Un générateur économique de signaux vidéo

Remarquable et compact, ce générateur de mire a été étudié pour vérifier les moniteurs vidéo à entrée composite, les téléviseurs pourvus d’une prise SCART (péritel), mais aussi les câbles coaxiaux utilisés dans les installations de télévision en circuit fermé. L’utilisation d’un microcontrôleur permet de produire une image avec un texte défilant et d’afficher l’heure.


Lorsqu’une installation de télévision en circuit fermé est mise en service, qu’elle soit destinée à la surveillance par l’intermédiaire d’une ou plusieurs caméras ou bien à la diffusion de clips vidéo reproduits à l’aide d’un magnétoscope, une des phases à effectuer préalablement à l’installation des moniteurs et des autres appareils, est le passage des câbles conclu par un essai qui garantisse la validité des connexions.
En l’absence d’instruments de mesures particuliers, on peut omettre cette procédure et relier en aval du ou des téléviseurs ou moniteurs les caméras ou magnétoscopes devant produire les images, puis s’assurer, une fois l’installation terminée, si tout se passe bien.
Dans une petite installation, les problèmes se solderont par la perte de quelques heures mais dans une installation plus complexe, si quelque chose va de travers, gare !
En ayant à sa disposition un générateur de signaux vidéo, il est possible de tester immédiatement chaque câble, cela permet d’intervenir rapidement pour d’éventuelles corrections.
Toutefois, les générateurs disponibles dans le commerce, coûtent des sommes que seuls les installateurs professionnels peuvent supporter mais que les techniciens amateurs ne sont pas prêts à débourser.
Pour cette raison, nous avons voulu proposer à nos lecteurs, le projet d’un générateur de signaux vidéo composites sous la forme d’un petit appareil simple et compact, installé dans un boîtier d’un modèle équipé d’un petit compartiment où on peut loger une classique pile de 9 volts.

Un générateur vidéo économique
Ce petit générateur, est capable de produire non seulement une image fixe avec une échelle de gris de 8 niveaux, mais également une inscription qui défile et l’heure que l’on peut corriger à l’aide de deux boutons poussoirs.
Le tout est facilement reproductible par quelqu’un qui a un minimum d’expérience dans les montages électroniques, avec un investissement dérisoire au regard du service rendu.
Notre circuit est non seulement adapté aux tests des câbles coaxiaux pour les installations de TV en circuit fermé, mais aussi pour vérifier les téléviseurs équipés d’une prise SCART ou les moniteurs vidéo composites, qu’ils soient en noir et blanc ou en couleurs.
Certes, l’image est en noir et blanc, mais nous ne pouvions pas prétendre plus avec le microcontrôleur PIC utilisé pour effectuer toutes les opérations nécessaires.
Toutefois, l’image est suffisante pour contrôler la géométrie de l’écran (trapèze, coussin, parallélogramme), la présence de perturbations ou d’interférences de natures diverses, la déflexion mais aussi les couleurs.
En effet, lors du contrôle d’un téléviseur couleur et bien que le fond soit en noir et blanc, s’il manque une couleur, le blanc n’apparaît pas blanc, mais coloré dans de la partie du tube cathodique endommagé ou si une des couleurs est inactive.
Pour comprendre la chose, il faut revenir à l’étude de l’optique et dire qu’une image à émission de lumière se forme dans l’oeil humain avec trois couleurs fondamentales qui sont le vert, le rouge et le bleu. Le mélange de ces trois couleurs produit les diverses tonalités de couleurs, du violet au rouge. La présence des trois couleurs dans des proportions égales donne le blanc.
Si une couleur vient à manquer, le rouge par exemple, l’écran produit une couleur jaune à la place du blanc. Si c’est le bleu qui manque, le vert prévaut, si ce dernier manque, le blanc apparaît légèrement violet.
Voici expliqué pourquoi, même avec une image en noir et blanc, nous pouvons contrôler un téléviseur ou un moniteur couleur.
Dans la pratique, un bon technicien sait que s’il manque une couleur, la cause peut être recherchée dans le tube cathodique (un filament brûlé ou la cathode concernée coupée) ou bien dans le driver RGB ou dans l’étage final (circuit imprimé accolé aux broches du tube cathodique).
Si, en supprimant le signal, l’écran apparaît coloré et non blanc, le défaut est dans le tube; dans le cas contraire, il se passe quelque chose dans l’électronique.
Un système plutôt efficace pour le savoir avec certitude consiste à prendre une résistance (aux alentours de 3,3 à 10 k en fonction de la tension de cathode), de relier une extrémité à la masse et de faire toucher l’autre extrémité, premièrement sur la cathode de la couleur rouge, puis sur celle du vert et ensuite du bleu.
L’écran doit tout d’abord apparaître rouge, puis vert et ensuite bleu.
Si nous ne voyons aucune de ces trois couleurs, le défaut est dans le tube cathodique et, dans ce cas, il y a peu de choses à faire.
Il est bien évident que le test évoqué cidessus ne doit être effectué si on sait “où on met les mains” sinon, il est facile de prendre une bonne secousse (la polarisation du tube cathodique met en oeuvre des tensions négatives de 200 à 400 volts!), ou d’endommager les circuits.
En outre, le contact avec les cathodes doit être le plus bref possible et, dans tous les cas, inférieur à 2 secondes, afin d’éviter des dommages dus à un courant de cathode excessif.
Bien, après ces brefs rappels de vidéotechnique et en laissant aux experts les diverses considérations, nous pouvons penser à notre circuit, certains qu’après une courte explication, vous saurez tous comment l’utiliser au mieux.

L’étude du schéma
Le schéma dévoile la simplicité de l’ensemble.
Tout est piloté par le microcontrôleur PIC16C84, programmé pour gérer tout le système.
Le microcontrôleur utilise trois routines principales, le timer pour l’horloge, le défilement du texte “VIDEO TESTER” et la génération de l’image fixe constitué d’un fond et d’une barre de 8 niveaux de gris.
Le quartz est un 4 MHz et c’est donc la fréquence de l’horloge qui scande chaque pas du programme.
Une fois l’alimentation en service, par l’intermédiaire de l’interrupteur S1, la diode zener DZ1 limite à 5,1 volts le potentiel fourni aux broches 4 et 14 du microcontrôleur.
Le microcontrôleur démarre, il exécute la phase d’initialisation et assigne les lignes RA0, RA1, RA2, RA3 et RB4 en tant que sortie et les lignes RB6 et RB7 en tant qu’entrées.
C’est des 5 premières lignes que sortent les signaux de luminance (broches 18, 1 et 2) avec lesquels sont composées les 8 combinaisons de gris (2 à la puissance 3 permet 8 possibilités), la broche 17 fournit le signal de synchronisation composite et le signal de l’inscription, en l’occurrence “VIDEO TESTER” et l’heure.
Quant aux deux entrées, chacune lit l’état d’un bouton poussoir : P1 permet l’avancement de l’heure d’une unité à chaque pression, P2 a une fonction analogue, mais pour les minutes. Les deux poussoirs étant du type normalement ouvert, le déclenchement se fait sur un front descendant.
Dans le PIC16C84, le programme impose une résistance de pull-up sur chacune des broches 12 et 13. Si nous voulons synthétiser le fonctionnement du générateur, nous pouvons dire qu’après l’initialisation des entrées/sorties, le programme principal démarre et procède à la génération des signaux de luminance par l’intermédiaire d’une routine assez complexe.

Figure 1 : Schéma électrique du générateur de signaux vidéo.

Figure 2 : Schéma d’implantation des composants.



Figure 3 : Dessin du circuit imprimé à l’échelle 1.

Liste des composants
R1 = 470 Ω
R2 = 270 Ω 1 W
R3 = 1,8 kΩ 1 %
R4 = 1 kΩ
R5 = 470 Ω 1 %
R6 = 270 Ω
R7 = 910 Ω 1 %
C1 = 1 μF 25 V électrolytique
C2 = 22 pF céramique
C3 = 22 pF céramique
DZ1 = Zener 5,1 V
LD1 = Diode LED rouge 5 mm
U1 = PIC16C84 préprogrammé
Q1 = Quartz 4 MHz
P1 = Poussoir pour ci
P2 = Poussoir pour ci
S1 = Interrupteur
VAL = Pile 9 V

Divers :
1 Support 2 x 9 broches
1 prise BNC pour ci
1 Boîtier plastique TEKO P7


La génération de l’image
Le signal de synchronisation est également généré par cette routine et est composé du mélange des impulsions pour la synchronisation verticale et pour l’horizontale (au-dessus du niveau du noir, chaque 64 μs, correspondant à 58,48 μs pour le tracé d’une ligne et à 11,52 μs pour le retour du spot électronique, durant lequel est effectuée l’extinction) nécessaire au moniteur pour reconstruire correctement l’image.
Le signal de luminance est une tension qui, en fonction de son amplitude, détermine si le point de l’écran marqué à un instant donné doit être blanc, noir ou gris plus ou moins sombre.
Plus l’amplitude est importante, plus le point est sombre et vice-versa.
Pour l’exactitude, selon le standard de la TV en noir et blanc, le signal vidéo est de 1 volt crête à crête, modulable entre 25 et 75 %.
A 25 %, (pied du blanc) correspond l’intensité lumineuse maximale du phosphore, ainsi le blanc est plus intense.
Par contre, 75 % équivaut au noir, qui porte à l’obscurcissement le point concerné de l’écran.
Notez que les impulsions de synchronisation se trouvent au-dessus du niveau du noir, afin de ne pas interférer avec l’image.
Ceci est obtenu aussi parce qu’elles tombent normalement dans l’intervalle de retour de la trace, qui dure 11,52 μs, contre à peine 5,76 μs de chaque impulsion de synchronisation de ligne.
Dans notre cas, le signal vidéo ne peut pas être analogique, mais digital et il est produit par l’intermédiaire de la combinaison logique des trois lignes RA1, RA2 et RA3: il en dérive un nombre limité de combinaisons de gris qui, à l’inverse de celles obtenues avec une caméra (analogique…), peuvent être au nombre de 8 maximum.
En fait, chaque ligne peut être à 0 et à 1 logique et les trois lignes permettent d’en obtenir 23 (2 puissances 3).
Voici expliqué pourquoi la bande horizontale est formée de 8 carrés, dont la tonalité passe du noir (à gauche) au blanc (à droite).
Le premier est obtenu avec les trois broches positionnées de manière à obtenir le maximum d’amplitude à un instant donné, le second correspond à une combinaison qui porte la valeur instantanée de l’amplitude égale à 25 % du maximum.
Entre ces points, il existe une série de compromis, en fait des amplitudes qui baissent au fur et à mesure que l’on tend à s’approcher du blanc.
De cela, nous pouvons déduire qu’en modifiant les valeurs des résistances R3, R5 et R7 on arrive à modifier non seulement le fond de l’image, mais également la couleur des 8 carrés.
Actuellement, les valeurs des résistances sont dimensionnées pour avoir un blanc réel et un noir le plus sombre possible. Il est évident que si vous changez quelque chose, vous pouvez arriver à obtenir un blanc plus “sale” et un noir plus clair.
Ceci dit, nous laissons de côté la synthèse des signaux vidéo, regroupés sur le point de sortie “OUT” (connecteur BNC), et passons à l’étude de l’horloge.
Cette dernière est implémentée à l’aide d’une routine appropriée et d’un timer.

L’horloge
Routine et timer sont toujours initialisés à la mise en service du circuit et sont capables de générer une interruption périodique qu’un compteur (software) utilise pour cadencer le déroulement du temps.
A chaque minute qui passe, le signal relatif à la composition des inscriptions est mis à jour, en ajoutant une unité.
Il faut noter que l’heure est affichée dans le format, heures et minutes, respectivement avec deux chiffres à gauche et deux chiffres à droite en bas de l’écran.
Il est possible de modifier l’état de l’horloge en agissant sur les deux poussoirs P1 et P2.
Le réglage manuel de l’heure est indispensable pour mettre le système à l’heure à chaque fois que l’on éteint l’appareil.
En effet, à la coupure de l’alimentation, le compteur software se met à zéro. Cela est inévitable dans un appareil portatif, conçu pour être allumé uniquement sur le lieu du test.
Toutefois, si vous montez le générateur en position fixe en l’installant à demeure sur l’établi de votre laboratoire, vous pouvez penser à une alimentation continue à partir du secteur et à une petite batterie en tampon qui maintienne la tension de 5 volts, même en cas d’une coupure de courant.

Le générateur de texte
Le signal des inscriptions sort de la broche RB4 et rejoint la sortie coaxiale à travers la résistance R6.
La même ligne, produit l’inscription “VIDEO TESTER” qui se déplace de droite à gauche sur l’écran.
Cette inscription est produite à l’aide d’une routine software qui permet d’anticiper, selon une période constante, la position des caractères après un certain nombre de balayages du cadre.
En fait, le texte est translaté d’un caractère au bout d’une seconde, utilisant la même base de temps que l’horloge.
Pour des raisons de simplicité, nous n’entrerons pas dans le détail de cette routine assez complexe, mais nous arrêtons ici afin de passer à la partie construction de notre appareil.

La construction
Pour réaliser le dispositif, il faut avant tout préparer le circuit imprimé dont vous pourrez trouver le tracé en figure 3 à l’échelle 1.
Après gravure et perçage, vous pouvez insérer les résistances et la diode zener en prenant soin d’orienter sa bague vers le circuit intégré.
Passez au montage des condensateurs en portant une attention particulière à C1 dont les pattes sont polarisées.
Installez et soudez le quartz de 4 MHz en position verticale.
N’oubliez pas la LED dans la position clairement représentée sur le schéma d’implantation des composants. Il faut la souder à une certaine hauteur du circuit imprimé afin de permettre son dépassement du coffret plastique dans lequel sera logé le générateur (voir la photo du prototype).
Les boutons poussoir, sont également soudés sur le circuit imprimé. Ils sont du modèle KSA au pas de 5 x 5 mm et du type normalement ouvert.
Pour la sortie du signal, nous avons prévu une prise coaxiale du type BNC femelle d’un modèle pouvant se souder directement sur le circuit imprimé.
Il faut enfoncer cette prise bien à fond dans ses trous de fixation avant de la souder.
En ce qui concerne l’alimentation, comme nous avons utilisé un modèle de coffret TEKO référence P7, doté d’un logement pour une pile de 9 volts, vous pourrez souder les deux fils (rouge et noir) aux petits clips en cuivre situés dans le compartiment pile et les relier ensuite aux points du circuit imprimé marqués + et – Val.
Il est pratique d’insérer un interrupteur dans le fil positif afin de pouvoir éteindre l’appareil.
Le montage terminé et le circuit imprimé installé dans le coffret, vous pouvez mettre en place le microcontrôleur PIC16C84 dans son support en prenant soin de bien orienter son repère-détrompeur, comme cela est représenté sur le schéma d’implantation de la figure 2.
A présent, l’appareil est prêt à l’emploi, vous pouvez l’essayer immédiatement en mettant en place une pile neuve de 9 volts sur les clips.
Si la LED reste éteinte, cela veut dire que vous avez commis une erreur. Toutefois, ne vous inquiétez pas, le microcontrôleur ne risque rien, étant donné qu’il est protégé par la diode Zener qui, à ce moment-là, ne fournira qu’une tension inverse de 0,6 volt.

Le réglage
Vérifiez qu’en déplaçant l’interrupteur en position ON (fermé), LD1 s’illumine.
Reliez la prise qui dépasse du boîtier à l’aide d’un câble coaxial équipé d’une fiche BNC à un moniteur vidéo composite ou à un téléviseur équipé d’une prise SCART (péritel).
Vous devez voir apparaître le cadre de l’image et l’inscription qui défile.
Si vous utilisez un téléviseur, n’oubliez pas de le régler sur le canal AV, sinon vous ne pourrez pas voir le signal entrant par la prise péritel.
Dans le cas ou vous voudriez utiliser le générateur sur un établi, une bonne solution consiste à l’installer dans un coffret équipé d’une petite alimentation secteur.
L’alimentation peut aussi être externe, d’un modèle de celles équipées d’une fiche femelle et capable de délivrer une tension de 9 à 12 volts avec un courant d’environ 100 milliampères.
Pour alimenter l’appareil, fixez une prise au fond du coffret en reliant une électrode au plus et l’autre à la masse.

La mise en boîte !


Le montage terminé, vous pouvez l’installer dans un coffret plastique (TEKO P7) doté d’un logement pour une petite pile de 9 volts. Reliez les deux plots du circuit imprimé marqués + et – Val à l’aide de deux fils aux électrodes se trouvant dans le logement pour la pile. Il convient également d’interposer un interrupteur relié en série sur le fil rouge du positif de la pile 9 volts.

Pour essayer les téléviseurs
Ce générateur vidéo est adapté pour résoudre une multitude de problèmes, parmi lesquels, le test des liaisons coaxiales dans les installations de TV en circuit fermé, la vérification de la qualité des images d’un téléviseur ou d’un moniteur vidéo composite, les réglages de la géométrie et de la déflexion du cadre de n’importe quel tube cathodique.
Dans le premier cas, il suffit de relier le connecteur BNC monté sur le câble coaxial dans la prise femelle BNC de votre dispositif, puis d’aller voir ce qui apparaît sur l’écran du moniteur disposé à l’autre extrémité du câblage.
En laboratoire, l’instrument est très utile pour enregistrer l’amplitude, la largeur et d’autres paramètres (trapèze, coussin, parallélogramme) de l’écran d’un moniteur, aussi bien que celui d’un téléviseur, pourvu qu’il soit équipé d’une prise SCART ou tout au moins d’une entrée vidéo composite.
Mais, outre la géométrie, nous pouvons vérifier le contraste d’un appareil N/B, mais aussi le fonctionnement d’un téléviseur couleur. En fait, même une image en noir et blanc peut mettre à dure épreuve un tube cathodique couleur. Si vous avez un doute, pensez que le blanc est composé de la somme des couleurs verte, bleue et rouge en quantité égale, donc si une des trois couleurs venait à manquer, à la place du blanc, une couleur différente pourrait apparaître. Si, par exemple, le rouge manque, le cadre paraîtra jaunâtre, par contre, il tendra vers la couleur violette si c’est le vert qui manque.
Par ailleurs, le cadre blanc dans l’échelle des gris permet de régler l’amplificateur RGB et l’amplificateur final situé sur le circuit imprimé accolé au tube cathodique. A condition toutefois que des trimmers de réglage se trouvent sur ce circuit.
En fait, si le blanc tend vers une des trois couleurs fondamentales, vous devrez renforcer les deux restantes ou bien atténuer celle qui prédomine.

L’image sur l’écran


Le générateur vidéo produit une sorte de mire composée d’un fond noir au milieu duquel est disposée une ligne formée de 8 carrés avec différents niveaux de gris. Celui de gauche est noir, par contre celui de droite est totalement blanc. Au-dessus, nous avons un texte “VIDEO TESTER” qui défile lentement et au-dessous, est indiquée l’heure générée par l’horloge de la “machine”, dans le format : heures et minutes.
Entre les deux chiffres, une barre inclinée change de position à chaque seconde.
La photo d’illustration montre clairement l’image que vous devrez voir sur l’écran.

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