Ein Bildgenerator für die Bildröhreneinheiten

alles was sich auf einzelne Teile bezieht

Moderator: suntri

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JeanLuc7
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Ein Bildgenerator für die Bildröhreneinheiten

Beitrag von JeanLuc7 » 14.03.2018, 13:38

Salut Bastelfreunde,

Inzwischen haben wir neben den Original-Bildröhreneinheiten auch die neue, universelle Variante, und davon stehen hier inzwischen vier Stück herum - Grund genug, für eine ausreichende Zahl Bildquellen zu sorgen. Ich habe die kalten Tage genutzt zum Entwurf und Bau einer Schaltung, die eine zusätzliche Bildquelle bereitstellen wird: das BRE-Bildgeneratormodul.
BRE-Bildgeneratormodul.JPG
BRE-Bildgeneratormodul.JPG (302.35 KiB) 540 mal betrachtet
BRE-Bildgeneratormodul.JPG
BRE-Bildgeneratormodul.JPG (302.35 KiB) 540 mal betrachtet
Die Vorgeschichte
Zunächst ein paar Worte zur Historie: ich habe ein solches Modul schon 1983 einmal gebaut, damals mit bescheidenen Mitteln aus zwei SN7490-Zählern und zwei ziemlich nicht linearen Sägezahngeneratoren, die ein Bild mit 100 Zeilen auf die EE2007-BRE brachten. Heute würde diese Schaltung meinen Ansprüchen allerdings nicht mehr genügen.

Dann war da das EE3023-Videomodul, das man an den heimischen TV, aber auch an die Fernseher aus dem EE2008 oder dem Schuco-6205F-Labor anschließen konnte – mit erheblichem Materialaufwand, weil man wegen der Antennenverbindung ein komplettes Tunerteil samt ZF-Aufbereitung dazu brauchte und zudem auch noch eine bescheidene Bildqualität bekam.

Vor sechs Jahren (2012) habe ich einmal dieses Videomodul in einer Variante für VGA-Monitore gebaut. Das funktionierte recht gut, insbesondere wegen der Farbe, die da ins Spiel kam. Das Bild zeigt dieses Modul im Betrieb an einem kleinen 5“-TFT-Bildschirm. Ich hatte später sogar mal eine farbige Variante für Composite-Video dieses Moduls geplant, aber der Prototyp wollte nicht so recht und landete im Müll (vielleicht aber nicht für immer...)
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VGA-Modul I.JPG (179.94 KiB) 540 mal betrachtet
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VGA-Modul-Spiel.JPG (211.05 KiB) 540 mal betrachtet
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Videomodul_Farbe.JPG (155.53 KiB) 540 mal betrachtet
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Dann baute ich eine Schaltung, die den Bildröhreneinheiten neue Eingänge verschaffen sollte - Composite Video und VGA waren vorgesehen. Allerdings war, wie Ihr unten sehen könnt, die Bildqualität noch recht bescheiden, insbesondere an der Linearität mangelte es. Ein Teil dieser ursprünglichen Schaltung bestand auch aus einer Umsetzung des Videomoduls aus dem EE3023 mit seinen Aus- und Eingängen – hier natürlich ohne den Umweg über Tuner und Bild-ZF-Einheit. Teile dieser Schaltung wanderten dann in das PAL-Modul der universellen Bildröhreneinheit - dort in einer deutlich lineareren Variante, so dass man Testbilder wirklich anschauen mochte, allerdings ohne den Videomodulteil.
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BRE-Modul Testbild.JPG (125.02 KiB) 540 mal betrachtet
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Prototyp Frontseite.JPG
Prototyp Frontseite.JPG (202.73 KiB) 540 mal betrachtet
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Und hier kommt es nun...
Es lag nun also nahe, beide Projekte miteinander zu verbinden, und nach der zweiten Iteration ist nun ein Videomodul für die Bildröhreneinheiten fertig. Es verbindet die Funktionen des EE3023-Moduls mit einem selbsterzeugten Videoraster, so dass darauf dann Bildelemente dargestellt werden können. Die angehängten Fotos zeigen eine Aufschaltung der diversen Ausgänge Q1 bis Q8 des Videomoduls auf den Videoeingang. Diese Ausgänge führen jeweils bild- oder zeilensynchrone, aber höherfrequente Signale, so dass das Bild abwechselnd hell oder dunkel getastet wird.
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BRE-Bildgeneratormodul.JPG (302.35 KiB) 540 mal betrachtet
BRE-Bildgeneratormodul.JPG
BRE-Bildgeneratormodul.JPG (302.35 KiB) 540 mal betrachtet

Nun geht es daran, die Funktionen mit Leben zu erfüllen. Mein nächstes Ziel ist ein „Space Invaders“ auf der Bildröhre – das ist das Spiel, bei dem oben Raumschiffe vorbeifliegen und kleine Bomben fallen lassen, die man dann abfangen muss. Und da das mit Sound mehr Spaß macht, habe ich noch eine uralte Platine ausgegraben, der man Synthesizer-Töne entlocken kann – die soll auch mit in die Schaltung integriert werden.

Die für die Fotos benutzte Bildröhre hat ein Problem mit der Beschichtung, deshalb ist an einigen Stellen das Bild heller bzw. dunkler. Das eigentliche Bildraster ist linear. Zur Schaltungsbeschreibung siehe nächster Eintrag.
Horizontal_250kHz.JPG
Horizontal_250kHz.JPG (257.54 KiB) 540 mal betrachtet
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Es grüßt herzlich
Frank/JL7

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Schaltungsbeschreibung

Beitrag von JeanLuc7 » 14.03.2018, 13:51

Die Schaltung ist nicht sonderlich komplex, weil sie auf Mikrocontroller setzt. Die ersten beiden Prototypen nutzen noch CMOS-ICs (4060/4040), um die Taktsignale zu erzeugen. Vorgesehen war dabei auch, die Sägezahne für die Horizontal- und Vertikalablenkung per Widerstandsnetzwerk zu erzeugen. Das klappt auch – allerdings sind die Taktflanken der CMOS-Bausteine eben doch nicht ganz so scharf wie nötig, so dass das Signal insgesamt zwar linear ist, aber ein paar Höcker aufweist, die man dann im Bild als helle Zeilen oder Spalten sehen kann. Hier ein Foto des zweiten Prototypen.
BRE-Bildgeneratormodul Prototyp.JPG
BRE-Bildgeneratormodul Prototyp.JPG (337.96 KiB) 535 mal betrachtet
BRE-Bildgeneratormodul Prototyp.JPG
BRE-Bildgeneratormodul Prototyp.JPG (337.96 KiB) 535 mal betrachtet
Alle wichtigen Signale werden im großen Mikrocontroller (ATMega328P) erzeugt. Das sind die höherfrequenten zeilensynchronen Signale (Q1 bis Q4), die Ausgänge für Synchronsignale (HS, VS), das Austastsignal und die Ansteuerung des vertikalen Sägenzahngenerators, für den ich einen D/A-Wandler (MCP4911) benutzt habe, wie er bereits im PAL-Modul zum Einsatz kommt. Das horizontale Sägezahnsignal wird auf konventionelle Weise über einen Kondensator und eine Konstantstromquelle gewonnen; der µC dient hier nur als Taktgeber für den Rücklauf.
Horizontal_125kHz.JPG
Horizontal_125kHz.JPG (233.98 KiB) 536 mal betrachtet
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Die Endverstärker sind aus OpAmps (NE5532) aufgebaut und weitestgehend identisch. Ein lösbares Problem erzeugt dabei die Spannungsversorgung. OpAmps mögen es gerne dual, also muss man ein wenig tricksen, indem die Eingänge E+ auf ein positives Potenzial gelegt werden. Die Spannungsteiler sind dabei so gewählt, dass die OpAmps die Eingangssignale möglichst verzerrungs- und anschlagsfrei verstärken.

Die Rückläufe der Sägezähne sollten möglichst nicht zu sehen sein, und hier gehen die verschiedenen Bildröhreneinheiten unterschiedliche Wege. Philips EE2007 besitzt einen echten Austasteingang, und der wird in dieser Schaltung auch direkt bedient. Schuco 6105E fehlt ein solcher Eingang, daher muss man das Austastsignal dem Bildsignal beimischen. Das gleiche gilt für die universelle Bildröhreneinheit. Damit alle drei korrekt bedient werden können, sind auf dem Modul Jumper vorgesehen; damit kann einerseits das Austastsignal in negativer oder positiver Variante dem Bild zugemischt werden. Zum anderen kann das Bildsignal auch invertiert werden – die Videoeingänge der BRE von Philips und Schuco funktionieren hier nämlich genau umgekehrt.

Die Videoeingänge sind schnell erklärt. Es gibt drei digitale, die auf einem CD4072 ODER-verknüpft werden. Alles, was hier eingemischt wird, erscheint gemeinsam auf dem Bildschirm. Ein weiterer Eingang ist direkt mit dem Videoteil verbunden; hier können auch Helligkeitsvarianten eingespeist werden. Ein Kontrastregler erlaubt die Regulierung des Unterschieds zwischen Schwarz und Weiß.

Bleibt zuletzt der kleine Mikrocontroller ATTiny26. Er ist verantwortlich für die bildsynchronen Signale – dafür hat der große Controller keine Zeit mehr. Er erzeugt also die Signale Q5-Q8.
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Vertikal_120Hz.JPG (173.96 KiB) 536 mal betrachtet
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Vertikal_120Hz.JPG (173.96 KiB) 536 mal betrachtet
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Verikal_240Hz.JPG (196.61 KiB) 536 mal betrachtet
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Verikal_240Hz.JPG (196.61 KiB) 536 mal betrachtet
Zusätzlich hat das Modul vier weitere Ausgänge, WL, WR, WO und WU. Diese Ausgänge sind eingeschaltet, wenn das Bild links und oben beginnt bzw. wenn es rechts und unten endet. Auf diese Weise kann man schnell und einfach feststellen, ob ein Objekt am Rand angekommen ist. Man kann das auch diskret aufbauen, aber die µCs haben genug Ausgänge und können daher diese Signale ohne Zusatzaufwand bereitstellen.

Ein Anschluss an die BRE erfolgt über einen achtpoligen Stecker. Dessen acht Pins sind nicht zufällig verdrahtet, sondern folgen exakt der EE2007-BRE. Pin 3 liefert dabei den Pluspol. Zwar arbeitet die BRE auch mit +9V, aber wer die spezifizierten 12V einspeisen möchte, kann das tun – dann wird der 9V-Jumper entfernt, und Pin 3 ist isoliert.

Das Schaltbild hängt an in einem mehrseitigen PDF.
Dateianhänge
BRE_Bildgenerator_Schaltbild.pdf
(147.72 KiB) 12-mal heruntergeladen
BRE_Bildgenerator_Schaltbild.pdf
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Zuletzt geändert von JeanLuc7 am 14.03.2018, 14:05, insgesamt 1-mal geändert.

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Einiges zur Signalaufbereitung

Beitrag von JeanLuc7 » 14.03.2018, 13:55

Die Signale sind nicht TV-, sondern VGA-kompatibel. Das Modul arbeitet also mit 31,4 kHz Zeilen- und 60Hz Bildfrequenz und ca. 480 sichtbaren Zeilen. Hintergrund war, dass ich bereits ein paar Bausteine für kleine Bildelemente in der Schublade habe, die auf die VGA-Timings optimiert sind. Die µCs könnten aber auch TV-Signale ausgeben mit 15625 Hz Zeilen- und 50Hz Bildfrequenz; lediglich ein paar Timing-Konstanten müssten angepasst werden. Allerdings ist ein Anschluss an einen Monitor ohnehin nicht vorgesehen, und außer den BRE kenne ich keine Displays, die Sägezahnsignale erwarten. Mit VGA kommen die BRE aber noch gut zurecht.
Layout.png
Layout.png (666.15 KiB) 536 mal betrachtet
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Das Layout ist nachbausicher gestaltet, und es sind auch keine Abgleicharbeiten erforderlich. Der gesamte Videoteil kommt ohne Kondensatoren aus, so dass langsame Bildsignale ebenso gut verarbeitet werden wie schnelle - das war seinerzeit beim VGA-Modul noch ein deutlich sichtbarer Nachteil. Die wenigen Kondensatoren dienen hauptsächlich der Pufferung. Lediglich der 1,5nF-Kondensator hat zentrale Bedeutung - an ihm wird der horizontale Sägezahn erzeugt.

Wichtiger als die Fernseh- oder VGA-Norm sind die bild- und zeilensynchronen Signale an Q1 bis Q8. Diese sind in beiden Fällen nicht symmetrisch aufgebaut – sie pausieren nämlich beim Rücklauf des Strahls. Stattdessen sind sie nur während des sichtbaren Bildes getaktet. Das führt dazu, dass man bei Q1 (250 kHz) und Q5 (480 Hz) tatsächlich acht Hell-Dunkel-Wechsel sieht und nicht nur sechs wie beim Original-Videomodul. Ich fand, das sieht gefälliger aus, und für die µC ist es ein Einfaches, solche Signale zu erzeugen.
Vertikal_480Hz.JPG
Vertikal_480Hz.JPG (193.18 KiB) 536 mal betrachtet
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Falls sich jemand über die Pinfarben des Moduls wundert: Rot sind Eingänge, Blau sind Ausgänge. Grün sind die zusätzlichen Ausgänge für die Begrenzung am Bildrand – im Gegensatz zu den anderen Ausgängen sieht man nichts, wenn man diese Ausgänge an den Videoeingang anschließt.

Wie bereits erwähnt: Die für die Fotos benutzte Bildröhre hat ein Problem mit der Beschichtung, deshalb ist an einigen Stellen das Bild heller bzw. dunkler. Das eigentliche Raster ist überall gleich hell bzw. dunkel. Das Testbild stammt natürlich nicht vom BRE-Bildgenerator, es dient nur zur Demonstration der Bildqualität (die im Fernsehmodus ebenso fleckig ist).
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Testbild_Röhre.JPG (236.05 KiB) 536 mal betrachtet
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Frankje
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Re: Ein Bildgenerator für die Bildröhreneinheiten

Beitrag von Frankje » 15.03.2018, 07:25

Hello,
Great to see that analogue television still finds a place in this digital area.
You did a marvelous and comprehensive job to publish this useful circuit to the world.
For more than 30 years I've been repairing televisions and audio and a signal generator for these were very handy to align picture deflection corrections.
Unfortunately I don't have a EE2007 in my possession 😕
Great job !
Greetings

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Re: Ein Bildgenerator für die Bildröhreneinheiten

Beitrag von pingi66 » 16.03.2018, 21:02

Hallo Frank,
JeanLuc7 hat geschrieben:
14.03.2018, 13:55
Mein nächstes Ziel ist ein „Space Invaders“ auf der Bildröhre – das ist das Spiel, bei dem oben Raumschiffe vorbeifliegen und kleine Bomben fallen lassen, die man dann abfangen muss.
Wahnsinn! Um ganz ehrlich zu sein, finde ich schon Deinen Bildgenerator, der ein paar Streifen auf den Bildschirm zaubert, für die Ansprüche eines Baukastenforums nobelpreisverdächtig. Aber dem Bildschirm mit einem selbt entwickelten Videospiel auch noch Leben einzuhauchen, das ist der Hammer. Bei der Umsetzung wünsche ich Dir viel Spaß und Erfolg!

Eine Frage muss ich aber noch los werden: Das ist schon das wasweißichwievielte Projekt, das Du hier im Forum vorstellst. Kommst Du eigentlich zwischen Deinen Projekten noch dazu, feste Nahrung aufzunehmen? :lol:

Beste Grüße
Sven

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Re: Ein Bildgenerator für die Bildröhreneinheiten

Beitrag von JeanLuc7 » 17.03.2018, 13:30

Salut Sven,
Kommst Du eigentlich zwischen Deinen Projekten noch dazu, feste Nahrung aufzunehmen?
Leider viel zu oft, wenn ich meiner Waage trauen darf :lol:

Aber im Ernst: so viel ist das gar nicht. Allerdings liegt mein Hobbyinteresse derzeit wieder stärker bei der Elektronik - im vergangenen Jahr war es zunächst der Metallbaukasten und danach meine Modelleisenbahn, eben je nach Lust und Laune.

Dieser Bildgenerator ist dabei ein Projekt, das schon viele Wochen bei mir lag und immer mal wieder eine Weiterentwicklung erfuhr. Den zweiten Prototypen hatte ich auf der Veranstaltung in Aachen vor knapp vier Wochen dabei - mit wenig Resonanz, weil man in dem hellen Raum auf der BRE kaum etwas erkennen konnte und wegen der beschriebenen Probleme mit den Sägezahnsignalen. Es gab übrigens auch einen Versuch mit parallel ansteuerbaren D/A-Wandlern (also ohne die Mitwirkung von µCs) - man lernt dabei schnell, dass es gar nicht so einfach ist, einen sauberen 31,5-kHz-Sägezahn zu erzeugen, denn schon bei einer geringen 8-Bit-Auflösung entstehen da Taktfrequenzen von 4GHz am kleinsten Bit, und das macht kaum ein Baustein mit. Die jetzige analoge Lösung ist wohl immer noch die beste.

Ein paar Ideen für Projekte habe ich noch: eins davon ist ein Redesign des EE2008-Fernsehers. Ich habe hier einen analogen Kabeltuner, eine Bild-ZF-Einheit in Form des IC's TDA4400 und das Horizontalablenkungs-IC TBA920. Daraus sollte sich doch vor der endgültigen Abschaltung analoger SIgnale im Kabelnetz etwas machen lassen. Und für die Zeit nach der Abschaltung habe ich hier einen RF_Modulator aus einem alten SAT-Empfänger ausgebaut. Dann sende ich eben per Kabel selbst :P

Viele Grüße
Frank

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Re: Ein Bildgenerator für die Bildröhreneinheiten

Beitrag von Physiker66 » 17.03.2018, 14:53

Signal von einem alten Computer (C64) wären auch eine gute RF Quelle.

liebe Gruesse
Michael
:oops: Selbst ein schlechtes Experiment bildet die Wirklichkeit besser ab als eine gute Simulation.

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Re: Ein Bildgenerator für die Bildröhreneinheiten

Beitrag von JeanLuc7 » 17.03.2018, 15:11

Ja. geil! C64-Spiele auf der Bildröhreneinheit! Eigentlich müsste sich daran in den 80ern schon mal jemand versucht haben...

(Und es sind weiter oben natürlich 4MHz und nicht 4GHz, ganz so krass ist es dann doch nicht)

Viele Grüße,
Frank/JL7

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Re: Ein Bildgenerator für die Bildröhreneinheiten

Beitrag von JeanLuc7 » 16.04.2018, 15:38

Salut Bastelfreunde,

ich habe mich über Ostern ausgiebig mit dem hier vorgestellten Bildgenerator und seinen Möglichkeiten beschäftigt. Dabei ist ein weiteres Universalmodul entstanden, das im Zusammenspiel mit dem Generator nun verschiedene Elemente auf den Bildschirm zaubern kann:

+ rechteckige Objekte, die in ihrer Größe verändert werden können. Daraus kann man Spiele wie Pong und andere Varianten davon ableiten. Die Position des Objekts kann von außen durch angelegte Spannungen beeinflusst werden.
+ kurze Texte in zwei unterschiedlichen Größen in einem Raster 5x2,5 oder 10x5 (Spalten x Zeilen). Die kleinere Größe kann man mit Potis überall auf dem Bildschirm platzieren, die größere Variante ist zentriert. Damit kann man bei Spielen beispielsweise kurze Infos über Spiel, Satz und Sieg einblenden. Die Texte sind vorgegeben. Ein zweites Einsatzgebiet ist die Messtechnik - hier können beispielsweise Einheiten (Volt, Ampere, Ohm) oder die Art der Messung (Spannung, Frequenz, ...) angezeigt werden.
+ Zahlen - bis zu vier Stellen sind möglich. Es gibt die Möglichkeit, die Zahlen einzeln einzulesen oder aber einen internen Zähler zu bemühen. Der Baustein ist dazu auch kaskadierbar, bis zu 10 Stellen in einer Zeile sind möglich. Es können wahlweise Zahlen im Zehnersystem, Hexadezimalsystem oder Uhrzeiten angezeigt werden. Der Zähler läuft wahlweise vor- der rückwärts, und beim Erreichen des Endzustands (also 9999 bei Vorwärts- oder 0000 bei Rückwärtsgang) gibt es auch ein Signal auf dem Ausgang.
+ "Zeiger" - das ist genaugenommen ein 10x10-Feld, auf dem man wahlweise einen Balken von links nach rechts wachsen lassen kann abhängig von der angelegten Spannung. Der "Zeiger" lässt sich aber auch zweidimensional bewegen, so dass man eine Art "Snake"-Spiel erhält, bei dem sich der Zeiger wahlweise manuell oder automatisch (und mit variabler Geschwindigkeit) bewegt.

Mit diesen Bausteinen lassen sich mit der Bildröhreneinheit ein paar schöne Basteleien umsetzen:

+ Messgerät für Spannungen, Widerstand usw.
+ Messgerät für Frequenzen - bis zu acht Stellen sind möglich
+ (digitale) Uhren und Wecker
+ verschiedene Spiele-Klassiker: TV-Tennis, Snake, Asteroids, Pac-Man, Space Invaders - eben all die kleinen Spiele, die nicht allzu viel Platz benötigen und auch auf der Bildröhreneinheit noch gut aussehen.
+ Spiele gegen die Zeit mit eingeblendeter Zeitanzeige und Trefferanzeige
+ Stereo-Aussteuerungsanzeige für Verstärker
+ Frequenz- und Abstimmanzeige für Radios
+ Markieren des Bildschirms (in Verbindung mit einer IR-Fotodiode, die man auf die zu markierende Position des Schirms hält)
+ ...

Die Bausteine selbst sind ziemlich klein: 4x5,5cm (Raster 3x4) mit einem vorprogrammierten Mikrocontroller (ATMega328P), zwei Trimmpotis und einer Reihe von Pins, mit denen man einstellt, welche Funktion man haben möchte. Sofern man keine komplexen Spiele mit besonderer Logik haben möchte, kommt man daher ganz ohne eigenes Programmieren aus; es genügen die Funktionen, die das Modul bietet. Ich habe hier einmal fünf Module als Prototypen gebaut, wahrscheinlich kommen alle oben genannten Beispiele aber mit maximal vier aus, dazu den einen oder anderen Logikbaustein.

Das Thema wird mich sicher einige Wochen oder gar Monate beschäftigen, bis all die oben genannten Schaltungen aufgebaut und ausprobiert wurden - und alles, was mir oder uns noch dazu einfällt. Letztlich könnte man daraus sogar einen ganzen neuen "Baukasten" zusammenstellen; etwa einen EE2009, der der Bildröhreneinheit wie der alte EE2008 zu einem ganz neuen Tätigkeitsfeld verhilft. Grundvoraussetzung ist dabei lediglich eine BRE aus dem EE2007, dem Schuco-Lab 6105 oder einer der universellen Nachbauten. Auch Kathodenstrahloszilloskope mit z-Eingang (für die Helligkeit) eignen sich.

Die alles entscheidende Frage dabei: hat jemand von Euch daran Interesse? Falls ja, würde ich das ganze als Erweiterungsbuch im EE2000-Design dokumentieren, wie wir es beizeiten mit dem Grafik-Touchscreen-Modul bereits einmal gemacht haben, und das ganze dann als Download verfügbar machen. Vielleicht erstellt Ingo auch einen kompletten Satz Platinen für den neuen Baukasten. Falls nein, bleibt es bei ein paar Fotos. Wie bereits gesagt: die vorgesehenen Schaltungen sollten sich größtenteils ohne Programmieren bauen lassen - nur die Module selbst benötigen vorprogrammierte Controller, das wäre dann nicht anders als ein Bausatz.

Was den Bildgenerator von oben betrifft - da wäre auch eine Variante denkbar, die bei intern gleicher Funktionsweise einen VGA-Ausgang hat. Dann könnte man ihn auch an einen alten Monitor anschließen. Die Variante mit der Bildröhreneinheit ist aber natürlich weitaus stylischer.

Ich bin auf Euer Feedback gespannt. Es grüßt herzlich
Euer JL7/Frank

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Re: Ein Bildgenerator für die Bildröhreneinheiten

Beitrag von Physiker66 » 18.04.2018, 19:32

Die Idee klingt sehr reizvoll. Ich denke du solltest es auf jeden Fall gut dokumentieren. Ob man dann zusätzliche Arbeit investiert um daraus ein wirkliches Handbuch zu machen kann man glaube ich erst wissen wenn alle Probe-Aufbauten fertig sind (beim Korrekturlesen und Verlegen kann ich gerne etwas Hilfe anbieten :) )
:oops: Selbst ein schlechtes Experiment bildet die Wirklichkeit besser ab als eine gute Simulation.

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Re: Ein Bildgenerator für die Bildröhreneinheiten

Beitrag von suntri » 22.04.2018, 21:33

Ich komme gerade aus dem Urlaub. Das klingt sehr interessant. Ich bin auf jeden fall sehr interessiert daran, soweit es meine Arbeit zulässt. Ich werde vermutlich ab Montag von der Arbeit aufgefressen. ;-(
Gruss suntri

Erkläre es mir, ich werde es vergessen. Zeige es mir, ich werde es vielleicht behalten. Lass es mich tun, und ich werde es können. Indisches Sprichwort.

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Re: Ein Bildgenerator für die Bildröhreneinheiten

Beitrag von Bambini » 24.04.2018, 09:52

Hallo Frank!
Bin auch eben aus dem Urlaub zurück gekommen und auf deinen Beitrag gestossen!
Ich bin auf jeden Fall interessiert am Projekt, habe da noch 2 BRE Platinen mit D7-16 und DG-7 Röhren betriebsfertig, die auf einen spannenden Einsatz warten... 8)

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Re: Ein Bildgenerator für die Bildröhreneinheiten

Beitrag von JeanLuc7 » 04.05.2018, 20:04

Salut Bastelfreunde,

es hat jetzt ein wenig gedauert bis zur Fortsetzung, aber ich habe die Zwischenzeit genutzt, um noch ein paar Verbesserungen umzusetzen. Insbesondere läuft der Bildgenerator jetzt nicht mehr mit VGA- sondern mit Fernsehfrequenzen. Das entspannt die Timings und sorgt vor allem für eine flackerfreie Darstellung. Die nicht abgeschirmte Bildröhreneinheit flackerte zuvor mit der Differenzfrequenz zwioschen Netz und VGA (10Hz) munter vor sich hin - sehr störend. Außerdem hat auf diese Weise mehr Text Platz auf dem Schirm: es sind jetzt 6x3 oder 12x6 Zeichen.

Zunächst möchte ich Euch heute ein paar weitere Module vorstellen, die nötig sind, um der Bildröhre mehr als nur ein paar Balken zu entlocken.
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Module.jpg (180.13 KiB) 161 mal betrachtet
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Das Bild zeigt unten rechts das Bildmodul, das letztlich die ganze Arbeit übernimmt. Darin steckt ein Generator, der passend zum Raster ein Bild mit Texten oder Objekten darstellen kann - dazu später mehr. Er besteht hauptäschlich aus einem Mikrocontroller, vielen Anschlüssen für Jumper oder Eingänge und zwei Potis, mit denen man Text- oder Objektgröße sowie die Position einstellen kann - je nach Anzeige. Allzu viel ist da nicht drauf - das allermeiste steckt in der Software.

Oben sind zwei Module zu sehen, die ich als "Mischer" bezeichne. Das eine mischt bis zu vier horizontale und vertikale Einzelsignale zu einem vollständigen Bild - auf diese Weise werden Objekte wie "Bälle" dargestellt. Das andere invertiert Videosignale und mischt dann bis zu vier davon zusammen. Hier liegt der Grund in der Art und Weise, wie der Text erzeugt wird: nämlich schwarz auf hellem Hintergrund. Das sieht bei den Röhren selten gut aus, weshalb der Mischer das Bild dann einfach invertiert: hell (bzw. grün) auf schwarz. Mit den Mischern kann man bis zu acht Bildmodule gleichzeitig betreiben, um beispielsweise bei einem Spiel mit Schlägern und Bällen auch den Spielstand anzuzeigen.

Das letzte Modul ist ein Fünffach-Schalter, wobei jeweils zwei äußere eine Spannungsreihe bilden. Drückt man den oberen oder rechten, liegt am gemeinsamen Ausgang etwa 1,2V an. Derückt man den linken oder unteren, liegt Masse an. Das lässt sich dann im Bildmodul leicht auswerten und kann für manuell gesteuerte Bewegungen benutzt werden.

Nun kommen ein paar Bilder, die zeigen, was man damit anstellen kann.
Zählen.jpg
Zählen.jpg (142.96 KiB) 161 mal betrachtet
Zählen.jpg
Zählen.jpg (142.96 KiB) 161 mal betrachtet
Im ersten Betriebsmodus "Zählen" bietet des Bildmodul einen zwei- oder vierstelligen Zähler an, der vor- oder rückwärts zählen kann. Es kann wahlweise numerisch oder als Uhrzeit gezählt werden, und hier auch wieder Stunde:Minute oder Minute:Sekunde. Damit kann man Uhren bauen, gegen die Zeit spielen oder einfach nur Impulse zählen. Einziges Manko: der Zähler ist nicht allzu schnell, bei mehr als 50Hz geht ihm die Puste aus. Wenn man die kleine Schrift nutzt, kann man auch die Position auf dem Bildschirm frei einstellen (per Poti). Die große Schrift ist immer in Bildmnitte zentriert.
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Messen.jpg (157.71 KiB) 161 mal betrachtet
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Messen.jpg (157.71 KiB) 161 mal betrachtet
Im zweiten Betriebsmodus "Frequenz" wird ein - schwer zu erraten - Frequenzzähler geboten, und der ist dann auch schnell genug, um bis 100 kHz zu zählen. Die Anzeige kann groß- oder klein dargestellt werden und formatiert sich selbständig je nach Schrift und Frequenz. Auch hier gibt es eine kleine Einschränkung: während der Messung wird alle Prozessorpower fürs Zählen aufgewendet, deshalb bleibt während dessen der Bildschirm dunkel. Das Raster bleibt natürlich bestehen, ebenso die Bildinhalte von anderen Bildmodulen.

Das Bild zeigt rechts unten auch den Objektmodus. Dabei wird ein helles, rechteckiges Objekt dargestellt, dessen Position von außen und seine Größe mit den Potis auf dem Bildmodul verändert werden kann. Dazu später mehr.
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Außerdem kann das Modul ein paar vorgefertigte Texte anzeigen und nicht nur zählen, sondern auch selbst messen. Die beiden Bilder entstammen einer Spannungsmessung an einer 5,1V-Zenerdiode (mit unterschiedlichen Schriftgrößen). Gemessen wird ein Bereich von 0-1,1V, der über Widerstände bzw. Schaltungen dann an die zu messende Größe angepasst werden kann (wie seinerzeit beim EE2014). Als Einheiten können neben Volt auch A,mA, mV, Ohm, kOhm, cd, Lux, verschiedene Kapazitätsbereiche und die Temperatur angezeigt werden.
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Den letzten Modus, den ich hier bvorstellen möchte, habe ich "Meter" getauft. Dabei wird eine in der Länge veränderbare Anzeige horizontal oder vertikal über eine Spannung ausgelenkt - also ein digitales VU-Meter. Man kann damit Aussteuerungsanzeigen, Empfangsanzeigen und was weiß ich noch bauen. Weil man mehrere Bildmodule miteinander mischen kann und die Position der Anzeigen eingestellt werden kann, sind auch mehrkanalige Anzeigen möglich.

Ja, und dann - Snake. Die zwei oberen Bilder zeigen die Anzeige, wie sie sich automatisch in alle Richtungen fortbewegt und jeweils die Richtung ändert, wenn sie anstößt - oder auch einfach einmal zufällig. Das gleiche gibts dann auch noch mal in einer manuellen Variante - dafür dient das Modul mit den vier Schaltern. Mit Automatik und manueller Steuerung gegeniennader dürfte das ein spannendes Spiel werden.
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Und so sieht das ganze dann auf der Grundplatte aus. Man erkennt rechts die beiden Mischer - je nach Anwendung braucht man nur einen davon. Links das Bildgeneratormodul und in der Mitte zwei Bildmodule, die nur im Fall der VU-Anzeigen im "Meter"-Modus tatsächlich beide aktiv waren.

Das war's fürs erste. Ich hoffe, Euch gefällt die Sache - dann gibt's hier demnächst auch die ersten Schaltungen - und ganz ohne Programmieren :)

Es grüßt herzlich
Frank/JL7

P.S: alles, was Ihr hier gesehen habt, geht auch mit dem Videomodul aus dem EE3023. Ich arbeite noch an einer Composite-Video-Variante fürt das Bildgeneratormodul. Die können dann alle nutzen, die keine Bildröhreneinheit und kein EE3023-Videomodul haben.

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Re: Ein Bildgenerator für die Bildröhreneinheiten

Beitrag von JeanLuc7 » 06.05.2018, 18:57

Guten Abend Bastelfreunde,

frisch aus der Werkstatt kommt nun die erste Schaltung - ein Reaktionszeitmesser. Er nutzt neben den neuen Bildmodulen noch einen NE555 (Schuco-Digital-Lab-Variante), ein NOR-Gatter CD4001 und ein R-S-Flipflop CD4043.
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Das funktioniert so: über einen Schalter aktiviert man die Schaltung. Ist er offen, dann kann die Messung losgehen. Dann ist ein bis dahin gesperrtes R-S-Flipflop frei und kann von einem langsamen Taktgeber NE555 (ca 1/10 Hz) zurückgesetzt werden. Damit wird nun die Zählfunktion des als Frequenzzähler geschalteten Bildmoduls aktiviert. Das eigentliche Zähsignal stammt vom Q5-Ausgang des Bildgeneratormoduls, wo ein 400Hz-Rechtecksignal zur Verfügung steht. Letztlich gelangen dessen Impulse also innerhalb der Frequenzzähler-Torzeit (1s) nur so lange zum Zähler, bis jemand den Schalter schließt.

Das zweite Bildmodul liefert lediglich die Texte und wird abhängig von den verschiedenen Betriebsmodi angesteuert. Ist der Schalter geschlossen, dann wird dauerhaft die letzte Messung und "Ende" angezeigt. Wenn der NE555 sein Rücksetzsignal geschickt hat, steht auf der Anzeige "Warten". und sobald die Messung beginnt, steht da "Jetzt".

Die angezeigte Reaktionszeit ist wegen der 400Hz Taktfrequenz durch vier zu teilen, wenn man die Anzeige in Hunderstelsekunden haben möchte. Da Reaktionszeiten bei diesen Automaten aber gewöhnlich im Bereich um die 20/100 liegen, fand ich den etwas größeren Messbereich ein wenig besser.
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Wie zu erwarten, ist der Aufbau recht aufgeräumt. Die beiden zusätzlichen Bausteine CD4043 und CD4001 sind auf den Platinen lediglich eingangsseitig hochohmig gegen Masse geschaltet, damit statische Elektrizität ihnen nichts anhaben kann. Im Schaltpult habe ich parallel zum Philips-Tastschalter einen einfachen Ein-Aus-Schalter montiert. Der Philips-Schalter in diesem Schaltpult neigt zum Hängenbleiben. Außerdem lässt sich der Hebelschalter leichter umlegen, denn meine Testperson neigte dazu, den Schalter beim "Jetzt" mit Gewalt herunterzudrücken, was nicht ohne Einfluss auf die Stabilität des Schalters und des Schaltpults blieb :)

Anbei findet Ihr noch das Schaltbild, ind em die Module jeweils als Blöcke dargestellt und die zu setzenden Jumper bereits eingezeichnet sind.

Einen schönen Sonntagabend wünscht
JL7/Frank
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