Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋

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２４年後の再設計！！！

音声波形モニタの製作

　書籍を入れていた段ボール箱を整理していると昔購入していたコンピュータ関連の雑誌「マイコン」　１９７８年１月号が出てきました。　懐かしい思いで表紙をめくると表紙の裏にはＴＫ−８０の広告がデ〜〜ンと掲載されていました。　もう、何とも言えないくらい懐かしく当時のことを思い出しました。　懐かしい思いを込めて表紙とＴＫ−８０の広告をいつもより大きめに下記に画像をアップしておきます。

表紙	表紙の裏の広告

　当時、先端の技術と言えども、まだアマチュアでも手に負える範囲のものが多くありました。　ＴＫ−８０もソフト、ハードともに資料を読めば細かいところまで手を入れることができました。　今のコンピュータは機能・性能は確かにすごく向上していますが、専門分野以外はとても手を加えることができるような代物ではなくなってきております。　パソコン（マイコン）の組立はできても、パソコン（マイコン）の製作はほとんど不可能に近く、最先端の技術とアマチュアの手の出せる技術のレベルとの乖離が大きく、とても残念な時代になったものです。

　また、 ターミナルADM-3Aの広告が目にとまり、大阪のBit-INNに置いてあったADM-3Aをとてもうらやましく見ていた記憶も蘇りました。　まさか、その数年後、実際にこのターミナルを使うようになるとは思いもしていない頃です。

　そうこう読み進んでいくと、ぱらりとフィルムが落ちてきたのに気付きました。　なんと、コピーに取った回路図とアートワークは残っていましたが、原本の記事とアートワークフィルムの所在が不明となっていたテレビ画面を使った音声波形モニタ基板のアートワークフィルムでした。　

　また、アートワークフィルムの落ちてきた付近のページを開いてみると「簡易テレビ・ディスプレイ」の記事が見つかりました。　オシロスコープなんて個人で所有することができない時代に、音声波形をＴＶ画面で見ることができるということで一生懸命製作したものです。

音声波形モニタ基板のアートワークフィルム	音声波形モニタ　製作記事

　この記事に掲載されていた回路図を下記に掲載しております。

　水平・垂直同期信号は５５５を使って発生しています。　当時はビデオ入力付きのＴＶは少なく、ＴＶの１ＣＨを使ってＴＶに写すためＲＦモジュレータ回路に74S00を使って構成しています。　この回路で初めてＳタイプのロジックの威力を感じたものでした。

音声波形モニタ回路図

　確か、当時製作した基板もどこかの段ボール箱に入っていたように記憶があります。　心許ない記憶を頼りに探してどうにか見つけだしましたが、上記回路に改造（追加基板）を加えており 、どうみてもそのままでは動作しそうにない状態でした。　このため、改造追加基板を取り外して、上記回路の部分の基板だけをメインテナンスして再立ち上げを行いました。

基板外観	動作画像　（ＴＶ　１ＣＨ）

　掲載の回路に対して手を加えていたので上記回路図がどこまで正しいのか記憶に残っていませんが、とりあえずは動作させることができました。　受信チャンネルは１ＣＨが限界のようです。　今回、この回路図を 改めて読み解くと映像信号の極性に疑問があったりしますが、映ればＯＫとしました。

　音声未入力時の動作画像を上記に掲載します。　水平同期の始めに映像が出ていたり、波形信号がにじんでいたりと綺麗な映像信号を得るところまではできませんでした。　映像としては当時はもっと綺麗に写っていたように記憶しています。　最近のＴＶはチューナ、コントラスト、ブライトなどの調整がディジタル式になっているため調整に手間取り、また、雑な映像信号に対しての許容が小さくなっているように感じました。　また、実際に音声波形を入力するとマイナス側の裕度が小さく波形 表示歪みを起こしているようでした。　

　さらに、メインテナンス過程で基板のアートワーク自体の間違いや設計ルールの問題があり、とてもご紹介できるような代物ではありません。　当時の自分のスキルの低さが情けなくなってきました。　当初は、この回路からコンポジット信号を作り出して再活用しようかと思っていましたが、この基板の再利用はあきらめることにしました。

　このような経過を経て、またまた自作虫が目を覚ましてきました。

１　音声波形モニタ仕様

　（ａ）　出力　：　白黒コンポジット出力

　（ｂ）　入力チャンネル　：　２ＣＨ　（ステレオ対応）

　（ｃ）　波形調整　：　波形位置、　波形振幅独立調整

　（ｄ）　電源　：　５Ｖ単一電源

　（ｅ）　オプション　：　カラー液晶モニタ対応

　白黒信号をカラー化することは、やはり当時物ですが、白黒のテーブルテニスゲームのカラー化基板がありますのでそれを再活用する手段もありますが、結構時間がかかりそうで今更リバースエンジニアリングをする気力はありません。

　現在、「ビデオ信号→アナログＲＧＢコンバータキット」のカラー信号回路が壊れておりカラー液晶「ワイド5.4インチＲＧＢ液晶モニター」・「３．６インチ液晶ＲＧＢモニター」を白黒でしか利用できず、カラー液晶が役立っていませんので、これを音声 波形モニタとして活用できるようにすることにしました。

　「ビデオ信号→アナログＲＧＢコンバータキット」の信号レベルを「DIGTAL STORAGE SCOPE for PC PCS64i」で観測した結果の一部を下記に掲載しております。

　同期信号は正極性で、映像信号は映像の有効期間に出力されています。　つまり、水平ブランキング期間、垂直ブランキング期間は映像信号を出力しないようにしなければなりません。　また、映像信号自体もコンデンサカップリングとなっていますので単純に直流レベルで輝度を制御しているわけではないようです。

　よって、「ビデオ信号→アナログＲＧＢコンバータキット」の替わりに音声波形モニタを接続しようとすると、単純に直流レベルの信号を映像信号として供給するのではなく、同期信号を考慮して結構まじめに信号を作っていく必要がありそうです。

　

同期信号（H-Sync）　ＲＧＢ−Ｂｌｕｅ信号（ＲＧＢ）

（ｆ）　同期信号

　オリジナルの回路では５５５で同期信号を作っていましたが、垂直同期信号と水平同期信号が非同期となっています。　新規設計するに際して、当然垂直同期信号と水平同期信号を同期させ ることにします。　また、上記のように同期信号以外に映像有効期間などのその他のタイミングを作る必要があります。　これを標準ロジックや専用ＩＣで作るとなると製作や部品入手が面倒になります。

　結局、今回はＰＩＣマイコンで同期信号とタイミング信号を作ることにしました。　手持ちのPICマイコンはPIC16F84A-20/Pで20MHz駆動となります。　信号を作る際に論理変換も行 えるようにプログラミングすることとします。　よって、信号を出力するプログラムの基本パターンを以下のようにしました。

　１回の信号変化をするのに３マシンサイクルからりますので時間に関する分解能は以下のようになります。

• 　時間分解能　０．２μｓ　（＝1/20MHz/4クロック）

• 　最小パルス幅　０．６μｓ　（＝時間分解能×３マシンサイクル）

　コンポジット信号（ＮＴＳＣ信号）を調べると、最小パルス幅より短いパルスは要求されていないようです。　多少のタイミングのずれはあるにしてもどうにかＰＩＣマイコンは使えそうです。

　今回のＰＩＣマイコンの仕様を以下に示します。

２　回路図

　コンポジット信号生成する基本回路であるコンポジット信号用音声波形モニタ基板の回路を下記します。

（画像をクリックすると縮尺100%の回路図を入手 できます。）

• 　IC1は水平同期信号に同期して鋸波形を生成します。　この鋸波形はIC2-７pinのOP-AMPでバッファされてコンパレータに分配されます。

• 　IC2-１pinは音声信号OP-AMP用の中性点電圧、エッジ検出用スレッシュホールド電圧を生成しています。

• 　IC3-1pinとIC3-7pinのOP-AMPは音声信号の増幅度を調整します。

• 　IC4-1pinとIC4-7pinのOP-AMPは音声信号無入力時の波形の位置を調整します。

• 　IC5-2pinとIC5-13pinのコンパレータは音声信号と鋸波を比較して、音声波形の水平位置を検出します。

• 　IC5-1pinとIC5-14pinのコンパレータ、及び、IC6-3pinとIC6-6pinのAND回路で音声波形パルスのエッジ検出を行い、波形表示時の波形幅を決定しています。

• 　IC6-8pinの負論理OR回路でＬ＋Ｒの音声波形を合成しています。　IC6-11pinは音声波形信号の反転波形＝背景を意味する信号となります。

• 　IC6-3pinとIC6-6pinのAND回路で音声波形信号の有効期間だけコンポジット信号に波形信号を乗せるようにしています。

• 　VR11,VR31は波形振幅調整ＶＲです。

• 　VR12,VR32は音声信号無入力時の波形の位置調整ＶＲです。

• 　VR1は鋸波形周波数調整ＶＲです。　波形が３本に見えたり、波形の線が飛び飛びになってドット状に見えるときは鋸波形周波調整がうまくいっていないときです。　ＶＲ１で調整し直して下さい。

• 　電源パスコン用コンデンサCn,Ccは実装・電源パターンに合わせて適度に設けます。

• 　波形の信号幅を変更したい場合はＣ１３，Ｃ３３の３３ｐＦを変更して下さい。　静電容量を大きくすれば表示幅が太くなります。

下記にカラー液晶用インターフェース基板回路を掲載します。

（画像をクリックすると縮尺100%の回路図を入手 できます。）

• 　IC10とIC11は波形信号及び背景のRGB信号電圧を切り替えるアナログスイッチです。

• 　IC12は映像信号有効時に波形もしくは背景信号が選択され、それ以外の期間にはアナログスイッチをオフする制御を行っています。

• 　電源パスコン用コンデンサCn,Ccは実装・電源パターンに合わせて適度に設けます。

　上記回路でＶＲ１〜ＶＲ６に５００Ωを使用していますが、これは手持ちの関係でたまたまこの値になっただけです。　この抵抗だけで数１０mAの無駄な電流を消費しています。　もし、新規に購入するならば回路定数を見直すことをお勧めします。　どの程度が適切か、みなさんでお考え下さい。

３　製作結果

　上記回路を元に製作した基板を下記画像に示します。

　調整ＶＲとして多回転ＶＲを使用していますが、普通の１回転ＶＲでも使用可能と思います。

コンポジット信号用音声波形モニタ基板	カラー液晶インターフェース基板

　この回路を使って実際に画面状に表示した例を下記画像に示します。

　ＴＶモニタでは白黒となりますが、とてもクリアに表示されていました。　コンパレータ起因のジッタなどを予想していましたが、思った以上にうまく表示できました。

　カラー液晶については色調整は可能でしたが、思った色をＲＧＢで出すのはとても難しいことがよく分かりました。　下記画像は波形振幅がＲＧＢとも約０．７Ｖ（白）、背景色は青が約０．７Ｖ、赤・緑は０Ｖとしたときの表示です。　下記画像ではうまく映っているように見えますが、視野が狭いので色の確認に際しては液晶の向きがとても大切でした。　また、分解能が悪いので水平位置調整によって線の幅が細くなったり太くなったりして見えてしまいます。　やはりカラー液晶はシャープな画像はとても苦手なようです。

ＴＶモニタ （無入力時）	ＴＶモニタ （音声入力時）	３．６インチ液晶ＲＧＢモニター	ワイド5.4インチＲＧＢ液晶モニター

　コンポジット信号用音声波形モニタ基板のコンポジット信号出力とカラー液晶インターフェース基板の青色出力を「DIGTAL STORAGE SCOPE for PC PCS64i」で観測した結果を下記画像に示します。（データを合成して３ｃｈ表示としています。）

上段　水平同期信号コンポジット信号用音声波形モニタ基板のIC-7 6pin 中段　コンポジット信号出力 下段　カラー液晶インターフェース基板の青色出力（３．６インチ液晶ＲＧＢモニター負荷）

　以上のように、どうにかカラー液晶の再活用までたどり付きました。　カラー液晶 モニタはちょっとしたアクセサリとして使えそうです。　試しに製作されてみては如何でしょうか。

【　カラーコンポジット信号化　】

　前記はアナログＲＧＢ信号で液晶表示しましたが、ＲＧＢ信号をＮＴＳＣ信号に変換することでコンポジット信号のカラー化もできます。

　実際に「アナログ・デジタル両用ＲＧＢ→ビデオコンバータ」キットを使用した例を以下に示します。

　今回使用した「アナログ・デジタル両用ＲＧＢ→ビデオコンバータ」キットの外観を下図に掲載します。　アクリルケース内側に薄板銅板を敷いて、基板とコンポジット信号用ピンジャックを取り付けています。

【　アナログ・デジタル両用ＲＧＢ→ビデオコンバータキット組立外観　】

【　カラー化ビデオ信号構成外観　】

　上図がカラーＮＴＳＣ信号音声波形モニタの構成です。右から左に（白黒）コンポジット信号用音声波形モニタ基板→カラー液晶インターフェース基板→アナログ・デジタル両用ＲＧＢ→ビデオコンバータです。

　カラー液晶インターフェース基板とアナログ・デジタル両用ＲＧＢ→ビデオコンバータの接続方法及び、実際に、アナログ・デジタル両用ＲＧＢ→ビデオコンバータの出力をSmartVison Pro for USB (Pro2 Upgrade済み)でキャプチャした波形例を下図に掲載します。

【　接続方法　】	【　キャプチャ画像例　】

【プログラム書き込みサービス】　

　本ページで紹介しましたＰＩＣマイコンの書き込みサービスを行っています。　詳細はプログラム書き込みサービスのページを参照願います。

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