za
pomoc¹ multipleksera US4. W ten sposób
mo¿liwe sta³o siê wykorzystanie wszystkich komórek pamiêci i przez to dwukrotne zwiêkszenie czêstotliwoœci próbkowania.
W ramach dalszej oszczêdnoœci pamiêci próbek, zdecydowano siê na generacjê obrazu bez przeplotu co wprawdzie
dwukrotnie zmniejsza rozdzielczoœæ obrazu w pionie, jednak do celów kontrolnych
jest zupe³nie wystarczaj¹ce.
Policzymy teraz rozdzielczoϾ generowanego obrazu.
RozdzielczoϾ obrazu w poziomie
mo¿emy policzyæ w sposób nastêpuj¹cy.
Jedna linia obrazu trwa 64 ms. Impuls
synchronizacji poziomej oraz sygna³ synchronizacji koloru BURST trwaj¹ w sumie
oko³o 12 ms (jest to czas przeznaczony na
wygaszanie poziome). Na ekranie widoczne s¹ wiêc 52 ms. Przy czêstotliwoœci
próbkowania rów-nej 6,5536 MHz
(3,2768 [MHz] · 2) daje to:
C24
100n
C23
220mF
Q1
LM
78L05
74LS04
US8
B
3
2
A
1
74HC590A
A15
QH
RCO
QG
QF
QE
9
7
A13
5
A14
A12
4
6
US3
27C512-100
A11
3
QD
3,27MHz
4 13
C
4/ US6
6
12 11
D
+5V
R2 330W
R1 330W
14
C1
100n
22
A15
A14
1
A15
A9
A10
1
2
QB
QC
QA
A8
A14
27
A13
16
8
CCLR
10
CCK
11
RCK
CCKEN
12
13
G
14
15
2
26
A10
23
A11
A12
A11
21
A10
A9
24
A9
A8
25
A8
9
RCO
QH
QG
5
QF
3
4
QE
QD
QC
2
US1
G/Vpp
E
20
1A
2
19
DQ8
A7
3
A7
A7
7
A13
SYNCH
4
1B
3
18
DQ7
A6
4
A6
A6
6
A12
B
2A
5
A5
A5
5
A5
DQ6
17
2B
6
3A
11
DQ5
16
A3
A4
6
7
A3
A4
A4
A3
A2
8
A2
A2
DQ4
15
3B
10
DQ3
14
13
4A
13
12
DQ2
A1
A0
A1
A1
10
A0
A0
1
QB
QA
15
9
DQ1
11
4B
8
US4
74HC157
A/B
G
G
12
4Y
1Y
R
9
3Y
2Y
P1
1k
7
C5
10mF P2
1k
16
28
16
C29
47n
220n
8
9
+5V
C6
10mF P3
1k
P5
4,7k
5
E
6
R3 1,5k
2/ US6
6
C10
10n
R7
1k
74LS04
F
R10
100W
R8
10k
R11
100W
R4
3,3k
R13
220W
R12
20W
AUDIO
VIDEO
T1
BC547B
G1
SCART
C13
100n
+12V
2
C18
6/25p
C16
220p
C11
1n
CR IN
R9 2,2k
CLAMP
11
10
13
9
14
12
CLAMP
WGS
Y IN CR
Vcc
OUT
GND
Y OUT
CLAMP
7
8
16
15
6
17
OSC
VDC
B
5
15
G
4
1
18
OSC
R
19
2
3
CS
C STOR
SYST
MC1377
C7
10mF
R6
2,2k
+5V
1
C8
1n
BP
US5
R5
39k
P4
47k
20
C12
100n
+12V
C14 22n
C9
47n
Q2
4,43
MHz
C15
220p
C17
10n
2/99
Pos³ugiwanie siê obrazem
testowym
Rys. 2 Schemat ideowy generatora obrazu testowego PAL
Tablica kontrolna PAL zosta³a opracowana w taki sposób, aby za jej pomoc¹
13
2/99
Rys. 3 Wygl¹d generowanej tablicy
kontrolnej
mo¿liwa by³a subiektywna ocena jakoœci
kolorowego obrazu telewizyjnego. Jej
elementy sk³adowe zosta³y tak dobrane
i rozmieszczone, ¿e pos³uguj¹c siê tylko
jednym testem mo¿na oceniæ i wyregulowaæ wszystkie najwa¿niejsze parametry obrazu.
Do oceny zniekszta³ceñ geometrycznych najbardziej przydatnym elemen-
raj¹cych paski o coraz wiêkszym zagêszczeniu, odpowiadaj¹ce kolejno czêstotliwoœciom sygna³u: 0,82 MHz, 1,64 MHz,
2,18 MHz 3,28 MHz, w ostatnim kwadracie bia³e paski zosta³y umieszczone
co trzeci¹ liniê.
Obszarem przeznaczonym do oceny
jakoœci obrazu kolorowego jest szeœæ kolorowych kwadratów, które odpowiadaj¹ nasyconym barwom o 75% amplitudzie. Barwy zosta³y uszeregowane wed³ug malej¹cej luminancji. Za pomoc¹
tych kwadratów ocenia siê prawid³owoœæ dekodowania i matrycowania
w odtwarzanym obrazie – kwadraty powinny mieæ barwy zgodne z przedstawionymi na rysunku 3 a ich jaskrawoœæ
powinna zmieniaæ siê w sposób monotoniczny. Granice pomiêdzy poszczególnymi kwadratami powinny byæ wyraŸne
i pojedyncze, bez ciemnych lub jasnych
obwódek i bez zmiany zabarwienia.
tem testu jest ko³o, w które zosta³o wpisane wiêkszoœæ pozosta³ych testów. Ko³o
o idealnym kszta³cie œwiadczy o poprawnie ustawionej geometrii obrazu.
Geometriê obrazu w rogach ekranu
mo¿na równie¿ sprawdziæ przy pomocy
kraty. Za pomoc¹ kraty mo¿na równie¿
sprawdziæ zniekszta³cenia poduszkowe.
Do regulacji po³o¿enia obrazu pomocny
jest krzy¿ umieszczony w centralnej czêœci testu.
Obraz przecinaj¹cych siê linii poziomych i pionowych kraty – poza ocen¹
zniekszta³ceñ geometrycznych – umo¿liwia równie¿ ocenê zbie¿noœci. W przypadku dobrej zbie¿noœci linie pionowe
i poziome s¹ bia³e. Zabarwienie brzegów linii lub pojawienie siê dwu lub
wiêcej linii kolorowych w miejsce linii
bia³ej œwiadczy o braku zbie¿noœci.
Do oceny rozdzielczoœci w kierunku
poziomym s³u¿y piêæ kwadratów, zawie-
ARTKELE
441
C28
US3
P1
P2
P3
C5
C6
R5
27C512-100
C11
C23
US8
R4
C1
C4
R3
C
24
R10
74LS04
Q1
US7
R14
US6
Q2
C
15
C13
C12
GND
AUDIO
VIDEO
R13
R12
G1
C3
ARTKELE 441
Rys. 4 P.³ytka drukowana i rozmieszczenie elementów
C18
R9
R8
T1
C16
C14
C10
R11
C25
C21 C22
C17
R7
US4
C2
R2
C29
ELEKTRA
144
P4
R6
C27
~
+
–
~
C26
R1
74HC590A
PR1
74HC157
74HC590A
C19 C20
~ 14V
C8
MC1377
US1
US2
C7
14
W najwiêkszym stopniu dotyczy to
przejœcia pomiêdzy kwadratem zielonym a purpurowym w centralnej czêœci
obrazu gdy¿ nastêpuje gwa³towna zmiana wszystkich sk³adowych koloru.
Drugim obszarem przeznaczonym
do oceny jakoœci obrazu kolorowego jest
dolny wycinek ko³a – zawieraj¹cy czerwony pionowy prostok¹t w ¿ó³tym otoczeniu. Przy przejœciu z obszaru ¿ó³tego
do czerwonego i odwrotnie wystêpuj¹
wzglêdnie du¿e zmiany zarówno sygna³ów ró¿nicowych chrominancji R-Y i B-Y,
jak i toru luminancji Y. W przypadku dobrego zestrojenia torów chrominancji
i luminancji oraz ca³kowitej zgodnoœci
czasowej tych sygna³ów, przejœcia miêdzy tymi barwami w odtwarzanym
obrazie s¹ czyste i wyraŸne, a pola
barwne stykaj¹ siê bezpoœrednio ze sob¹. W przypadku niezgodnoœci czasowej
sygna³ów luminancji Y i ró¿nicowych
koloru R-Y i B-Y, z jednej strony obszaru
czerwonego barwy jak gdyby zachodz¹
na siebie, a z drugiej strony powstaje
miêdzy nimi ciemna przerwa.
Konstrukcja mechaniczna
i uruchomienie
Pod uk³ad US3 nale¿y zastosowaæ
podstawkê. Uk³ad US6 powinien byæ typu LS, S, AS w przeciwnym przypadku
mog¹ wyst¹piæ problemy ze wzbudzaniem generatora 3,27 MHz.
W uruchamianiu przydatny bêdzie
oscyloskop. Pozwoli on na dok³adne zestrojenie generatora. Posiadanie oscyloskopu nie jest jednak niezbêdne, gdy¿
wszystkie regulacje mo¿na bêdzie przeprowadziæ „na oko”, obserwuj¹c generowany obraz testowy na ekranie telewizora. W pierwszej kolejnoœci opiszemy sposób regulacji w sytuacji gdy nie
dysponujemy oscyloskopem.
Przed w³¹czeniem zasilania suwaki
potencjometrów P1¸P3 ustawiamy w ¼
obrotu od +5 V (patrz¹c od krawêdzi
p³ytki - bli¿ej lewego skrajnego po³o¿enia), natomiast potencjometry P4 i P5
ustawiamy w pozycji œrodkowej. Po
pod³¹czeniu generatora do wejœcia video w telewizorze i w³¹czeniu zasilania,
na ekranie powinien pojawiæ siê obraz
testowy. Mo¿e on jednak byæ pozbawiony koloru. Je¿eli odbiornik TV nie mo¿e
zsynchronizowaæ siê z sygna³em z generatora, to potencjometrem P5 regulujemy amplitudê zespolonego sygna³u wizyjnego na odpowiedni¹ wartoœæ.
2/99
Po uzyskaniu stabilnego obrazu staramy siê doprowadziæ do pojawienia siê koloru na ekranie telewizora. W tym celu
zmieniamy ustawienie potencjometru P4
(s³u¿y on do regulacji po³o¿enia sygna³u
BURST). Je¿eli w ca³ym zakresie regulacji
P4 nie udaje nam siê uzyskaæ koloru,
wówczas musimy skorygowaæ czêstotliwoœæ sygna³u BURST. Dokonujemy tego
trymerem C18. Zmieniamy nieco jego po³o¿enie i powtarzamy regulacjê potencjometrem P4. Je¿eli kolor pojawia siê
w pewnym zakresie regulacji, to potencjometr ustawiamy w œrodku tego zakresu.
Na koniec mo¿na jeszcze zmieniæ ustawienie trymera C18 tak, aby uzyskaæ najlepszy obraz. Równowagê sk³adowych koloru
R, G, B mo¿na skorygowaæ odpowiednio
potencjometrami P1¸P3.
Brak koloru mo¿e byæ spowodowany
zastosowaniem rezonatora kwarcowego
Q2 o zbyt du¿ej tolerancji czêstotliwoœci
lub uszkodzeniem któregoœ z elementów
biernych w otoczeniu uk³adu US5.
Precyzyjne zestrojenie generatora jest
mo¿liwe tylko przy u¿yciu oscyloskopu. Pos³uguj¹c siê nim, w pierwszej kolejnoœci, na
wejœciach R, G, B uk³adu US5 (nó¿ki nr 3,
4, 5) ustawiamy odpowiednio potencjometrami P1, P2, P3 amplitudê sk³adowej
zmiennej na poziomie 0,9 Vpp. Nastêpnie
obserwuj¹c zespolony sygna³ wizyjny ustawiamy potencjometrem P4 odpowiednie
po³o¿enie sygna³u BURST. Impuls synchronizacji koloru – BURST powinien zaczynaæ
siê 5,5 ms po opadaj¹cym zboczu synchronizacji poziomej. Amplitudê zespolonego
sygna³u wizyjnego regulujemy potencjometrem P5 na wartoœæ oko³o 1,5 Vpp. Na
koniec regulujemy czêstotliwoœæ sygna³u
BURST zmieniaj¹c po³o¿enie trymera C18.
Efekt regulacji mo¿emy podobnie jak
w poprzednim przypadku obserwowaæ na
ekranie telewizora lub po do³¹czeniu precyzyjnego miernika czêstotliwoœci ustawiamy czêstotliwoœæ 4433619 Hz.
Na koniec jeszcze jedna praktyczna
wskazówka. Generator mo¿na w prosty
sposób wyposa¿yæ w wy³¹cznik koloru wykorzystuj¹c w tym celu wyprowadzenie nr
20 uk³adu US5. Zwarcie tego wyprowadzenia z mas¹ spowoduje przejœcie kodera
koloru w tryb NTSC, co objawi siê brakiem
koloru na ekranie telewizora pracuj¹cego
w standardzie PAL.
P³ytki drukowane wysy³ane s¹ za zaliczeniem pocztowym. P³ytki i zaprogramowane uk³ady EPROM 27C512-100 z dopiskiem OBRAZ mo¿na zamawiaæ w redakcji PE.
Wykaz elementów
Pó³przewodniki
US1, US2 – 74HC590A
US3
– pamiêæ EPROM 27C512-100
US4
US5
z programem „OBRAZ”
– 74HC157
– MC 1377
US6
US7
US8
– 74LS04, 74AS04
– 78L12
– 78L05
T1
PR1
– BC 547B
– mostek prostowniczy GB 008
Rezystory
R12
R14
– 20 W/0,125 W
– 68 W/0,25 W
R10, R11 – 100 W/0,125 W
R13
– 220 W/0,125 W
R1, R2
– 330 W/0,125 W
R7
R3
R6, R9
R4
R8
R5
P1÷P3
P5
P4
–
–
–
–
–
–
–
–
–
1 kW/0,125 W
1,5 kW/0,125 W
2,2 kW/0,125 W
3,3 kW/0,125 W
10 kW/0,125 W
39 kW/0,125 W
1 kW TVP 1231
4,7 kW TVP 1231
47 kW TVP 1231
Kondensatory
C18
C15, C16
C8, C11
C10, C17
C14
C9,
C27÷C29
C1, C3,
–
–
–
–
–
trymer 6/25 pF
220 pF/50 V ceramiczny
1 nF/25 V KSF–020–ZM
10 nF KSF–020–ZM
22 nF/50 V ceramiczny
C12, C13
C21
C2
– 100 nF/63 V MKSE–20
– 100 nF/50 V ceramiczny
– 220 nF/63 V MKSE–20
C20
C4÷C7
C26
C22, C25
– 220 nF/50 V ceramiczny
– 10 mF/16 V
– 10 mF/16 V tantalowy
– 100 mF/16 V
C19, C23
– 220 mF/16 V
– 47 nF/50 V ceramiczny
Inne
Q1
– rezonator kwarcowy
3,276800 MHz
Q2
– rezonator kwarcowy
4,433619 MHz
p³ytka drukowana numer 441
Cena: p³ytka numer 441 - 7,35 z³
27C512-100 OBRAZ - 25,00 z³
+ koszty wysy³ki.
à Mgr in¿. Tomasz Kwiatkowski