Laboratorium Projektowania Układów Cyfrowych

Instrukcja do ćwiczenia

Model Gry Telewizyjnej

Gliwice 1998

I. WSTĘP

Gry telewizyjne, których historia sięga roku 1972, są typowym przykładem "rozrywkowego” zastosowania wyłącznie profesjonalnej w początkowym okresie techniki cyfrowej. Oczywiście sam fakt niezbyt poważnego zastosowania nie determinuje bynajmniej niepoważnego traktowania projektowania i realizacji takich urządzeń; wprost przeciwnie, gry telewizyjne są układami na tyle skomplikowanymi, że dopiero dostateczny rozwój elektroniki, a w szczególności techniki cyfrowej, w ogóle umożliwił ich powstanie. W chwili obecnej gry TV tworzę poważną gałąź przemysłu, w którym wykorzystuje się najnowsze osiągnięcia technologii elektronicznej, ze specjalnymi układami scalonymi LSI (pierwszy opracowała w roku 1976 firma General Instrument) czy też mikroprocesorami, pod niektórymi względami przewyższającymi zresztą swymi parametrami mikroprocesory przeznaczone do standardowych zastosowań.

Celem prezentowanego ćwiczenia jest zapoznanie ćwiczących z podstawowymi problemami związanymi z generowaniem różnego typu ruchomych i nieruchomych obrazów na ekranie telewizyjnym - na przykładzie prostej gry telewizyjnych. Podobne problemy dotyczą także m.in monitorów graficznych i semigraficznych, układów cyfrowego wyświetlania informacji itp.

II. TRANSMISJA OBRAZU TELEWIZYJNEGO

Transmisja obrazu za pośrednictwem telewizji polega na analizowaniu elementów obrazu według określonego porządku, przesyłaniu sygnału odpowiadającego temu obrazowi, a następnie odtworzeniu kolejno fragmentów obrazu według tego samego co poprzednio porządku.

Analiza obrazu zachodzi w próżniowej lampie analizującej lub jej półprzewodnikowym odpo-wiedniku, zazwyczaj układzie CCD, gdzie następuje przyporządkowanie jasności (luminancji) analizowanego aktualnie fragmentu obrazu chwilowej wartość sygnału wyjściowego, np. napię-cia. Przyjęto analizować i odtwarzać obraz kolejno liniami, z lewej do prawej strony i z góry na dół (Rys.4). W ten sposób w każdej chwili przesyłany jest sygnał odpowiadający tylko jednemu punktowi obrazu, a cały obraz powstaje ze złożenia wielu takich punktów, przesyłanych w czasie kolejno po sobie i "zorganizowanych" w formie linii. Dostatecznie duża częstotliwość tak uformowanych obrazów daje wrażenie ciągłości.

Końcowym elementem odbiornika telewizyjnego w procesie przetwarzania sygnału wizyjnego na obraz jest kineskop - odbiorcza telewizyjna lampa elektronowa. Aby odbierane obrazy na ekranie telewizora były identyczne z analizowanymi w miejscu nadawania, bieg wiązek elek-tronowych w lampie analizującej i w kineskopie, lub ściślej - analiza i odtwarzanie obrazu - muszą być ściśle zsynchronizowane; zapewniają to odpowiednie sygnały synchronizujące, przesyłane wraz z sygnałem treści obrazu w zespolonym sygnale wizyjnym.

Impulsy synchronizacji poziomej (linii, SH) wyznaczają moment początku kreślenia kolejnej linii obrazu - tak w lampie analizującej, jak i w kineskopie. Impulsy synchronizacji pionowej (pola, SV) wyznaczają moment początku kreślenia pierwszej - górnej - linii obrazu. Dzięki sygnałom synchronizującym prędkości przesuwania strumienia elektronów w lampie analizującej i w kineskopie, zarówno w kierunku poziomym, jak i pionowym, mogą się nieznacznie różnić, nie wprowadzając większych zniekształceń powstającego obrazu. Dla niezbędnego odróżnienia sygnałów synchronizacji od sygnału treści obrazu maja one amplitudę większą (lub mniejszą, zależnie od standardu) od wszystkich możliwych sygnałów treści, które na wyjściu lampy analizującej są w związku z tym odpowiednio ograniczane. Z kolei dla odróżnienia sygnału synchronizacji poziomej od pionowej mają one zasadniczo różne czasy trwania .

Ponieważ po zakończonym kreśleniu kolejnej linii plamka świetlna powinna możliwie szybko powrócić do lewej krawędzi ekranu bez pozostawienia widocznego śladu, zostaje ona w tym czasie wygaszona, dzięki przesyłaniu w zespolonym sygnale wizji również tzw. sygnału wygaszania, o poziomie odpowiadającym całkowitemu wygaszeniu plamki (poziom "czarniejszy od najczarniejszego").

Ogół zasad, umożliwiających współpracę stacji nadawczej i odbiornika telewizyjnego, określających czasowe, amplitudowe i fazowe zależności w zespolonym sygnale wizji, a także rodzaj modulacji tym sygnałem fali nośnej w.cz, sposób przesyłania dźwięku towarzyszącego itp., tworzy tzw. standard telewizyjny. Najważniejsze normy obowiązujego w naszym kraju standardu podano poniżej. Obraz tworzony jest z 625 lini, z tym, że składa się on z 2 półobrazów, nada-wanych kolejno, przesuniętych względem siebie o 1/2 lini i zawierających 312,5 linii każdy. Przyjęcie takiej zasady (tzw. międzyliniowości) pozwala na zmniejszenie migotania obrazu i zmniejszenie szerokości pasma częstotliwości niezbędnego do jego przesłania, przy nieznacznie tylko pogorszonej jakości.

Najważniejsze normy standardu telewizyjnego:

- Typ i rodzaj modulacji sygnału w.cz. dla obrazu: A5 negatywowa (amplitudowa, negatywo-wa, z częściowo stłumioną wstęgą dolną)

• Poziom synchronizacji: 100% wartości szczytowej fali nośnej

- Poziom wygaszania: 72,5 … 77,5%

- Maksymalny poziom czarni: 3 … 5% poniżej poziomu wygaszania

- Minimalny poziom bieli: 10%

- Liczba Iini w obrazie: 625 w 2 półobrazach

- Częstotliwość półobrazów: 50 Hz +/- 0.05%

- Częstotliwość linii t: 15625 Hz +/- 0.05%

- Okres trwania linii H: 64 μs

- Szerokość impulsu synchronizacji Iinii : 4,5 … 5,3 μs

- Okres trwania pola: (półobrazu) 20 ms

- Szerokość grupy impulsów synchronizacji pola: 162 lub 192 μs

Zespolony sygnał wizji tworzony w układach gier TV do sterowania odbiornikiem telewizyjnym może być w pewnym stopniu uproszczony względem wymagań standardu; dotyczy to także niektórych innych norm standardu.

W pierwszym rzędzie możliwa jest rezygnacja z międzyliniowości, gdyż 312 linii w każdym obrazie zazwyczaj jest wystarczające dla potrzeb większości prostych gier telewizyjnych. Ponadto sygnał treści obrazu może być często dwuwartościowy; odpowiada to białym sylwetkom, liniom itp. na ciemnym tle, lub odwrotnie. Dopuszczalna jest także rezygnacja z impulsów wyga-szających, a impulsy synchronizujące nie muszą być całkowicie zgodne z normą; niewielkie odstępstwa w ich czasach trwania nie powodują zazwyczaj negatywnych skutków, dzięki dużej elastyczności układów synchronizacji współczesnych odbiorników telewizyjnych. Również rezygnacja z utrzymania synchronizacji poziomej w czasie trwania impulsów synchronizacji pionowej, czyli zastąpienie grupy tych impulsów jednym, nie wywołuje wyraźnego pogorszenia synchronizacji. Dotyczy to także rezygnacji z tzw. impulsów wyrównawczych. Wreszcie możliwa jest uproszczona modulacja zespolonym sygnałem wizji fali nośnej w.cz, z zachowanymi obiema wstęgami bocznymi, a częstotliwość fali nośnej nie musi odpowiadać dokładnie unormowanej częstotliwości podstawowej jednego z kanałów telewizyjnych.

W grach telewizyjnych rezygnuje się czasem z przesyłania dźwięku towarzyszącego.

Na rys. 1 przedstawiono schematycznie przebieg zespolonego sygnału wizyjnego zgodnego ze standardem OIRT. Rys. 2 przedstawia zespolony sygnał wizji uproszczony, możliwy do przyjęcia w prostych grach TV, a rys. 3 falę nośną w.cz, zmodulowaną takim sygnałem. Na rys. 4 pokazano sposób tworzenia obrazu z linii, natomiast rys. 5 jest obrazem odpowiadającym sygnałowi z rys. 2 i 3.

Każdy punkt na ekranie telewizyjnym opisany jest trzema współrzędnymi: odległością od górnej krawędzi ekranu, odległością od lewej krawędzi oraz luminacją. Tym współrzędnym przyporządkowane są trzy wielkości w zespolonym sygnale wizyjnym odpowiadającym obrazowi tego punktu: odstęp czasowy od impulsu synchronizacji pionowej (pola), odstęp czasowy od impulsu synchronizacji poziomej (linii) oraz poziom napięcia w tym czasie, zawarty pomiędzy skrajnymi poziomami bieli i czerni (w grach TV często równy tym poziomom).

Wygenerowanie zatem najprostszego obrazu, np. prostokąta, wymaga realizacji odpowiednich opóźnień czasowych względem impulsów synchronizujących; prostokąt poruszający się powstanie, gdy opóźnienia te będę zmienne w kolejno wyświetlanych obrazach.

III. METODY WYTWARZANIA OBRAZU TELEWIZYJNEGO

Wytwarzanie obrazu na ekranie bez pośrednictwa lampy analizującej polega na generowaniu, w odpowiednich układach, zespolonego sygnału wizji odpowiadającego pożądanemu obrazowi. Wymaga to zawsze zapewnienia odpowiednich opóźnień czasowych względem impulsów synchronizujących. Ze względu na sposób realizacji tych opóźnień wyróżnić można 3 podsta-wowe grupy metod wytwarzania obrazu: analogowe, cyfrowe i mieszane.

Do zalet metod analogowych należy zazwyczaj względna prostota technicznej realizacji; wadami są niezbyt duża dokładność oraz czasowa i temperaturowa niestabilność .

Metody cyfrowe to metoda logiki matematycznej, dekodowania sygnałów, porównania cyfrowego, licznikowa, matrycy pamięciowej i metody liczące. Zaletą tej grupy metod jest duża dokładność i stabilność, wadą - dość duży stopień komplikacji.

Metody mieszane -rzadziej obecnie stosowane - wykorzystuję zalety obu poprzednich grup.

Niektóre z tych metod, najpopularniejsze w prostych grach TV, zostanę omówione nieco dokładniej.

1. Metoda opóźnień czasowych (Rys.6).

Metoda ta polega na wykorzystaniu uniwibratorów do generowania sygnałów opóźnionych względem impulsu synchronizującego o wymagany czas. Przykładowo dla wytworzenia na ekranie obrazu pionowego pasa, należy po każdym impulsie synchronizacji poziomej SH genero-wać, ze stałym opóźnieniem (wyznaczającym odległość pasa od lewej krawędzi ekranu) impuls, którego czas trwania określa szerokość wytworzonego pasa. W podobny sposób można uzyskać linię poziomą.

Metoda może służyć do przemieszczania po ekranie elementarnych obszarów wytworzonych innymi metodami. Jej zaletą jest łatwość w uzyskiwaniu zmian parametrów obrazu (położenia, rozmiarów), wadą natomiast - trudność w realizacji bardziej złożonych obrazów. Podkreślić należy, że wykorzystanie metody opóźnień czasowych pozwala na uzależnienie, i to liniowe, położenie obrazu od wartości zewnętrznej rezystancji lub pojemności, wyznaczającej czas trwania impulsu wyjściowego uniwibratora. Z tego względu bywa ona stosowana do generowania takich obrazów, których parametry powinny być zmieniane zewnętrznymi elementami regulacyjnymi (manipulatorami) - a więc obrazów "zawodników" , "rakiet" itp.

2. Metoda modulacji szerokości impulsów.

Metoda ta polega na odpowiednim sumowaniu napięć piłokształtnych (czasem o innym kształcie) i porównywaniu w komparatorze analogowym z napięciem progowym V_R. Napięcia piłokształtne mogą mieć częstotliwość linii lub pola, czyli 15625 lub 50Hz. Układ z rys. 7a pozwala na uzyskanie liniowej zależności opóźnienia T od napięcia progowego V_R. Na ekranie odpowiada to obrazowi półpłaszczyzny ograniczonej prostą pionową lub poziomą, której poło-żenie zależy jest od V_R. Złożenie przebiegów piłokształtnych o częstotliwości pola i linii pozwala na uzyskaniu jasnej półpłaszczyzny ograniczonej prostą ukośną (rys. 7b, c). Prosta ta może mieć nachylenie i położenie zależne od stosunku amplitudy obu przebiegów liniowych i od napięcia progowego V_R.

Przy zastosowaniu przebiegów innych niż piłokształtne można uzyskać na ekranie inne obrazy - mogą być one ograniczone np. krzywymi drugiego stopnia.

Metoda powyższa nadaje się w szczególności do generowania tzw. obrazów pierwotnych (elementarnych), z których można następnie składać obrazy złożone, bardziej skomplikowane. Ponadto stosowana jest do wytwarzania takich obrazów, których parametry - przede wszystkim położenie - uzależnione są od pewnego sygnału napięciowego V_R. Wprawdzie możliwe jest tu także użycie uniwibratorówo czasie trwania impulsu zależnym od napięcia, jednak uzyskiwana zależność jest nieliniowa i obejmuje stosunkowo niewielki zakres zmian opóźnienia.

3. Metoda logiki matematycznej

Jest to metoda uzyskiwania obrazów złożonych z obrazów pierwotnych otrzymanych innymi metodami. Obrazuje ją rys.8., na którym przedstawiono przykładowe obrazy pierwotne a,b,c,d i odpowiadające im sygnały xl, x2, x3, x4, a także przykłady różnych obrazów złożonych i wymagane dla ich uzyskanie funkcje logiczne sygnałów x1, x2, x3, x4.

4. Metoda dekodowania sygnałów cyfrowych.

Jest to metoda ściśle cyfrowa, stosowana do wytwarzania obrazów stałych (tzn. nie zmieniających swego położenia na ekranie), a także impulsów synchronizacji poziomej i piono-wej. Polega na dekodowaniu w odpowiednim układzie kombinacyjnym wybranych stanów równoległego licznika, którego pełny cykl zliczania odpowiada czasowi kreślenia linii (64 μs) lub pola (20 ms) - rys. 9. Metoda zawiera się właściwie w metodzie logiki matematycznej, przy czym zmiennymi wejściowymi układu logicznego są sygnały wyjściowe licznika. Jeżeli impulsy syn-chronizujące są generowane w inny sposób, licznik musi być nimi synchronizowany. W metodzie tej, tak jak i w innych cyfrowych, opóźnienie i czas trwania impulsu wyjściowego może zmieniać się w sposób dyskretny, skokowo. Odpowiada to skokowym zmianom rozmiarów i położenia obrazu na ekranie telewizora.

5. Metoda porównania cyfrowego

Metoda ta także pochodzi od metody logiki matematycznej i zbliżona jest do poprzedniej, jednak bardziej uniwersalna. Opiera się na porównywaniu w komparatorze cyfrowym aktualnego stanu licznika ze stanem odniesienia, dowolnie ustalanym (Rys.10e). Kosztem zatem niewątpli-wego wzrostu stopnia komplikacji możliwa jest zmiana stanu licznika, a więc i opóźnienia wzglę-dem impulsu synchronizującego, przy którym następuje porównanie, równoznaczne z wygenero-waniem sygnału odpowiadającego pożądanemu położeniu elementarnego obrazu na ekranie. Dla sygnału odniesienia zmiennego w czasie, np. pochodzącego z odrębnego licznika równoległego, położenie elementu obrazu na ekranie zmienia się w sposób quasiliniowy (Rys. 10b).

6. Metoda licznikowa

W metodzie tej odliczanie liczby impulsów zegarowych, po których - od wystąpienia impulsu synchronizującego - nastąpić ma wygenerowanie impulsu określającego początek elementarnego obrazu, odbywa się w liczniku o programowanej pojemności, którego jeden ze stanów jest dekodowany. W najprostszym rozwiązaniu może to być licznik odejmujący z równoległymi wejściami programującymi. Na wejścia te podawane jest liczba, określająca wymagane opóźnienie, wprowadzana do licznika sygnałem synchronizującym (Rys. 11). Następnie licznik odlicza impulsy zegarowe aż do osiągnięcia dekodowanego stanu zerowego. Zalety i wady tej metody są podobne, jak dla poprzedniej.

7 . Metoda matrycy pamięciowej

Kształt elementu obrazu pamiętany jest w postaci cyfrowej, w ten sposób, że każdej linii tego obrazu odpowiadają dwa słowa w pamięci, określające odległość fragmentu obrazu od krawędzi ekranu, oraz długość tego fragmentu. Słowa pamięci są przekształcane w odpowiednie opóź-nienia jednym z poprzednich sposobów. Metoda daje doskonałe efekty wizualne, wymaga jednak pamięci o znacznej pojemności i skomplikowanego układu sterującego. Stosowana jest m.in. przy wykorzystaniu systemów mikroprocesorowych. Wykorzystywana bywa do generowania znaków alfanumerycznych o b. eleganckiej formie.

IV. LABORATORYJNA REALIZACJA ĆWICZENIA

W ćwiczeniu możliwe jest stosowanie różnych cyfrowych metod generowania obrazów, jednak najprostsze rozwiązania można otrzymać metodą porównania cyfrowego (rys. 10). Specjalnie dla tej metody opracowane zostały dodatkowe, wyspecjalizowane kasety laborato-ryjne: TVG i TVK.

Kaseta TVG

Kaseta ta zawiera kompletne 8-bitowe liczniki współrzędnej poziomej (LH) oraz współ-rzędnej pionowej (LV), a także układy generujące sygnały synchronizacji poziomej (SH) i pio-nowej (SV), całkowity sygnał synchronizacji S wraz z impulsami wyrównawczymi, oraz sygnały odpowiadające stałym liniom obrazu - pionowym (H1….H5) i poziomym (V1.…V4). Stan odpowiedniego licznika określa opóźnienie czasowe względem impulsu synchronizującego, a w związku z tym współrzędną poziomą lub pionową określonego na ekranie punktu. Stan 00....00 licznika współrzędnej poziomej LH odpowiada lewej krawędzi ekranu odbiornika TV, natomiast stan 11111111 - prawej krawędzi ekranu. Czas kreślenia aktywnej (widocznej na ekranie) części linii wynosi 51,2 μs i sygnalizowany jest wysokim stanem sygnału HE (Horizontal Enable); w czasie trwania nieaktywnej części linii (12,8 μs) licznik pozostaje wyzerowany, a sygnał HE przyjmuje stan niski.

Częstotliwość zegarowa licznika jest równa 5 MHz i uzyskiwana jest z zewnętrznego, stabilnego generatora kwarcowego 10 MHz. Licznik wykonano jako całkowicie synchroniczny, jednak ze względu na rozrzuty parametrów dynamicznych elementów cyfrowych należy się liczyć z możliwością występowania pewnych różnic opóźnień dla poszczególnych wyjść, rzędu 10 -15 ns. Przednie zbocze impulsu synchronizacji poziomej SH, o czasie trwania 4,8 μs, jest opóźnione względem tylnego zbocza sygnału HE, odpowiadającego prawej krawędzi ekranu i przepełnieniu licznika LH, o 1,6 μs.

Licznik współrzędnej pionowej LV wykonano również jako 8-bitowy. Ponieważ przy stan-dardzie 625 linii (czyli 312,5 linii w półobrazie, lub podwójnych linii w 2 kolejnych półobrazach) na ekranie widocznych jest około 285 podwójnych linii, zachodzi albo konieczność wykorzystania tylko 256 podwójnych linii i wprowadzenia od góry i od dołu ekranu odpowiednich marginesów, albo też wykorzystania tylko 142 stanów licznika o pojemności 256 - w takim przypadku zwię-kszeniu stanu licznika o 1 odpowiada przesunięcie na ekranie o 2 podwójne Iinie. W zrealizo-wanym układzie wybrano pierwszą możliwość i wprowadzono w przybliżeniu równe marginesy w górnej i dolnej części ekranu, na powierzchni których wyświetlanie jakichkolwiek elementów nie jest możliwe.

Stan 00000000 licznika odpowiada 17 linii od góry ekranu, a stan 11111111 - linii 273. W aktywnej części ekranu sygnał VE (Vertical Enable) jest wysoki, w nieaktywnej - niski; licznik LV pozostaje wówczas wyzerowany. Licznik LV zlicza impulsy o częstotliwości linii, przy czym dla zachowania międzyliniowości zmiany jego stanu następują przemiennie na początku i w połowie linii w kolejnych półobrazach.

Sygnały stałych linii obrazu generowane są przez dekodowanie odpowiednich stanów licz-ników LH i LV. Linie pionowe H1, H2, H3, H4, H5, o szerokości odpowiadającej czasowi trwania 0,4 μs (podwójna szerokość) powstają przez dekodowanie odpowiednio stanów 8 i 9, 32 i 33, 128 i 129, 224 i 225, 248 i 249 licznika LH. Linie poziome V1, V2, V3, V4, o szerokości 2 podwójnych linii, odpowiadają stanom 6 i 7, 102 i 103, 152 i 153, 248 i 249 licznika LV. Linie poziome mają oznaczenie V (Vertical), gdyż każdy ich element ma stałą współrzędną pionową i generowane są przez dekodowanie wybranych stanów licznika LV; podobnie linie pionowe maje oznaczenie H.

Wykonanie liczników współrzędnej poziomej i pionowej wraz z układami pomocniczymi w postaci odrębnego bIoku TVG uwalnia ćwiczących od konieczności realizacji - bardzo praco-chłonnej - tych elementów ze standardowych kaset i zmniejsza liczbę niezbędnych połączeń.

Kaseta TVK

Kaseta ta stanowi uzupełnienie kasety TVG i zawiera zespół 8-bitowych komparatorów cyfrowych. 3 komparatory HA, HB i HC umożliwiają porównanie 3 dowolnych liczb 8-bitowych z liczbą dla nich wspólną; w zasadzie stanowi ją stan licznika LH, co uzyskuje się przez odpo-wiednie połączenie wyjść 0...7 licznika LH z wejściami H 0...7 komparatora TVK. Podobnie 3 komparatory VA,VB i VC pozwalają na porównanie 3 liczb ze wspólną dla nich liczba 8-bitową - w zasadzie słowem wyjściowym licznika LV.

Komparatory sygnalizują stanem wysokim jedynie równość porównywanych liczb. Komparatory HA, HB, VA, VB mają odrębne wyjścia Y_HA, Y_HB, Y_VA, Y_VB, natomiast kompa-ratory HC i VC mają tylko jedno wyjście Y_C, którego stan jest iloczynem stanów wyjść obu kom-paratorów. Tak więc komparatory HC i VC stanowią w rzeczywistości komparator 16 - bitowy.

W normalnym połączeniu - z kasetę TVG - komparatory TVK pozwalają na wygenerowanie jednego punktu (komp.C) oraz 2 linii poziomych i 2 linii pionowych (komp. A i B). Jeżeli w porównywanej liczbie jeden lub kilka bitów ma być pominiętych, odpowiadające im wejścia należy połączyć z odpowiednimi wyjściami liczników LH, LV.

5. CEL ĆWICZENIA:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie ćwiczących z podstawowymi problemami związanymi z generowaniem różnego typu ruchomych i nieruchomych obrazów na ekranie telewizyjnym, na przykładzie telewizyjnej gry w tenisa. Ponadto występująca zazwyczaj konieczność wpro-wadzania zmian do zmontowanego i uruchomionego już układu pozwala na odtworzenie „w miniaturze” etapów rzeczywistego procesu projektowania układu cyfrowego: od ustalenia założeń i opisu słownego, poprzez opis formalny, projektowanie intuicyjne lub formalne, montaż fizyczny i uruchomienie, aż do sprawdzenia zgodności działania z założeniami i ich ewentualnej weryfikacji. Schemat blokowy realizowanego układu przedstawia rys. 12.

Opis metody:

W ćwiczeniu wykorzystywane są trzy wyspecjalizowane kasety laboratoryjne: TVG, TVK oraz kaseta generatora/modulatora w.cz. z gniazdem antenowym. Ta ostatnia kaseta służy do generowania końcowego sygnału wizyjnego poprzez podanie na jej gniazdo S sygnału S z kasety TVG, a na gniazdo T sygnału treści obrazu, składającego się z linii środkowej, linii bocznych boiska, dwóch rakietek oraz piłki. Obraz linii boiska uzyskuje się przez podłączenie do gniazda T sygnałów V1 i V4 (linie poziome) oraz H3 (linia pionowa) z kasety TVG. Sygnały VE i HE (rys. 12) bramkują sygnał treści obrazu w trakcie nieaktywnej (niewidocznej na ekranie) części czasu przelotu plamki.

Do wygenerowania obrazu piłki służy kaseta z podwójnymi, synchronicznymi, 8-bitowymi licznikami rewersyjnymi LS oraz kaseta komparatorów TVK. W tym celu należy połączyć wyjścia tych liczników z odpowiednimi wejściami kasety TVK, zwracając uwagę na przyłączenie licznika LH do części H, a licznika LV do części V komparatora. Liczniki LS zliczają liczbę impulsów synchronizacji pionowej SV, przez co ich stan zmienia się z chwilą rozpoczęcia wyświetlania nowego obrazu. Stan ten porównywany jest z zawartością liczników LV i LH w komparatorze C (kaseta TVK), powodując rozświetlenie plamki, gdy obie zawartości się zrównają. W ten sposób liczniki LS określają współrzędne położenia piłki, a ponieważ zawartość tych liczników się zmienia, wywołuje to wrażenie ukośnego ruchu piłki w kierunku zależnym od kierunku zliczania liczników.

Dojście piłki do jednej z poziomych linii ograniczających boisko powoduje zmianę stanu przerzutnika s-r (kaseta J2) i jednocześnie zmianę kierunku zliczania licznika (kaseta LS) określającego współrzędną pionową położenia piłki. Na ekranie widoczne to jest jako odbicie piłki od krańcowych linii boiska. Należy podkreślić, że do realizacji tego typu odbić należy wykorzystywać przerzutniki s-r, a nie na przykład t (logicznie równoważne mogłoby być wprowadzenie iloczynu sygnału piłki z zsumowanymi sygnałami linii boiska właśnie na wejście przerzutnika t). W obu przypadkach następowałaby zmiana kierunku ruchu piłki (a więc odbicie) po każdorazowym „dotknięciu” przez nią którejkolwiek linii boiska. W omawianym ćwiczeniu mamy jednak do czynienia ze specyficzną reprezentacją informacji w układzie cyfrowym - jest ona zawarta w zależnościach czasowych występujących sygnałów, które mają postać krótkich impulsów powtarzanych 50 razy na sekundę. Iloczyn logiczny dwóch nakładających się elementów obrazu także ma postać serii krótkich impulsów i wprowadzony na wejście t przerzutnika może wywoływać zupełnie nieprzewidziane efekty, szczególnie biorąc pod uwagę fakt, że każdy obraz telewizyjny tworzony jest z dwóch przesuniętych w czasie półobrazów.

Generacja obrazu rakietki odbywa się na podobnej zasadzie jak obrazu piłki, z tą różnicą, że stan licznika rewersyjnego (kaseta LS) porównywany jest jedynie ze stanem licznika LV w komparatorze VA (lub VB) z kasety TVK. W momencie zrównania się stanów tych liczników wyzwalany jest uniwibrator (kaseta V). Sygnał wyjściowy uniwibratora brarnkowany jest sygnałem H4 (lub H2), co powoduje powstanie obrazu rakietki o szerokości zależnej od czasu trwania impulsu uniwibratora. Położenie rakietki zależy od zawartości licznika rewersyjnego (kaseta LS) zliczającego impulsy wyjściowe z szóstego, przedostatniego bitu licznika LV. Odnosi się przez to wrażenie pionowego ruchu rakietki w kierunku wybranym przez gracza przy pomocy zewnętrznego przełącznika, z szybkością dwukrotnie większą od szybkości przemieszczania się piłki. Efekt odbicia piłki od rakietki uzyskuje się podobnie jak przy odbiciu od krańców boiska, przez zmianę stanu przerzutnika s-r (kaseta J2), powodującą zmianę kierunku zliczania odpowiedniego licznika rewersyjnego (kaseta LS).

Dojście piłki do lewego lub prawego krańca boiska (linia H1 lub H5) powoduje ustawienie przerzutnika D (kaseta J2) blokując dalszy poziomy ruch piłki. Po wciśnięciu klawisza 'serw' zostaje on wznowiony w kierunku przeciwnym.

VI. Program ćwiczenia:

1. Zapoznać się z elementami składowymi modelu gry, a w szczególności z kasetami TVG i TVK; wygenerować proste próbne obrazy.

2. Wygenerować na ekranie telewizyjnym obraz boiska.

3. Wygenerować ruchomy obraz piłki, zmontować i uruchomić układ odbicia piłki od krańcowych linii boiska.

4. Wygenerować ruchomy obraz rakietek, zmontować i uruchomić układ odbicia piłki od rakietek.

5. Uruchomić układ zatrzymania piłki i serwu.

6. Zmodyfikować uruchomiony układ zgodnie ze wskazówkami prowadzącego.

---