Hlavní stránka Produkty Kontakty

TV Display

je elektronický modul, pomocí kterého lze dosáhnout barevné neprokládané zobrazení na běžném TV přijímači. Modul se chová jako 150ns SRAM a zobrazuje obsah paměti, naplněné nadřízenou elektronikou. Modul se k TV přijímači připojuje pomocí kabelu, zakončeného konektorem SCART a ke zobrazení využívá signály RGB a CSYNC. Modul lze rozšířit o další modul převodníku na kompozitní videosignál, umožňující připojení TV přijímače pomocí AV vstupu. Modul TV displeje je schopen zobrazit grafiku v rozlišení 416 x 287 bodů ve 32768 barvách. Na běžném TV přijímači je pak viditelných přibližně 368 x 268 bodů a tento údaj se může lišit u každého TV přijímače. Bezpečně viditelně je pak na TV zobrazitelná oblast 320 x 240 bodů.

Aplikace

Zobrazní různých údajů na TV v grafické i textové podobě.

Zobrazení 3D nebo 2D mapy střeženého objektu na TV se zobrazením místa narušení atp.

Zobrazení teplot, stavu čidel a zařízení včetně grafů na TV.

Graficky oživené zobrazení údajů na TV.

Důvody k použití

V dnešní době je centrem domácí zábavy TV přijímač. S tímto zobrazovačem lze použít TV přijímač mimo sledování DVD a TV vysílání také ke zobrazení dalších údajů. Pouhým přepnutím TV přijímače lze sledovat další zobrazované údaje, které je možno oživit grafikou. Příkladem může být zobrazení venkovních teplot se zobrazením různě oblečené postavy a grafem průběhu teplot v posledních dnech.

Modul TV displeje není určen jako zobrazovací zařízení pro přehrávání DVD atp. a nemá ani sloužit jako zobrazovací adaptér pro PC. Jeho účelem je vytvořit rozhraní mezi digitálním zařízením a TV přijímačem a poskytovat při zobrazení na něm kvalitní grafické zobrazení. Takového zobrazení je možno na TV dosáhnout i za pomoci výstupu z grafické karty PC, ovšem s tím problémem, že trvale běžící PC má nezanedbatelnou spotřebu elektrické energie, může být hlučné a při spuštění vyžaduje určitý čas pro zavedení operačního systému. Při použití modulu TV displeje v kombinaci s moderním MCU lze dosáhnout pro stejnou aplikaci až 50x nižší spotřeby elektrické energie a bezproblémový trvalý chod zařízení s dlouhou životností bez výpadků funkce. V neposlední řade lze taková zařízení mnohem lépe zálohovat proti výpadkům elektrické energie, protože jejich spotřeba není velká.

Modul TV displeje lze také využít pro stavbu počítačů ve stylu dřívějších domácích a personálních počítačů a videoher. Naplnění jedné plné obrazovky ve viditelné oblasti daty obnáší okolo 200kB dat k přenosu do paměti modulu TV displeje. Je důležité tento údaj brát v potaz při konstrukci zařízení a zvolit k tomuto účelu vhodný MCU nebo CPU především podle požadavků na zobrazení, které souvisí s požadavky na rychlost změn obrazu a velikost části obrazu k provádění změn.

Modul

Elektrické vlastnosti

Napájecí napětí 4.75 až 5.25V, po dohodě je možno dodat verzi pro napájení 3.3V.

Odběr proudu z napájení do 200mA.

Digitální vstupy a výstupy 3.3V CMOS logika, vstupy 5V tolerant.

Výstupy R,G,B v úrovních 0 až 0.7V při zatížení 75R.

Výstup CSYNC v úrovních 0 až 0.3V při zatížení 75R.

Výstup SETRGB 2.9V při zatížení 75R.

Provozní teplotní rozsah 0 až +70°C, jiné teplotní rozsahy pouze po dohodě.

Skladovací teplotní rozsah -65 až +150°C.

Časování

Pro zápis do paměti modulu TV displeje je nutno dodržet časování zápisů. Časy delší než uvedené mohou být libovolně dlouhé. Uvedené údaje jsou předběžné, možná změna časování je vyhrazena.

Připojení TV přijímače

K připojení TV slouží 6-ti pinový zámkový konektor (PSH02-06P), do kterého se připojuje kabel, zakončený na druhém konci konektorem SCART. Pokud použitá TV nemá SCART konektor a nebo na něm namá vyvedeny RGB signály, lze na 6-ti pinový zámkový konektor připojit převodník na kompozitní vydeosinál a použít AV vstup TV (kompozitní videosignál). Tento převodník se dodává zvlášť a není součástí modulu TV displeje.

V uvedeném zapojení je možno vzájemně zaměnit signály RED, GREEN a BLUE, čímž lze dosáhnout záměny významu signálů D14 až D0 ohledně příslušnosti k barvám.

Připojení digitálního rozhraní

MLW40 je označení 40-ti vývodového konektoru, který je pro modul TV displeje použit pro datovou komunikaci. K propojení s nadřízeným systémem pak lze použít 40-ti žilový plochý kabel, zakončený samořeznými konektory, jak jej známe například z připojení HDD v PC na rozhraní IDE, lidově zvaný "kšanda k harddisku".

Signály A0 až A17 reprezentují adresovou sběrnici. Signály D0 až D15 sběrnici datovou. Signály /WE a /CE povolují zápis, pro zápis musí být oba tyto signály v nízké úrovni. Signál /ENABLE_SCR povoluje nízkou úrovní výstup videosignálu, ve vysoké úrovni je videosignál vypnut. Vypnutím videosignálu se rozumí R,G,B a CSYNC v 0V, signál SETRGB (RGB STATUS na SCART) napětí nemění. Výstup /OUT_SCR nízkou úrovní indikuje, že je aktuálně zobrazován některý z viditelných řádků obrazu při běžném obsahu paměti modulu TV displeje. /OUT_SCR indikuje přenos obsahu adres 0h až 23DFFh ke zobrazení.

Modul TV displeje není vybaven signálem /OE, do jeho paměti lze pouze zapisovat. Pokud si přejeme z jeho paměti i číst, je nutno externě připojit pamět SRAM s organizací 256k x 16b, její signály A17 až A0, D15 až D0 a signály /CE a /WE připojit paralelně k modulu TV displeje. Signál /OE této paměti zapojíme samostatně k nadřízenému systému. Ve výsledku pak aktivací signálu /OE nečteme paměť modulu TV displeje, ale k němu paralelně připojené paměti. Protože po připojení napájení musí být obsah paměti inicializován, budou po této inicializaci jak paměť modulu TV displeje, tak paralelně připojená paměť obsahovat stejná data a čtení paměti se bude jevit stejně, jako čtení paměti modulu TV displeje. Nároky na rychlost připojené paměti závisí čistě na požadavcích nadřízeného systému.

Modul TV displeje je vybaven 16bit datovou sběrnicí. Významy jednotlivých bitů jsou následující:

Významy barev příslušejícím k bitům lze zaměnit vzájemnou záměnou skupin signálů D14 až D10, D9 až D5, D4 až D0.

Práci celého modulu je možno si představit tak, že je stále dokola čtena 16b paměť v rozsahu adres 0h až 26FFFh. Bit 15 (D15) je po převodu úrovně používán jako CSYNC signál a ostatní bity jako RGB složky, každá po převodu ve 32 možných úrovních, což odpovídá zobrazení 32768 možných barev pro každý bod zvlášť. Čítání adres se provádí v intervalu 125ns. Pro videosignál v PAL je aktivní zobrazení po dobu 52us. Pro čas 125ns na bod to odpovídá 416 bodům na řádek a pro PAL zobrazovaným 287 řádkům. Běžné TV ale mají část obrazu mimo stínítko obrazovky a počet bodů na řádek viditelných na obrazovce, stejně jako počet řádků, je nižší. Ostatní vyplývá z níže uvedené mapy paměti.

Aby probíhalo zobrazení správně, je nutné po připojení napájení inicializovat paměť tak, aby bit 15 paměti v rozsahu adres 0h až 26FFFh obsahoval popis kompozitního videosignálu. Při zápisu dat pro zobrazení je pak potřeba dbát, aby bit 15 (D15) byl vždy v 1 (H, vysoké úrovni). Je vhodné po připojení napájení udržovat signál /ENABLE_SCR ve vysoké úrovni až do zinicializování paměti modulu TV displeje. Po inicializaci a povolení signálu /ENABLE_SCR nízkou úrovní započne zobrazování. Vyhneme se tím zobrazení neplatného obsahu paměti a chybné synchronizaci obrazu.

Modul TV displeje je vybaven 16b datovou sběrnicí, ale neznamená to, že nelze použít s datovými sběrnicemi s nižším počtem bitů. Datovou sběrnici o šířce 8b lze zapojit tak, že přiřadíme každé barvě z RGB pouze 2b a jeden bit signálu pro kompozitní synchronizaci. Barevná hloubka se tím ale sníží z původních 32768 barev na 64 barev.

Příklad zapojení pro 64 barev a 8bit sběrnici:

Obdobným způsobem lze zapojit i 4bit sběrnici, čímž se počet možných barev sníží na 8 (R,G,B po 1 bitu).

Další možností je použít záchytný registr například typu 74HC573 pro dolních nebo horních 8 bitů a zapisovat nejprve 8 bitů do tohoto obvodu a se zápisem druhých 8b do modulu TV displeje zároveň zapsat obsah záchytného registru. Tím se dosáhne zapsání celého 16b slova zároveň. Nevýhoda tohoto řešení spočívá v nutnosti každý bod zapisovat dvěmi zápisy.

Inicializace a mapa paměti

Protože čtení paměti probíhá stále dokola, je libovolné, kde vlastně začíná kompozitní synchronizace. Toto umožňuje uspořádání obrazových dat v paměti modulu TV displeje tak, že nultý zobrazovaný řádek (jeho aktivně zobrazovaná část) začíná na adrese 0h. Díky volbě časování 125ns na bod, odpovídá jednomu obrazovému řádku 512 adres. Z těchto 512ti adres je prvních 416 adres určeno aktivně zobrazovanému videosignálu.

Pokud bude modul TV displeje inicializován ohledně obsahu paměti jak je popsáno níže, odpovídá adresa A17 až A9 číslu řádku (souřadnice Y) 0 až 286. Adresa A8 až A0 pak odpovídá bodu na řádku (souřadnice X) v rozsahu 0 až 415.

Inicializaci (zápis prvotních hodnot) do paměti modulu je nutno provést po každém připojení napájení. Bez této inicializace nebude modul TV displeje schopen korektně generovat signál CSYNC a neumožní tak TV přijímači korektní zobrazení..

Při inicializaci je možno na adresách odpovídajících aktivně zobrazovanému videosignálu přímo zobrazit první požadovaný obraz. Hodnoty odpovídající zobrazovanému videosignálu je tedy možno rovnou zaplnit libovolným bitovým vzorkem ve tvaru 1XXXXXXXXXXXXXXXb (vyjádřeno binárně v pořadí bitů 15 až 0, signály D15 až D0), kde X je libovolnou hodnotou bitu.

Po připojení napájení je doporučeno inicializovat paměť modulu TV karty takto:

Paměť na adresách 27000h a výše není nijak využita a zápisy do tohoto adresního prostoru nemají žádný vliv na funkci modulu TV displeje.

Všechny zobrazované body aktivního videosignálu musí mít bit 15 (signál D15), tedy nejvýznamnější bit, v hodnotě 1.

Zobrazovaný bod s hodnotou bitu 15 v hodnotě 0 by narušil kompozitní synchronizaci (signál CSYNC) a bránil tak korektnímu zobrazení na TV.

Vyobrazení pod tímto textem má rozlišení 512x312 bodů. Pokud si jej představíte jako jednotlivé řádky jdoucí po sobě, kde jeden bod odpovídá času 125ns, získáte představu o průběhu signálu CSYNC a aktivitě RED, GREEN a BLUE sinálu. Modrá, rudá a bílá plocha reprezentuje aktivitu na signálech RED, BLUE a GREEN a signál CSYNC ve vysoké úrovni (0.3V na výstupu při zátěži 75R). Žlutá reprezentuje RED, GREEN a BLUE signály v 0V a signál CSYNC ve vysoké úrovni. Černá pak reprezentuje RED, GREEN a BLUE signály v 0V a CSYNC v nízké úrovni (0V).

Modrá, červená a bílá oblast jsou totožné, jsou zde rozlišeny pouze z důvodu, že modrá je celou plochou, kde se provádí aktivní zobrazování, rudá označuje viditelnou oblast na běžném TV přijímači a bílá jakousi bezpečnou oblast pro zobrazení důležitých (vždy viditelných) údajů o rozlišení 320x240 bodů. Bezpečné rozlišení v tomto materiálu neodpovídá žádnému standardu a je pouze výsledkem mých testů a zkušeností.

Toto zobrazení odpovídá inicializačním hodnotám v paměti modulu TV displeje. Černá odpovídá hodnotě 0, ostatní barvy pak 8000h (pro zobrazení čisté černé obrazovky). Přidělené barvy pro znázornění jsou zvoleny jen s ohledem na přehlednost obrázku a nemají s ničím jakékoli další souvislosti.

Popis a umístění zobrazení

Celý obrázek ohraničený modře je obsahem paměti TV displeje. Rudě označená oblast je běžně viditelná na stínítku. Oblast mezi rudou a černou nelze doporučit pro výpis důležitých údajů. Černě orámovanou oblast můžeme považovat za vždy viditelnou.

Z obrázku vyplývá, že okraje zobrazení lze použít pouze pro nedůležitá zobrazení, okraje pozadí, fotografií atp., která mohou být oříznuta aktuálním zobrazováním použitého TV přijímače. Pro zobrazování důležitých údajů lze použít střed zobrazení, kde bod se souřadnicemi 0,0 (vlevo nahoře) pro zobrazení 320 x 240 bodů je na pozici X=49, Y=23, tedy na adrese 2E31h.

Zobrazované body nejsou na TV obrazovce s poměry stran 4:3 přesnými čtverci. Odchylka od čtverců činí maximálně několik jednotek procent.

	Fotografie TV obrazovky pro ukázku zobrazované plochy. Rudé orámování odpovídá rudému orámování v obrázku znázorňujícím umístění zobrazení.
Na větším zobrazení je lépe patrné, že zobrazení rudých linek není zcela dokonalé - rudá linka se odchyluje od okrajů obrazovky. Chyba není způsobena modulem TV displeje, ale je chybou zobrazení použité televize. S takovýmito chybami se setkáte při zobrazení na TV běžně (speciálně u okrajů obrazovky) a je nutno s tím při návrhu zobrazení počítat.

Ukázky zobrazení

Zde zobrazené fotografie obrazovky jsou získané prohlížením webových stránek, zobrazené modulem TV displeje na běžném TV přijímači s CRT obrazovkou a vyfoceny digitálním fotoaparátem. V žádném připadě nejde o software samotný (jde o screenshoty uvedené na web stránkách), jehož výstupy jsou zde zobrazeny a uvedené fotografie slouží pouze pro posouzení vlastností TV displeje.

Některé obrázky nepokrývají celou plochu obrazovky a zde je ukázána jen část obrazovky se zobrazením. Týká se to obrázků, jejichž počet bodů je nižší, než jsou možnosti modulu TV displeje.

Zobrazení některých obrázků nemusí být kompletní, protože jejich počet bodů je vyšší a fotografie je pak fotografií celého stínítka obrazovky.

Rozlišení fotografií bylo sníženo pro účely co nejvhodnějšího zobrazení na web stránkách a velikost jednotlivých částí fotografií byla upravena na přibližně stejnou velikost. Bod na zde uvedených fotografiích neodpovídá bodu ve zobrazení modulu TV displeje.

Na některých fotografiích je patrný nepříznivý vliv digitálního zobrazení fotografií obrazovky. Zobrazení na TV je prosté těchto efektů a obraz je čistý.

Na některých fotografiích je také patrný přejezd paprsku vykreslujícího obraz. Tento jev je na TV obrazovce taktéž pouhým okem nepozorovatelný.

Nakliknutím některých fotografií (ne všech) se zobrazí neoříznutá fotografie ve vysokém rozlišení.

FAQ - časté (a očekávané) dotazy a odpovědi

Po připojení do SCART a naplnění daty nevidím obraz. Proč ?

Zkontrolujte, zda máte Váš TV přijímač přepnut na použitý vstup. Dále si ověřte, že na použitém SCART konektoru jsou vyvedeny vstupy RGB. Pokud má TV přijímač více SCART konektorů, zkuste použít jiný. Nepřítomnost RGB signálů na použitém SCART konektoru se projeví zobrazením černé obrazovky (je zasynchronizováno, ale chybí obraz z RGB vstupů). Dále zkontrolujte kabely, napájení a také zda nadřízený systém plní modul TV displeje korektními daty. V neposlední řadě zkontrolujte, zda signál /ENABLE_SCR je nastaven v nízké úrovni, povolující zobrazení.

Proč je zobrazení neprokládané a využívá pro zobrazení pouze 287 řádků ?

Při prokládaném zobrazení statického obrazu je už okem viditelné blikání obrazu na frekvenci 25Hz. Takové zobrazení je velice nepříjemné. Protože tento modul má zobrazovat i statické informace a výstupy digitálních zařízení, bylo by nežádoucí, aby obraz při zobrazení blikal a zdál se poskakujícím například při zobrazení písmen a čísel. Prokládané zobrazení je vhodné pouze pro dynamické zobrazování, jak jej známe z běžného TV vysílání. Neprokládané zobrazení neodpovídá plně PAL standardu, ale je běžnými TV přijímači akceptováno a využívají jej některé videohry a počítače s výstupem na TV.

Je možné tento modul použít místo PAL pro NTSC ?

Přímo nikoli, ale je možno jej při výrobě upravit (přeprogramovat) pro zobrazení v NTSC.

Jak mám vytvořit elektroniku pro použití s tímto modulem ?

Pokud si kladete tuto otázku, pak je lépe tuto část úlohy svěřit odborníkům, kteří si s touto otázkou poradí. Pro odborníka je pak podstatné, že se tento modul chová stejně, jako je tomu u statických asynchronních pamětí (SRAM) s tím, že do modulu se pouze zapisuje a zapsaná data reprezentují výsledné zobrazení.

Chci si postavit videohry a tak ušetřit. Je to s tímto modulem možné ?

Pro jeden kus a pokud Vás zajímá pouze výsledek a ne radost z vývoje takového zařízení, je výhodnější si koupit PC a nebo některou z herních konzolí.

Mohu vzájemně zaměnit signály /CE a /WE ?

Ano, jsou naprosto rovnocenné a pro zápis do modulu musí být oba zároveň v nízké úrovni. Zápis do modulu je ukončen (a data předána ke zobrazení) v okamžiku, kdy alespoň jeden ze signálů /CE a /WE přejde do vysoké úrovně.

Chtěl bych vytvořit podobnou aplikaci, kde se vložená data cyklicky opakují. Je možné upravit rozsah paměti pro výstup a případně nahradit DAC na výstupu jiným a nebo digitálním výstupem ?

Ano, lze na zakázku vyrobit obdobný modul s jiným časováním, jiným rozsahem paměti, jinou šířkou datové sběrnice, jinými výstupy atp.

Jde tento modul požít pro výstup z MCU na VGA monitor ?

Přímo tento modul nikoli, ale je možná jeho modifikace na zakázku a není vyloučeno, že se takový modul také časem objeví na těchto stránkách.

Nevyhovuje mi mapa paměti a rád bych měl pro zobrazení jen vnitřní oblasti obrazovky 320x240 bodů adresu bodu 0,0 na adrese 0. Lze to ?

Ano, pro tento účel stačí vhodně posunout adresy pro zápis inicializačních hodnot směrem dolů. Konkrétně o 2E31h adres. Všechny hodnoty na adresách nižších než 0h se přesouvají na konec paměti. Tímto posuvem se ale ztěžuje orientace ve zobrazení mimo hranice 320x240 bodů, například pro volbu barvy okolí uvedené plochy. Původní rozložení vychází z co možná nejsnažší orientace na ploše obrazovky vůči mapě paměti modulu.

Chtěl bych na obrazovce zobrazovat stav zabezpečení objektu, ale do použitého MCU se mi nevejde celý 3D obraz objektu. Co s tím ?

V první řadě si můžete vypomoci externí pamětí, například typu 45DB081B, kterou dodává GME. Možností je také vytvořit části obrazu a výsledný obraz z něj poskládat jako dlaždice, což je výhodné například pro pozadí. Další možností je obraz vykreslit jako úsečky - příkladem jako drátový model. Ukazatel pak lze zobrazovat do hotového obrázku jako malou bitmapu (například červenou tečku atp.), což obnáší malý objem dat a i při pomalé komunikaci pomocí MCU lze zobrazit poměrně rychle. Pokud se mění pouze části obrazu, lze si pro každou malou část připravit všechny varianty této části a pak je podle potřeby na příslušné místo zobrazovat.

Má tento modul možnost nějakého textového výstupu ?

Tento modul je čistě grafický a neumí nic jiného, než zobrazovat obsah dat ve své paměti jako barevné body. Pokud si přejeme zobrazovat text, je potřebné, aby nadřízený systém udržoval jednotlivé znaky jako části obrázku ve své paměti a jejich vkládáním na příslušné adresy paměti modulu TV displeje zobrazil konkrétní znak.

Mám ideu, jak tento modul využít, ale nedokážu si sám poradit s návrhem zapojení a nebo výrobou. Můžete mi pomoci ?

Ano, můžeme se dohodnout na vývoji a výrobě na zakázku, případně i na jiné formě spolupráce.

Chtěl bych více kusů a případně s tímto produktem dále obchodovat. Poskytnete mi množstevní slevu ?

Pochopitelně ano.

Chtěl bych použít toto zapojení jako součást svého výrobku. Je možno odkoupit kompletní dokumentaci nebo objednat vývoj podobné části přesně pro můj výrobek ?

Ano, i to je možné. Je to otázkou konkrétní dohody.

Cena

Modul TV displeje bez kabelů můžete objednat na dobírku a nebo v Praze po dohodě osobním odběrem za cenu

2.975,00 Kč včetně DPH.

Požadavek na dodání kabelů je nutno specifikovat zvlášť spolu s požadovanou délkou.

V případě dobírky jsou k ceně účtovány přiměřené náklady na dopravu.

E-mail pro dotazy a objednání je siliconbrain@siliconbrain.biz. V e-mailu prosím uvádějte buď konkrétní dotaz s uvedením tohoto výrobku, pište pokud možno stručně a pochopitelně, a nebo zašlete údaje který produkt(y) a adresu pro dodání dobírkou.

Vaše dotazy je možno řešit i telefonicky na telefonním čísle +420 728 409 801.

V případě zájmu je možno dojednat vývoj a výrobu podobných (ale i jiných) modulů, součástek a zařízení na zakázku.

Vyrábí a dodává Jiří Bezstarosti siliconbrain.

jiri@bezstarosti.cz