シミュレーション結果をグラフ化

ＶＨＤＬでカラーコンポジット信号を生成する実験の
続き。シミュレーション結果から出力データを拾って、
グラフ化してみました。

まずは、Ｙ信号を5ビットで、Ｃ信号を5ビットでそれぞれ
出力した時の結果。


青い線はＹ信号のイメージ。左端がシンクロレベル、
その右側はblackレベル（もしくはペデスタルレベル）。
そこから右に順に青、赤、紫、緑、水色、黄色、白と
並んでいます。

赤い線はＣ信号で、一番左のギザギザがバースト信号
（blackレベルに重畳される）。そこから右に順に
青、赤、紫、緑、水色、黄色のサブキャリア信号と
なっています。ちなみに黒と白はサブキャリア信号は
ありません（輝度だけ）。

で、この２つがそれぞれＳビデオ信号になるわけですが、
グラフのｙ軸は約０．０５Ｖ単位で書かれているので、
２５なら1.25V程度でしょうか。

（追記：Ｃ信号は中心を0.8V付近においています。
　これをコンデンサーで直流カットして、中心を
　0V付近にシフトさせて使います）


なんとなく合っているような…微妙な数値っぽいですが、
いい事にします。あ、ちなみにｘ軸はかなり適当に
拾ってます。

次、コンポジット信号。


ＶＨＤＬ内でＹとＣを合算した値を出力しています。
そうすると、さっきのＹとＣを個別に出してから
足し合わせた数値と同じ結果が出てきます。
（当然ですが）

というわけで、これをテレビに入力すればカラー
でビデオ信号が表示されるはずです。

ちうわけで、あとはＣＰＬＤに流し込んで、配線して、
テレビに繋げば表示されるはずなんですが、昨日の
お疲れと今日のお疲れが残ってて眠くて仕方ない
ので、今日はもう寝ます。

しまった！

昨日、お仕事の帰り道に千石に寄って抵抗その他を
買い込んできました。ＣＰＬＤに繋いでＮＴＳＣ
コンポジット信号の生成に使うためです。

実験のために金属皮膜抵抗を買ってきました。
どうせバラだし、店頭は1本10円だし。実験が
上手くいったら、カーボン抵抗に変えてもいいかな、と。

で、今日これを使ってビデオ信号を生成してみようと
思ったのですが、そこで問題発覚！


ＲＧＢからビデオ信号を生成するＶＨＤＬは
規模に合わせて2種類書いたのですが、一つは
Ｓ信号生成用でXC9536XLに入っちゃう大きさ。
もう一つはコンポジット信号生成用でXCR3064
かXC9572XLじゃないと入りきらないもの。

で、実験としてはまずコンポジットタイプの方が
配線も少なくて楽なので、XCR3064使ってコンポジット
の表示をしてみようと思ったんですが…

この間作った自作のダウンロードケーブル↓

と、それと繋いで使うＰＬＣＣ－ブレッドボード用
変換ボード↓


これにXCR3064XLを載せて書き込んでみようかなぁ
なんて思ってたんだけど、XC9536XL/XC9573XLとは
pin配置が全然違うんですねぇ。あぁ…うかつだった…。

同じＰＬＣＣ４４ピン形状だから、てっきりピン互換
だと思ってたのに…。ＡＶＲみたいに同じ足の数なら
基本ピン互換ってことじゃぁ無いのね…。


さぁ、困った。
いま買い置きがあるのはXC9536XLとXCR3064の2個だけ。

ひとまずXC9536XLに収まるＳビデオ出力の方を
実験してみようかな。一応Ｓ端子のメスコネクタは
買って来たので、接続は出来るはず。


もう一つの方法としては、トラ技2006年4月の付録、
altera MAX2登載のボードで代用しちゃうこと。
ＶＨＤＬの機能確認って言う意味ならそれでも
十分なのかも…。
ただ、このボードは2列+2列だから直接ブレッド
ボードに挿して使うことが出来ないんだよな…。

そこらへんが何とかなればいいんだけどなぁ
アレ使えばいけるかな？

この間のブレッドボードアクセサリの写真ですが、
この右下の方にある「2列→1列変換ボード」。

これなら、纏まった20ピンを1列に変換することが
出来ちゃう。
トラ技付録ボード上にはもともと電源とかクロック
とかの回路は組まれているから、その他のＩ／Ｏ
ピンだけ引っ張り出せば済むはずだし、電圧も
３．３Ｖだし。
ただ、５Ｖトレラントではないのが要注意かな。
５ＶのＰＩＣやＡＶＲには直接つなげません…。

CoolRunner用のＰＬＣＣ－ブレッドボード変換ボード
も作ろうかな。

mega644のarduino互換機

この間見つけたREDUINO-VALKYRIE。発売開始で
いま特価セール中ですね。かなり安くなってます。
どうするか悩ましいところ。

そうそう。REDUINO-VALKYRIEのピン配置は
ブレッドボードで使いやすい1列配置になっていて、
しかも他のarduinoよりも機能がたくさん載って
いるのでいい感じなわけですが、同じような
コンセプトのmega644版arduino互換機
（Sanguino互換機）も出るようです。

http://www.microfan.jp/reduino-ghost
詳細はまだ書かれてませんが、ボードのレイアウトを
見るに、このREDUINO-GHOSTもピンが1列配列に
なってますね。mega644はもともと600mil幅あるので、
Sanguinoみたいに2列にしちゃうとブレッドボードで
使うのは厳しそうですが、このREDUINO-GHOSTみたいに
1列にしちゃえば関係ないですからね。これはよさげ。
このコンセプトが活きてきます。


ただ、arduinoのIDEはシミュレータが使えないのが
難点だと思うんですよね。
mega644ベースならますます大規模なスケッチが
書けるようになるわけですが、書いたスケッチが
ちゃんと動くかどうかを確かめる手段がちゃんと
してないと、手におえなくなるケースが出てきそう
な気がするしなぁ…

シミュレータが上手く使えればいいんだけど、
ｇｃｃのシミュレータが上手い具合に利用
できないかなぁ？
メモリやレジスタが全部見れなくてもいいんだけど、
せめていくつかの変数をウォッチリストに入れておいて、
シミュレーション中に中身を眺める…みたいなことが
出来ればひとまず十分なんだけどな…

シリアルコンソール上で変数をプリントしながら
デバッグするのも限度があるでしょうし…

設計を変更

ＣＰＬＤでカラーコンポジットのビデオ信号を作っちゃおう
というお話のつづき。

まずはＣＰＬＤからの出力をＤＡ変換する回路に
ついて。

こんな風に重み付け抵抗を使ってＤＡ変換をします。

（後日訂正：Ｒ２Ｒラダー…×、重み付け抵抗…○
　Ｒ２Ｒについては以下の日記ご参照↓）
　　http://brown.ap.teacup.com/nekosan0/410.html


ちなみに、図の一番上の「０」と「１」はＣＰＬＤから
出力するビットデータ。左側の抵抗が最上位、右側の
抵抗が最下位ビットを表します。

各抵抗の片方は１を出力すると３．３Ｖに、０を出力
するとＧＮＤに繋げられることになります。で、もう
片方を一まとめに束ねておいて、変換後の出力電圧
を得ます。

そして出来上がるのが、赤い抵抗を全部あわせた
合成抵抗と、緑の抵抗を全部あわせた合成抵抗。
赤と緑で３．３Ｖを分圧した値が出力値ってわけです。

図では1200Ωまでしか書いてませんが、倍々…に抵抗を
増やしていくとある程度精度は増やせます。
（まぁ、最上位の抵抗の誤差がゼロクロス歪みを生じ
　させるので限度はありますが）


で、なぜ今回この抵抗値を使うのかというと、ポイント
になるのは７５Ω抵抗。この７５Ωがどこからきたのか
というと、
　　「テレビ内部に入っている抵抗が７５Ω」
ってことです。
この抵抗も含めてＤＡＣ回路全体を考えないと上手く
ＤＡ変換できないので、いっそのことこれもＤＡＣ
に含めてしまえ！という作戦です。（７５Ω抵抗は
テレビ内部でＧＮＤに繋がっているので、常時０を
入力しているのと同じことになります。念のため）

正確に言うと、７５Ω抵抗はコンデンサーで直流が
絶縁されているんですが、交流で考えるとどうでも
いい話なので、うまいことＤＡＣ回路に含めちゃう
ことができるはず。
似たようなことを↓
http://picavr.uunyan.com/avr_m_testv1.html
こことかでも使っているので、大丈夫でしょう。

もし精度が足りない場合は７５Ωまで含めて金属皮膜
抵抗でも使っておいて、ビデオアンプでも通してから
テレビに入れればなんとでもなるでしょうし。


ここまではお勉強の話。
さて、Ｙ信号とＣ信号をＶＨＤＬ上で合成しておいて、
シンクロ信号まで含めて５ビットＤＡ変換したら
どうなるかな、って言うのが昨日の宿題。
full adderを5ビット分入れてあげないといけないので、
規模がねぇ…と。

ちょこちょこっとＶＨＤＬを修正して、コンパイル
してみました。そしたら…

XC9536XLではProduct Termsが容量オーバー。
203/180で１０％くらいオーバーしちゃう。
XC9572XLなら入るんだけど、一気に部品単価が…

それにXC9572XLは買い置きがないので、家に買い置き
があるXCR3064XLにフィッティング。入った。
リポートを良く見ると、XCR3064XLならProduct Terms
の使用率は50%より微妙に少ない感じ。数値的には
93/192だって…。ってことはXCR3032XLにも入るん
じゃないか？っておもったら微妙にＮＧでした。
マイコンと違って、最後の1ビット、最後の1クロック
まで使い切るもんじゃないようです。

それにしても、同じＣＰＬＤでも、製品の新旧によって
消費するリソースとか大きく変わってくるんですねぇ。
驚き！

とりあえず、内部でＹ信号とＣ信号を合成することを
見送るとすると、出力ピンがいっぱい増えることには
なりますが、この線で別バージョンを作成してみる…。
すると、さすがに入りました。出力はＳビデオに
なっちゃいますけど。

というわけで、ひとまずコンポジットとＳビデオ。
両バージョンを並行して進めることにしましょうか。

枠組みは出来上がったので、あとは各色で出力する
ビットデータをＶＨＤＬに埋め込んで、抵抗器繋いで
実機で動かしてみるだけ。

うん。もうちょっとだ…。

Ｒ２Ｒラダー

ＣＰＬＤでカラーコンポジット信号を作っちゃおう
という話の続き。

一応ＶＨＤＬはそれっぽい形になったことはなったの
ですが、ＤＡ変換回路を色々考えていたらあまり
いい感じにならなかったので、ちょっと見直しを
することにしました。

Ｙ信号４ビット、Ｃ信号４ビット、c-cyns１ビットで
考えていたんですが、テレビ側の７５Ω抵抗と絡めて
考えると、オペアンプかＤＡ変換ＩＣかなにかを
使わないとダメそうで、外付け部品が多くなるのを
嫌ってみます。

で、一つの考え方としては、７５Ωを最上位ビット
として１５０Ω、３００Ω、６００Ω、１２００Ω、
２４００Ωという感じで重み付け抵抗のＤＡＣを組んで
ＤＡ変換を行う方針で考えてみます。
（６００Ωは市販されてないみたいなので６２０Ω
　で代用します）

（後日訂正：Ｒ２Ｒラダー…×、重み付け抵抗…○
　Ｒ２Ｒラダーについては以下の日記をご参照↓）
　　http://brown.ap.teacup.com/nekosan0/410.html


なお、この場合の７５Ω抵抗は片側が常時ＧＮＤに
繋いであるので、つまり最上位ビットが「０」という
回路と同義です。残りの１５０Ω以降の抵抗に
０か１を入力することでＤＡ変換します。
出力されるレンジは０Ｖ～約１．６５Ｖ程度ですね。

こうすると、２４００Ωまでなら５ビットＤＡ変換、
１２００Ωまでなら４ビットＤＡ変換ということに
なります。しかも、オペアンプもビデオアンプも
専用ＤＡ変換ＩＣも要らず、数個の抵抗だけで
テレビに直結できます。

で、ＣＰＬＤからの３．３Ｖ出力を各抵抗で分圧
するという前提で表計算ソフト使ってザックリ計算
してみたところ、４ビットＤＡでは微妙。５ビットＤＡ
なら大体いい感じになってくれることがわかりました。

ちなみに５ビットＤＡなら最小分解能が約0.05V。
４ビットＤＡなら約0.1Vくらいになる計算です。

Ｙ信号Ｃ信号を分けちゃった方がいいのか、それとも
ＣＰＬＤの出力時点でＹＣを混ぜてしまった方が
良いのかが悩ましいところ…

ＣＰＬＤのリソースは少し余裕があるので、混ぜて
しまってもいいかな、と思いつつあります。
どうせこの程度のビデオ信号ならＳ端子出力にする
意味はないしね…。


それにしても、シンクロ信号も電圧で表現しないと
いけなくなるので、ＶＨＤＬの中身まで弄りなおさ
ないといけなくなるなぁ…。まぁ、外付け部品が
少ないに越したことはないと思うので、そっちを
選んでみます。

entity文から修正が入っちゃうな…


（追記）
そういえば、Ｙ信号とＣ信号を合成するとしたら
加算回路が必要になるんだけど、目下算術ライブラリ
は組み込んでないから、規模の増加が心配だな。

多分５ビットのfull adderが必要になるんだけど、
残った回路に押し込めるのかどうか…
XC9536XLって、やっぱり小さいな…