تعالو معى لنتعرف على التلفزيون

كيف يعمل جهاز التلفزيون ؟؟؟؟

يتمّ صنع جهاز التلفزيون باستخدام أنبوب خلاء , و يحوي شاشة فوسفوريّة حيث يطلِق المدفع الإلكتروني عليها . عندما تضرِب الإلكترونات القادِمة من المدفع الإلكتروني الشاشة , ينبعِث الضوء من الفوسفور , و يضيء الفوسفور لفترة قصيرة بعد ذلِك . يمكِن حرف حزمة الإلكترونات الصادِرة عن المدفع لإلكتروني باستخدام مغانِط , بحيث تصيب الحزمة أجزاء مختلفة من الشاشة . إذا تمَّ التحكُّم بذلِك بحيث ترسُم الحزمة خطوط أفقيّة على طول الشاشة بشكلٍ مستمر ,بينما يتمّ التحكُّم بكثافة الحزمة , عندها يمكِن رسم صورة على الشاشة . يعاد رسم الصورة على الشاشة 25 مرة كل ثانية في نظام PAL , و لإنقاص ارتعاش الصورة يتمُّ تراكُب الصوَر , بإظهار الخطوط الفرديّة أولاً ثمَّ الخطوط الزوجيّة , و بهذا تُحدَّث الصورة 50 مرة في الثانية . و للحصول على اللون لا بدَّ أن تُقسَم كل حبة على الشاشة إلى ثلاثة ألوان : أحمر , أخضر و أزرق , و مع هذا نحنُ سوف نناقِش فقط التلفزيون الأبيض و الأسود , لأنَّ هذا فقط ما يمكِن توليدُهُ في برنامِج يعمل بالزمن الحقيقي ( مع متحكِّم PIC16F84 ) .





الحزمة الإلكترونيّة المرسومة على الشاشة يصبِح جزئيّ الصورة عبارة عن صورة كاملة


المعايير القياسيّة المختلِفة في التلفزيون
هناك ثلاث نظم قياسيّة في التلفزيون : NTSC , SECAM , PAL . نظام NTSC ( اختصار ل National Television System Committee , اللجنة الوطنيّة لنظام التلفزيون ) و لكِن في الأيام الأولى للتلفزيون كان هناك مشاكِل في الحصول على نفس اللون على كامِل الصورة مما حدا ببعض الظرفاء..! تسميتِه بالشكل ( Never The Same Color لا نحصل أبداً على نفس اللون ! ) يستخدِم هذا المعيار القياسي في أمريكا , و هو يحوي 525 خط مسح , و لكنَّهُ يساوي تردُّد تحديث الصورة فيه 30Hz . SECAM ( اختصار ل Sequential Color And Memory , تتالي اللون و تذكُّرهُ ) و كما يرغب الفرنسيّون عادةً عمل حلول خاصّة بهِم , ظهر تعليق ظريف على اختصار إسم النظام ( System Essentially Contrary to the American Method , نظام مصمَّم أساساً ليناقِض الطريقة الأمريكيّة ) , هذا هو النظام المعياري الفرنسي في التلفزيون . و أظهر استقراراً في الألوان و تمييز resolution بكثافة أعلى و لكِن أقل تمييز لوني . النظام المعياري الأوروبي هو نظام PAL ( Phase Alternating Lines , خطوط تبادُل الطور ) , و يحبّ مشجعي PAL أن يدعوه اختصاراً ( Perfect At Last , هو الأكمل في النهاية ) , و هو يمتلِك 625 خط في كلّ إطار , و 25 إطار في كلّ ثانية . و هو يقوم بالأساس على نظام NTSC . و لكِن تمَّ تحسين ترميز الألوان باستخدام إزاحة الطور عند كل خطّ آخر لإزالة الخطأ اللوني الذي يحصُل في نظام NTSC . في هذا المقال سوف نركِّز على نظام PAL .

معلومات عن إشارات الصورة
تمتلِك الصورة الظاهِرة مستويات إضاءة مختلفة . تمسح الحزمة الإلكترونيّة على الشاشة شدة الإضاءة التي يجِب أن يكون عليها هذا الموضِع و هذا يتمُّ إرسالُهُ كمستوى جهد في إشارة الصورة . لا يوجد هنا أية معلومات حول موضِع الحزمة الإلكترونيّة على الشاشة , لحلّ هذا يتمّ إرسال نبضة تزامُن في بداية كل خط لإخبار جهاز التلفزيون أنَّ الخط الحالي قد انتهى و يجِب نقل الحزمة الإلكترونيّة للأسفل من أجل الخط التالي ( مثل مفتاح Enter في لوحة المفاتيح , عند كتابة نصّ في الحاسِب ) . و يجِب أن يعرِف التلفزيون متى ستأتي الصورة التالية , يتمّ هذا عن طريق عمل مخطَّط تزامن خاصّ ( مثل عمل "مستند جديد" عند كتابة نصّ على الحاسِب ) . الصورة التي تحدَّث 25 مرة في الثانية قد يظهر فيها بعض الارتعاش , لذلِك يتم رسم الخطوط الزوجيّة و بعدها تُرسَم الخطوط الفرديّة ' تُظهِر هذِهِ الطريقة 50 نصف صورة في الثانية , مما يقلِّل ارتعاش الصورة . المعلومات حول فيما إذا كانت الصورة تحوي خطوط زوجيّة أو فرديّة يتمّ إرسالها في مخطَّط التزامُن الشاقولي , كمخططات مختلِفة للصور الفردية و الزوجية . مجال جهد إشارة الصورة يتراوح بين 0 و 1V , حيث يمثل 0.3V اللون الأسود , و يمثِّل 1.0V اللون الأبيض ( تمتلِك تدرُّجات الرمادي قيَم جهود بين هاتين القيمتين ) , تمثِّل المستويات القريبة من الصفر نبضات التزامُن .

خطّ المسح
يتمّ تجزيء الصورة إلى خطوط مسح , وهذا هو أهمّ جزء في الصورة لأنَّهُ يحوي معلومات الصورة . طول خط المسح هو 64us . في البدء يتمّ إرسال نبضة تزامن طولها 4us , و يُجعَل مستوى الإشارة 0V و ذلِكَ لإعلام جهاز التلفزيون بقدوم خطّ جديد . كانت أجهزة التلفزيون القديمة بطيئة , فهي كانت تحتاج إلى نبضة بطول 8us بعد نبضة التزامُن لجعل الحزمة الإلكترونيّة في موضعها الصحيح . خلال هذِه الفترة تبقى الإشارة في مستوى الأسود . يلي التأخير 8us معلومات الصورة لمدة 52us , و يتمُّ رسمُهُ من اليسار إلى اليمين بحسب معطيات شدة الإضاءة المحتواة في إشارة الصورة . يمثَّل الأسود ب 0.3V و يتزايد الجهد بتزايد شدة الإضاءة , إلى شدة الإضاءة الأعلى مع الجهد 1.0V ( الأبيض ) .
انظُر إلى الصورة في الأسفل لمعرفة كيف تعمل خطوط المسح .



صورة من راسِم الاهتزاز لخط مسح واحد

وضع خطوط المسح مع بعضها في الصورة
يتمّ تركيب الصورة بدءاً من 625 خط مسح . و لكِن لا يُظهِر جهاز التلفزيون 625 خط . يتمّ استخدام بعض الخطوط كنبضات تزامُن , و تكون بعض الخطوط غير مرئيّة , لأنَّ التلفزيونات القديمة كانت تحتاج إلى بعض الوقت لنقل الحزمة الإلكترونيّة من أعلى الشاشة إلى أسفلها . ( تُستخدَم هذِهِ الخطوط غير المرئيّة لأغراض أُخرى , مثل نقل النصوص عبر التلفزيون ) .



صورة من راسِم الإشارة لعدّة خطوط مسح في إشارة الصورة


نبضات التزامُن الشاقولي
لإخبار التلفزيون بوصول صورة جديدة , يتم إرسال المخطط الخاصّ بنبضات التزامُن . حيث يتمّ إرسال الصورة المركَّبة بدءاً من نصفيّ صورة , المخطط يختلِف للصور الفرديّة و الزوجيّة . و تبدو نبضات التزامُن الشاقولي كالشكل التالي :



تُظهِر الصورة نبضات التزامُن الشاقولي لنصفيّ الصورة . المستويات هي طبعاً 0V و 0.3V ( الأرقام التي تحت الإشارات هي أرقام خطوط المسح

تشكيل إشارة الصورة باستخدام برنامِج
هنا نأتي إلى كيفيّة تشكيل إشارة الصورة باستخدام برنامِج , و ليس من الممكن فهمها إذا لم تفهم طريقة تركيب إشارات الصورة المشروحة سابِقاً .
عندما تعرِف كيف ستبدو إشارة الصورة , سيكون من السهل توليدها عن طريق برنامِج , و حتى لو كنتَ تحتاج إلى قدرة معالجة غير محدودة . المشكلة أنَّ هذِهِ العمليّة تحتاج إلى الكثير من القدرة من المعالِج , و إذا لم يكُن لديكَ معالِج قوي يمكِن عملها بشكلٍ ما عن طريق التفكير جيداً قبل كتابة شيفرة البرنامِج .
في شيفرة البرنامِج في القسم الأوَّل سوف أستخدِم وحدتيّ الماكرو ( إجرائيّة) التاليتين :
DNOP : dual nop , ماكرو للانتظار دورتيّ ساعة , بدلاً من تنفيذ عمليتيّ nop .
DELAY : إجرائيّة التأخير تعمل على تأخير رقم الساعة ثلاث مرات في مسجِّل W .

القِطَع اللازمة
حتى تتمكَّن من توليد إشارة الصورة , تحتاج إلى بعض القِطَع اللازمة لتوليد مستويات الإشارات بين 0 و 1V . للحصول على الصورة تحتاج على الأقلّ إلى ثلاثة مستويات .
يحتاج التلفزيون مستوى تزامُن و مستوى أسود حتى يمكِن إقفال إشارة الصورة . إذا أردتَ أكثر من مجرَّد صورة سوداء فأنتَ تحتاج إلى بعض مستويات الرمادي و الأبيض .
و من هنا الحاجة إلى مبدِّل إشارة رقميّة إلى تمثيليّة . بطول خانتين على الأقلّ للحصول على مستويات كافية . ممانعة الدخل للإشارة المركَّبة على التلفزيون القياسي هو 75 أوم , عن طريق استخدام مبدِّل رقمي إلى تمثيلي 2-bit بمقاومتين و يمكِن عملُهُ اعتماداً على مبدأ تجزيء الجهد .



عند وصل كلاً من D0 و D1 إلى الأرضي , الجهد على مدخل التلفزيون سيكون 0V ( مستوى تزامُن ) لأنَّهُ لم يوصَل شيء إلى VDD .




عند وصل D1 إلى الأرض و D0 إلى 5V , سوف تكون مقاومة 450 أوم على التوازي مع ممانعة المدخل 75 أوم في التلفزيون , و مقاومة 900 أوم موصولة على التسلسل , و بالاستفادة من تجزيء الجهد هذا يولِّد 0.33V على مدخل التلفزيون , و هذا أسود إلى حدٍّ ما ( مستوى الأسود الفِعلي هو 0.3V ) .




وصل D1 إلى الأرض و D0 إلى 5V , سوف يجعل مقاومة 900 أوم على التوازي مع مقاومة 75 أوم ممانعة مدخل التلفزيون , و مع مقاومة 450 أوم موصولة على التسلسل , و بالاستفادة من تجزيء الجهد سوف يولِّد هذا 0.6V على مدخل التلفزيون , و هذا هو اللون الرمادي .




عند وصل كلّ من D1 و D0 إلى 5V , سوفًَ توضَع المقاومتان 900 أوم على التوازي , مع ممانعة المدخل 75 أوم للتلفزيون الموصولة على التسلسل , و بالاستفادة من تجزيء الجهد يتولَّد 1.0V على مدخل التلفزيون , و هذا هو مستوى الأبيض .

يمكِن تشكيل أربعة مستويات باستخدام هذه الدارة . تظهر الصوَر السابِقة الدارات المكافئة للمستويات الأربعة المختلِفة و كيف يمكِن تشكيل الجهود . قيم المقاومات غير هامّة , و يمكنكَ استخدام القيَم القياسيّة 470 و 1K بدلاً من 450 و 900 , و تبقى الدارة تعمل ( مع اختلاف بسيط في شدّة الإضاءة و لكِن لن يؤثِّر ذلِك كثيراً على الصورة ) .
و بهذا يمكِنكَ تشكيل إشارات تزامُن , مستويات الأسود , الرمادي و الأبيض . و هذا كافي تماماً لعمل رسومات بسيطة مثل ألعاب Pong and Tetris . و من الممكِن تشكيل مستويات أكثر باستخدام مبدِّل رقمي إلى تمثيليّ ذو عدد مستويات أكبر , و إذا أردتَ خانات أكثر في مبدِّل رقمي/تمثيليّ يمكنكَ استخدام مبدّل D/A حقيقي بدلاً من مبدِّل باستخدام المقاومات و هذا ما استخدمتُهُ في المبدِّل الذي عمِلتُهُ . ( و بهذا سوف تحتاج إلى معالِج أسرع ) .

توليد إشارات الصورة عن طريق الدارات و البرمجيّات
في نظام صورة معياري مثل بطاقة الرسومات في الحاسِب , تؤخَذ معلومات ما يجِب رسمُهُ على الشاشة من الذاكِرة . و يتمّ عمل ذلِكَ بالإضافة إلى نبضات التزامُن عن طريق الدارات بشكلٍ أوتوماتيكي . يعمل البرنامِج الكتابة في الذاكِرة لإخبار الدارات كيف ستبدو الصورة على الشاشة . مع أنَّ هذا لا يحتاج الكثير من الدارات , إلا أنَّهُ يحتاج الكثير من الذاكِرة أيضاً , في بطاقة رسوميّات الحاسِب هناكَ عادةً عدة ميغا بايت لذاكرة الرسوميّات . في متحكِّم PIC16F84 يوجد ذاكرة بمقدار 68byte , و يمكِن استخدام هذِهِ الذاكِرة لتخزين متغيّرات البرنامِج و غيرِها . و ليس من الممكِن تخزين كامِل الصورة في الذاكِرة مثل بطاقة الرسوميّات , يجِب تشكيل الصورة عن طريق مسح إشارة الصورة على الشاشة . توليد إشارات الصورة عن طريق برنامِج على معالِجٍ بسيط هو أمر صعب , و يمكِن تشكيل الصوَر البسيطة فقط . فائِدة هذا أنَّهُ رخيص نسبياً ) .

خط مسح وحيد ,لتشكيل شريط شاقولي
الاختبار الأوَّل الذي قُمتُ بِهِ قبل عمل برنامِج توليد الصورة هو في عمل شريط شاقولي أبيض على الشاشة . و عند توليد خط مسح وحيد مع المعلومات اللونيّة رمادي-أسود-أبيض-أسود-رمادي , و إعادة المسح إلى اللانهاية , يمكِن أن تظهر الصورة على التلفزيون . الإشارة المحتواة في نبضة التزامُن الأفقي . يليها تأخير و بعدَهُ المعلومات اللونيّة , و بهذا سيعمل التلفزيون على إقفال الإشارة أفقياً .( و ليس شاقولياً لأنَّهُ لا يوجَد نبضات تزامُن شاقوليّة )
تحياتى:rose: