Arduino изображение на телевизоре русский шрифт. Шаг четверый. Завершение

Слово от переводчика: когда-то, когда страна и деревья были большими, а воображение просто безграничным, была у меня мечта – возможность выводить изображение с моего программируемого микрокалькулятора Электроника МК-61 (ну, там графики всякие, кривые, картинки ) на экран телевизора. Времена были дикие позднесовковые, и не то что игровая приставка и очень персональный МИКРОкомпьютер («Правец 8Д» или «Специалист» или «Сикнклер»), но и видеомагнитофоны были в диковинку. В общем, народ требовал зрелищ и те, кто помнит цикл учебно – развлекательных публикаций для программируемых калькуляторов под общим названием «Путь к Земле» (журнал «Техника – Молодежи») меня поймут.

Если кратко, то в виде научно-фантастического романа с неплохим сюжетом описывалось путешествие двух идиотов случайных знакомых – профессионального космонавта и мажора кибернетика с Луны на Землю. Отдельной остроты всему сюжету придавало то, что путешествовали они на т.н. «Лунолете», то есть малом космическом судне с химическим двигателем, предназначенным для передвижения в условиях прямой видимости над лунами и прочими небесными телами похожими на биллиардный шар с простым рельефом. В каждом выпуске цикла присутствовало упрощенное правда, но вполне обоснованное математическое описание каждого маневра как в условиях сильной (относительно) гравитации близкого небесного тела, так и при влиянии на небесный снаряд героев гравитаций Земли и Луны, а также программа для расчета очередного этапа полета. В общем, глядеть на циферки на экране калькулятора не то чтоб доставало, но хотелось красивых кривых на экран (как в ЦУПе).

С другой стороны, не будем забывать что даже примитивные микроконтроллеры семейства Arduino на порядок превосходят по производительности не только микропроцессоры тогдашних флагманов – МК-52 и МК-61, но и вычислительные возможности некоторых 8-битовых игровых приставок поздних времен (Atary 2600 и прочих Рембо так точно).

В общем, вступление вышло слегка затянутым, так что перейдем к теме сегодняшнего занятия – выводе видеоизображения с Arduino на экран телевизора.

К сожалению, конструктивные особенности Arduino позволяют выводить только монохромное (черно – белые) изображения, хотя и это может быть полезным в некоторых проектах, а ЧСВ поднимет у нубов так точно…

Шаг первый. Детали и ПО

Вам понадобятся:

Детали и агрегаты:

Микроконтроллер Arduino
Телевизор (без него точно никуда)
Макетная плата или шилд для Arduino
2 резистора номиналом 470 Ом и 1 Ком
2 двухпиновых монтажных переходника папа-папа
Экранированный телевизионный кабель с тюльпаном на конце

Программное обеспечение:

Среда разработки/прошивки Arduino. Официальная ссылка

Шаг второй. Сборка

От имени автора прошу прощение за пахабное низкое качество изображения готового ТВ – переходника. Поясняется это тем, что при написании инструкций, сначала надо их писать, а потом уже приступать к сборке с тщательным фотофиксированием всех этапов. В нашем же случае, получилось все с точностью до наоборот, так что из мутного изображения готового переходника понять что-либо просто невозможно.

Гораздо лучше, что куда и как паять, поясняет принципиальная схема, к тому же состоящая всего из нескольких деталей.

Распиновка:

Sync — цифровой вывод 9 микроконтроллера

Video — цифровой вывод 8 микроконтроллера

GND — вывод GND микроконтроллера

Шаг третий. Программирование

Самая веселая часть – программирование.

В принципе, уже вышла новая версия ТВ – библиотеки, однако она еще более глючна нестабильна чем R5.91, которую использует автор, так что лучше качайте библиотеку по приведенной выше ссылке.

Текс программы для ленивых тех, кому лень перенабирать код с копии экрана:

#include TVout TV; unsigned char x, y; void setup () { TV.start_render(_NTSC); } void loop () { TV.clear_screen (); TV.print_str (10, 10, «TVout FTW!!!»); TV.delay (60); }

Предполагается, что базовые принципы работы и программирования Arduino – подобных микроконтроллеров вам известны, так что автор решил не растекаться мыслью по древу, порекомендовав ознакомится с командами библиотеки ниже:

begin(mode) Начало вывода информации на экран. Разешение стандартное — 128х96
begin(mode,x,y) Начало вывода информации на экран. Разешение определяется пользователем аргументами x,y
end() Очистка видеобуфера
force_vscale(sfactor) Force the number of times to display each line.
force_outstart(time) Force the time to start outputting on an active line.
force_linestart(line) Force line to start outputting on.
set_vbi_hook(func) Set the function to be called once per vertical blanking period.
set_hbi_hook(func) Set the function to be called once per horizontal blanking period.
hres() Команда возвращает значение горизонтального разрешения,
vres() Команда возвращает значение вертикального разрешения,
char_line() Команда возвращает значение количества символов, которые поместятся в строку.
set_pixel(x,y,color) Установка цвета пикселя по заданным координатам
get_pixel(x,y) Установка пикселя с заданными координатами в качестве точки отсчета.
fill(color) Заливка экрана заданным цветом.
clear_screen() Очистка экрана.
invert() Инвертирование изображение на экране.
shift(distance,direction) Прокрутка экрана на заданную дистанцию в любом из 6 направлений.
draw_line(x0,y0,x1,y1,color) Создание прямой с координат (x0,y0) до координат (x1,y1).
draw_row(row,x0,x1,color) Заполнение строки с координатами от x0 to x1 заданным цветом.
draw_column(column,y0,y1,color) Заполнение столбца с координатами от у0 до у1 заданным цветом.
draw_rect(x,y,w,h,color,fillcolor) Отображение прямоугольника с началом в координатах (x,y) с размерами(h,w), и заполнение заданным цветом.
draw_rect(x,y,w,h,color) Отображение прямоугольника с началом в координатах (x,y) с размерами(h,w).
draw_circle(x,y,radius,color,fillcolor) Отображение окружности с центором в координатах (x,y) с радиусом (RADIUS) и его заполнение заданным цветом
draw_circle(x,y,radius,color) Отображение окружности с центором в координатах (x,y) с радиусом (RADIUS).
bitmap(x,y,bmp,i,width,height) Отображение заданного изображения в координатах..
print_char(x,y,c) Печать символа в координатах (x,y).
set_cursor(x,y) Установка позиции для вывода слеующего символа.
select_font(font) Установка шрифт для вывода текста.
print() Вывод текста.
println() Вывод пстой строки.
printPGM() Вывод строки с текстом из памяти программы.
tone(frequency) Тональный сигнал с заданной частостой.
tone(frequency,duration) Тональный сигнал заданной частоты и длительности.
noTone() Прикращение вывода тонового сигнала.

Шаг четверый. Завершение

Если вы когда-нибудь почувствуете, что вашему Arduino-проекту стало тесно на алфавитно-цифровом дисплее 1602, обязательно обратите внимание на проект TellyMate Shield . Он позволяет выводить ту же алфавитно-цифровую информацию на обычный телевизор, через видео-вход.

При определенном везении можно заполучить весьма внушительных размеров дисплей (если телевизор имеет прилично дюймов в диагонали), работающий в режиме телетайпа 38 x 25 знакомест. Впрочем, бросив первый взгляд на схему, ловишь себя на мысли о розыгрыше. В самом деле:

Обычный ATmega8 на тактовой частоте 16 МГц формирует два компонента видеосигнала, которые смешиваются нехитрой схемой из двух резисторов и двух диодов. Группой переключателей S1 устанавливаются режимы работы; согласующий резистор 75 Ом подключается через перемычку и добавлен, скорее, для универсальности (думаю, в большинстве случаев не понадобится).

Arduino выводит информацию для отображения через последовательный порт - пины RX/TX. Если вас смущает, что по ним же происходит загузка скетча и во время этого процесса на экране появляется некая "ерунда", можно уйти на любой пин с помощью библиотеки SoftwareSerial. Поддерживаются разные скорости, а также есть возможность автоопределения. Простейший скетч выглядит так:

Serial . begin (57600 ); //57k6 baud Serial . println ("Hello, world!" );

К сожалению, изображение формируется исключительно черно-белое. Зато внутри имеем полноценный знакогенератор кодовой страницы 437, в котором есть псевдографика:

Вы, наверное, заметили, что для вывода видео использован аудио-разъем 3,5мм. На самом деле, это не казус, а вполне осознанный выбор, ограничивающий высоту элементов и делающий возможным стекирование шилдов:

Кроме вывода обычных символов, поддерживаются так называемые ESCAPE-последовательности, которые управляют курсором, удваивавают высоту и/или ширину символов и даже переключают банки шрифтов и переопределяют символы (что, впрочем, возможно только на ATmega328P, где памяти гораздо больше, чем у ATmega8). Таким же образом можно получить версию прошивки и прочую диагностическую информацию.

Поскольку все материалы доступны и открыты для доработки, мы решили немного поэкспериментировать и создать на базе этого шилда русифицированный вариант. Имя "TellyMate", подобно Arduino, является торговой маркой - поэтому пришлось назвать наш вариант Freeduino Teleсhat :

Все детали - PTH, поскольку шилд задумывался изначально в формате кита для самостоятельной сборки - и что может быть лучше, чем собрать всё самостоятельно? ;) Пины RX/TX имеют перемычки под пайку с обратной стороны платы, так что при желании их можно перерезать и подпаять к любым другим пинам. Аналогичным способом отключается и кнопка сброса - если не хотите, чтобы МК шилда сбрасывался синхронно со скетчем Arduino.

Краткое руководство по сборке шилда:

Русифицированный шрифт мы разместили точно таким же способом, что и автор - в виде ссылки на документ в GDocs, копию которого при необходимости можно сохранить у себя. В открытом документе надо зайти на последнюю закладку, генерирующую hex, и скопировать ее содержимое в файл fontbank0.c , подменив его в исходниках (можно скачать со страницы проекта). После компиляции получите прошивку c поддержкой кодовой страницы 866. Именно она и зашивается в ATmega8, входящие в комплект наборов Freeduino TeleChat.

Для вывода русского текста потребуется еще кое-что сделать. Как известно, ArduinoIDE хранит все символы в кодировке UTF-8, и для нормальной работы потребуется их транслировать в кодировку 866. Делать это в оригинальной прошивке нам показалось святотатством - авторы очень скрупулезно рассчитали все задержки в коде. Предлагаем самый простой вариант перекодирующей функции:

byte c1 = 0; void tele_print_char(char cd) { byte c = cd; if (c >= 0x80) { // UTF-8 handling if (!c1) { c1 = c; } else { if (c1 == 0xd0) { if (c == 0x81) Serial .print (char (0xf0)); // Ё else Serial .print ((char ) (c - 0x10)); } if (c1 == 0xd1) { if (c == 0x91) Serial .print (char (0xf1)); // ё else Serial .print ((char ) (c + 0x60)); } c1 = 0; } } else Serial .print (cd); } void tele_print_str(char *s) { for (int i=0;isetup () { char letter="АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ" ; Serial .begin (57600) ; Serial .println ("Hello World!" ) ; tele_print_str("Привет, мир!\n\r" ) ; tele_print_str(letter); } void loop () { // do nothing! }

Небольшой урок в котором вы узнаете, как подключить Arduino к телевизору (ТВ) для отображения текста, информации и графики.

Ардуино может быть подключена ко многим устройствам, включая датчики, электромеханические детали и даже простые дисплеи. Но представьте, что вы можете подключить Arduino к телевизору и использовать его для отображения текста, информации и даже грубой графики.

По традиции начинаем с деталей, которые нам нужны будут для проекта:

1x - 470 Ом резистор
1x - 1 кОм резистор
1x - ТВ с композитным видеовходом
1x - Композитный видеокабель (разъем RCA)

Схема подключения Ардуино к ТВ

Принципиальная схема довольно простая, которую вы можете увидеть на рисунке ниже. Не забывайте, что на резисторах есть перпендикулярные полоски, которые говорят о величине сопротивления резистора.

Как это работает?

Теперь поговорим о том, как работают композитные телевизионные сигналы.

Композитные телевизионные сигналы довольно сложны и запутанны, поэтому мы рассмотрим только основы. Следует также отметить, что мы будем рассматривать только PAL, а не NTSC, поскольку у них несколько разные тайминги, и мы большей частью живем в Европе, которая использует PAL.

Скорость, с которой телевизоры показывают серию изображений для формирования движущегося изображения, называется кадрами в секунду (также известными как FPS). Поскольку каждый кадр является неподвижным изображением, и эти изображения на телевизоре рисуются по строкам, изображения отправляются на телевизор последовательно, каждый пиксель отправляется по одному за раз. Но если линия изображения является последовательными данными, как определяется яркость? В отличие от цифрового последовательного соединения сигналы PAL являются аналоговыми, а напряжение на последовательной линии определяет, насколько ярким является пиксель. На приведенном ниже графике показан график PAL и значения разных напряжений.

Если входной сигнал равен 0 В, телевизор видит это как сигнал синхронизации. В зависимости от того, как выполняется синхронный сигнал, его можно использовать для передачи ТВ одной из двух вещей:

Горизонтальная синхронизация - готовность отобразить следующую строку на нашей картинке
Вертикальная синхронизация - готовность к совершенно новому изображению

Напряжение между 0,3 В и 1 В - это пиксели изображения, где 0,3 В представляет черный пиксель, 1 В представляет белый пиксель, а напряжения между ними являются серыми. Цветные пиксели не будут покрываться, так как цвет очень сложный, используя сигналы фазового сдвига и цветовой синхронизации. Итак, как мы можем достичь этих уровней напряжения, если у нас нет аналогового выхода на Arduino Uno? Вот зачем наши два внешних резистора!

Arduino Uno при использовании в сочетании с библиотекой TV Out имеет два контакта: видео и синхронизацию. Вывод видеосигнала используется для передачи видеоданных (отдельные пиксели), а синхросигнал используется для синхронизации телевизора. Эти два контакта соединены вместе через R1 и R2, которые образуют простой делитель потенциалов, который дает следующие уровни напряжения.

Установка ТВ библиотеки

Начните с загрузки , затем нажмите:

Sketch → Include Library → Manage Libraries
(Эскиз → Включить библиотеку → Управление библиотеками)

В открывшемся окне библиотеки выберите строку поиска и введите «TV Text».

Когда поиск будет завершен, выберите библиотеку ТВ-текста «TV Text» и нажмите «установить» (англ. - install).

Последний шаг будет включать в себя открытие встроенного примера, чтобы мы могли проверить его. Нажмите:

File → Examples → TV Out → Demo PAL
(Файл → Примеры → TV Out → Demo PAL)

Сборка устройства

Этот проект использует макет, чтобы помочь подключить Arduino Uno к двум резисторам и композитному видеокабелю. Ардуино подключен к компьютеру для легкого программирования, а также для обеспечения питания, и как только настройка будет выполнена (как показано ниже), вы можете запрограммировать Arduino и включить телевизор.

Если все идет по плану, у вас должно быть что-то похожее на экране телевизора, показанном ниже:

Это был первый урок из серии взаимодействия Ардуино и ТВ. Если мы получим хорошую обратную связь мы продолжим публикации уроков в данном направлении. Все отличных проектов.