TK85 A/V Reloaded - Saída de Vídeo Composto para o TK85

Em 22 de Junho de 2010



Apesar do nome "TK85 A/V Reloaded" esse projeto trata apenas da saída de vídeo composto para o TK85, já que ele normalmente não tem áudio. Em todo caso, você poderá adicionar essa saída de áudio que tratarei num artigo separado.

O TK sempre esteve na minha "fila de espera" para a revisão do circuito de vídeo como fiz com o Atari e o TK90X, mas o momento nunca era bom e eu acabava adiando. Eu já tinha tentado alguns outros mods disponíveis na internet, mas nas três tentativas o resultado não foi satisfatório ficando a imagem deixando muito a desejar, muito aquém do que eu diria apenas "razoável".

Comecei a montar a minha própria solução com base em projetos que eu já tinha feito e a imagem apesar de boa, ainda era muito escura. Cheguei a conversar com os amigos da lista do TK sobre meus primeiros resultados e o Daniel Viana resolveu abraçar a causa para resolvermos definitivamente o problema.

Mas antes de falarmos sobre o mod propriamente dito, vamos a uma parte teórica explicando sobre o sinal de vídeo. Essa parte será importante para a explicação do problema do TK85 lá na frente quando estivermos olhando o resultado dos primeiros testes. Para fins didáticos toda a explicação será feita com base no sinal de TV em preto e branco, já que o foco é o TK85.

O CRT
Até algum tempo atrás o principal componente de uma televisão era o Tubo de Raios Catódicos mais conhecido pela sigla em inglês CRT. Ele contém na ponta, na sua parte mais fina, um canhão de elétrons que são acelerados e colidem contra uma camada foto-sensível e este ponto atingido fica iluminado por alguns poucos milisegundos (1ms = 0,001s). Bem, isso não seria muito útil se não pudesse ser controlado, então bobinas no "pescoço" do tubo geram um campo magnético e controlam o feixe de elétrons para baixo, para cima, para a esquerda e para a direita, para que este possa chegar nas diferentes posições da tela. A imagem da TV é formada por linhas paralelas desenhadas uma a uma constantemente sobre a tela, variando-se a potência e posição do canhão de elétrons e graças a nossa persistência retiniana vemos uma imagem completa na tela.
Veja a figura abaixo.


Os "campos" da imagem
No nosso sistema brasileiro, o PAL-M, temos 525 linhas na tela e estas são atualizadas em 60Hz que geram 30 imagens por segundo. Mas por que somente 30 imagens se são atualizados a 60hz? Na época que o TV foi criada, o custo da tecnologia para ter um sistema que gerasse 60 imagens por segundo seria inviável para o consumo em massa. Então os engenheiros tiveram a idéia: e se desenhassemos todas as linhas ímpares na primeira passagem e as linhas pares na segunda? Iria ser barato o suficiente e ainda aceitável para o olho humano. Então cada frame dos 30 que são desenhados por segundo, foram feitos assim:



A informação contida no sinal de vídeo
Como disse anteriormente, o canhão de elétrons precisa ter sua potência variável para que os diferentes tons de cinza possam ser mostrados na tela e isso é feito variando a voltagem do sinal. Mas como dizer onde o feixe de elétrons deve estar? Isso foi resolvido adicionado pulsos de sincronismo à imagem. Um pulso de sincronismo horizontal deve ocorrer a cada inicio de linha na tela, dizendo que a linha anterior terminou e o feixe de elétrons deve passar pra próxima linha. Algo como apertar a tecla Enter no fim de uma linha de texto. Este sinal ocorre tipicamente numa frequencia de 15Khz.

Lá no fim da imagem, depois da última linha, vem o pulso de sincronismo vertical que ocorre a cada 60Hz, dizendo que um novo frame de imagem vai começar. Algo como selecionar o comando "Novo Documento" no menu do MSWord por exemplo.

O sinal de vídeo fica sempre entre 0V e 1V, sendo que 0.3V seria o "completamente preto" e 1V o "completamente branco". Qualquer outra voltagem entre o nivel de preto e o nivel de branco são os tons de cinza. O 0V representa um pulso de sincronismo. A imagem abaixo ilustra o conceito.



A scanline
Cada linha que compõe a imagem é chamada de "scanline" ou seja, uma linha da varredura. Cada linha dessas dura aproximadamente 64 microsegundos (1us = 0,001 milisegundos = 0,000001 segundos). Desses 64us os primeiros 12us são o horizontal blanking, a parte que contém o pulso de sincronismo e a preparação para os dados da imagem. Os próximos 52us seriam a linha da imagem propriamente dita, onde existem as variações de voltagem para formar a cor de cada pixel da tela. Depois disso novamente vem outro horizontal blanking para começar a próxima linha.


Os aparelhos de TVs antigos, leia-se lá pela decada de 30, eram meio, digamos, lentos. Eles precisavam de um certo tempo para reposicionar o feixe de elétrons na tela e de alguns outros detalhes para o perfeito funcionamento. O sinal de vídeo na sua essëncia ainda é o mesmo daquela época, e apesar de diversas "informações" terem sido adicionadas ao longo do tempo com as mudanças de tecnologia, ainda hoje é possível usar um aparelho de TV daquela época! Então, com os aparelhos de TV antigos em mente, vamos ver com mais detalhes os primeiros 12us do scanline, o horizontal blanking.

O front porch vem logo depois dos dados da imagem da scanline anterior e serve para estabilizar os niveis de voltagem antes do pulso de sincronismo.

Vem então o sinal de sincronismo onde a voltagem vai a 0V.

Agora é a vez do back porch. Depois que a tv recebia o pulso de sincronismo era preciso reposicionar o feixe no começo da nova linha e para essa operação ela precisava cerca de 8us. Então o sinal era mantido em 0.3V para restaurar a referência do nivel de preto e para marcar o inicio da linha da imagem. Com o advento da TV em cores, o back porch foi reduzido e entrou o color burst para a sincronização das cores, mas isso já é outro assunto, já que hoje estamos falando somente sobre o sinal em preto e branco.

O TK85
O TK usa método simples para gerar o vídeo, onde a imagem final é gerada a partir de um bloco de memória onde os bytes vão sendo decompostos e "empurrados" bit a bit por um conjunto de portas lógicas. Abaixo, parte do esquema do TK85 que trata da saída de vídeo.


A explicação do funcionamento deste módulo é a seguinte: Quando o sinal de sincronismo digital está ativo, o transistor conduz e tensão de saída é bem próximo a 0V, o pulso de sinc na saída para a TV. Se a saída do sincronismo digital está em nível baixo, o transistor está em corte, e o estado é controlado pelo saída de vídeo digital, pino 6 do CI 20. Se essa porta está em nível baixo, então temos o preto. Se estiver em nível alto, temos o branco. Este sinal digital ainda é abaixado pelo divisor formado pelos resistores R23 e R24 que "compatibilizam" o sinal para que ele fique naquela faixa entre 0V e 1V que falamos mais acima.

O sinal já na voltagem certa vai entao para o modulador que tem a função apenas de converter esse sinal de vídeo composto em RF para o canal 2,3 ou 4 dependendo do ajuste de fábrica. Diga-se de passagem que esse conversor também deixa muito a desejar. A Microdigital poderia ter gastado uns Cruzeiros a mais para ter conseguido uma saída com um pouco mais de qualidade. A foto abaixo é do TK sem nenhuma modificação ligado no RF da TV.


Os Testes
A primeira providência foi fazer as medidas inicias para ver com o que estavamos lidando. Liquei o TK85 e com o osciloscópio medi a saída que ia para o modulador de RF e o resultado foi claro. O TK quando ligado fica numa tela completamente branca com o cursor K no canto inferior esquerdo. Veja que a foto do osciloscópio mostra algumas scanlines no meio da varredura, então é possivel ver que o nivel do sinal vem do que deveria ser branco, 740mV, pulso de sincronimo próximo a 0V e volta imadiatamente ao branco, 740mV.


Diminui o valor do resistor R23 para que o nivel de branco ficasse mais próximo a 1V e apesar de ficar certo, a imagem ainda era muito escura, melhorando muito pouco ao teste anterior. A conclusão que chegamos era que, pela falta do back porch, as TVs tem dificuldade em achar o nivel de preto neste sinal de vídeo.

Com um circuito do Daniel baseado em um contador e disparado pelo sinal de sincronismo, adicionamos um back porch experimental e o resultado já foi significativamente melhor que o circuito original do TK. Estávamos no caminho certo, mas ainda era necessário um pequeno ajuste para ficar realmente perfeito. Veja nas fotos abaixo que o back porch agora está presente, mas sua voltagem ainda é muito próximo do que seria o nivel do branco.


A base para a solução veio de um artigo entitulado "Converting zx80 into a ZX81" onde o autor fala justamente sobre a geração do back porch no sinal de vídeo original do ZX80, com um pequeno circuito usando um temporizador RC.

O Daniel, com toda sua sapiência criou um circuito utilizando o mesmo princípio de funcionamento, porém no nosso caso o pulso de sincronismo precisava ser invertido e para isso foi usado uma porta NAND 74LS00. E nas palavras dele, eis o funcionamento da coisa:

"Quando chega o pulso de sync positivo a primeira porta inverte a polaridade do pulso e gera um pulso negativo. Com isso o capacitor se descarrega rapidamente através do diodo, e o nível no pino 2 da porta passa a zero, forçando a saída a nivel alto, que invertido vira nivel baixo de novo. Quando o pulso de sync acaba, a tensão no capacitor sobe gradativamente até atingir o Vih da porta (tensão que a porta entende como nível alto). Enquanto isso não acontece, a saída de sinal é mantida em nível baixo (gerando o back porch). Depois que a tensão no capacitor passa de Vih, a saída do sinal vai ser igual ao sinal de vídeo."

Montei o circuito na protoboard e com alguns ajustes cheguei nos valores ideais para os componentes. O resultado final é ótimo, superando as expectativas até dos mais exigentes. Veja na foto abaixo que a voltagem ficou em exatamente 1V para o nivel de branco enquanto que o back porch ficou com cerca de 300mV. O resultado ficou ótimo se comparado com o sinal original.


Compare na foto abaixo a saída de vídeo original e a nova saída. Vale dizer que o ajuste de brilho e contraste da TV é exatamente o mesmo para as duas imagens, mas veja como a nova saída é muito mais brilhante do que a original. Como eu sempre digo, esses padrões ondulados só aparecem na foto, por causa do CRT. Na foto da esquerda, no reflexo, inclusive dá pra ver o protoboard que eu usei para os testes. :P


O TK85 A/V Reloaded
OK, entendi tudo... mas cade o mod? Tentei transformar tudo isso dito num tutorial e faremos passo a passo para que até mesmo os inexperientes possam aproveitar a beleza do novo sinal de vídeo.




Note que no esquema tem uma área marcada em azul. Isto representa peças que fazem parte da placa-mãe do TK85. Mas vamos por partes para facilitar o entendimento.

Então, separe o material que necessitamos:

1 CI 74LS00
1 diodo 1N4148
1 resistor 1K (marrom, preto, vermelho)
1 resistor 330R (laranja, laranja, marrom)
1 resistor 10K (marrom, preto, laranja)
1 capacitor cerâmico 10nF (normalmente escrito 103 na peça) 1 capacitor eletrolítico 10uF x 16v
Um pedaço de placa "padrão" (opcional)
Cola Cianoacrilato (Super Bonder, Super Cola, Tri Bond, Pega Mil, etc)
Ferro de solda e solda de boa qualidade
Fio fino para as ligações

Abra o TK85 removendo os 4 parafusos na parte de baixo do gabinete


Levante lentamente a tampa e perceba que a membrana do teclado é ligada a placa mãe por dois conectores, um a direita e outro a esquerda da placa. Para retirá-los basta puxá-los de leve para cima.


Tenha também um cuidado especial com o conector do joystick que é preso na tampa. Basta desencaixá-lo do "trilho", escorregando o conector para baixo.


Toda a instalação será próxima e também dentro do modulador de RF. É a caixa metálica no canto esquerdo da placa.


Pelo tamanho reduzido do circuito, ele poderia ser montado num pedaço de placa padrão e ser acondicionado diretamente dentro do modulador. Para isso seria necessário a retirada da plaquinha original de dentro da caixa para ter um bom espaço para montar o circuito, ficando somente o plug RCA e a caixa do modulador completamente vazia. O jeito mais fácil é retirar toda a caixa primeiro e por baixo dela soltar a plaquinha. No meu caso eu preferi diminuir a quantidade de fios, soldando o 74LS00 diretamente por cima do 74LS86 original do TK de onde virá os principais pontos de soldagem do circuito.

Comece retirando os resistores R22 e R24. Estão bem ao lado do cristal, essa peça metálica que aparece nas fotos escrito "5-83".


Troque o resistor R23 por um de 1K. É o resistor logo acima do cristal.


Se você optou por montar na plaquinha padrão, basta seguir o esquema elétrico apresentado lá em cima, a parte não marcada em azul. Aqui eu vou montar direto sobre o outro CI, então dobre os terminais do 74LS00, exceto os pinos 2, 5, 7, 10 e 14 que ficam para baixo. O pino 1, 6 e 9 devem ser dobrados até virar por cima do CI. Os outros terminais levantados é só cortar rente. Se guie pelas fotos.


O 74LS86 está logo abaixo da caixa do modulador, mas note que os resistores R1 e R2 estão muito próximos e vai dificultar um pouco o processo de montagem.


Retire temporariamente esses resistores. Quando terminarmos voltamos com eles.


Coloque um gota de cola de cianoacrilato sobre o 74LS86 original da placa e alinhe o 74ls00 por cima dele. Perceba a meia lua do chip que deverá ficar para o mesmo lado dos outros chips.


Solde primeiramente o pino 7 e o pino 14 nos mesmos pinos do CI de baixo. Nas duas fotos, como rodei a placa, é o pino mais a direita.


Agora a parte mais chata. O pino 2 do CI de cima tem que ser soldado no pino 3 do CI de baixo. Então é necessário dar uma entortada no pino para soldá-lo na posição certa. Faça com cuidado para que o pino não encoste nos outros.
O mesmo deve ser feito no pino 5. Ele deve ser soldado no pino 6 do CI de baixo. Veja a foto.


O pino 6 vai no pino 9, basta uma gotinha de solda, porque os terminais já estão encontados por cima do CI.


O pino 1 vai no VCC, então basta emendá-lo com um pedacinho de fio para que ele chegue até o pino 14.


O pino 10 também vai no VCC, porém, logo abaixo, o pino 9 do 74LS86 está no VCC, estão é o mesmo caso de soldar o pino 10 do CI de cima no pino 9 do CI de baixo. Temos que dar uma entortada no pino antes de soldar.


O resistor de 10k vai no VCC e no pino 4 do CI.


O capacitor de 10nF vai um terminal no Terra e o outro também no pino 4 do CI. Aqui eu poderia ter soldado o capacitor com o Terra do pino 7 do CI, mas para diminuir a confusão de componentes por cima do chip eu soldei na trilha do Terra que passa próximo. Se você fizer assim, lembre que os resistores R1 e R2 ainda vão voltar para as posições originais, portanto deixe um espaço pra eles.


O diodo tem lado certo para ser ligado. Observe no corpo da peça o "anel" próximo a um dos terminais do diodo. Este lado, o catodo, é ligado no pino 3 do CI. Na primeira foto é o terminal de cima. O outro lado do diodo, o anodo, também vai no pino 4 do CI.


Onde estava originalmente o R22, vamos colocar um resistor de 330R, mas ele deve ser soldado somente no furo da esquerda, o mais próximo da caixa do modulador. O outro terminal você corta rente a peça. Se guie pela foto.


Solde novamente os resistores R1 e R2.


O terminal que ainda não foi ligado do R22 vai no pino 8 do CI. Eu liguei usando um pequeno pedaço de fio.


Agora é o momento de desligar o sinal original do RF. Retire a tampa da caixa do modulador que geralmente é presa com um pouco de solda. Use o ferro de solda e uma pequena chave de fenda para ajudá-lo nessa tarefa.


Veja que existe um resistor soldado na lateral da caixa, passando pelo centro do pino da saída do RCA e indo pra plaquinha do RF. Ele deve ser retirado.


Ligamos então um dos terminais do capacitor de 10uF neste pino central. Corte bem rente antes de soldar.


O outro terminal que ainda não está ligado devemos ter cuidado para que ele não toque em nada dentro da caixa. Eu usei o isolamento de um pedaço de um dos fios rigidos de um cabo de rede.


Os fios entrando na caixa do modulador: o de baixo é o 5V que não irenos usar, portando ele pode ser cortado e retirado.


O outro fio é o nosso sinal de vídeo e deve ser ligado no terminal do capacitor. Note que eu cortei o fio rente a caixa e passei o fio pelo próprio furo antes de fazer a ligação.


Só isolar a ligação agora.


Confira e reconfira tudo antes do teste para não correr o risco de dar algum galho no TK. Ainda com o modulador aberto e sem o teclado, faça um rápido teste para ver o resultado da sua nova saída de vídeo. Você deverá ver o cursor K nítido no canto inferior esquerdo.


Se tudo estiver certo, recoloque a tampa do modulador e solde-a novamente.


Agora é só reconectar a membrana do teclado com cuidado nos conectores e os quatro parafusos para fechar definitivamente o TK. Já com tudo montado, teste novamente o TK e experimente o teclado para ver se todas as teclas estão respondendo. Será que existe uma câmera que tire fotos melhores do CRT? :P


Mais uma versão
O Daniel ainda fez uma segunda versão do circuito utilizando uma porta lógica e um contador, mas não tive oportunidade de montar esse novo circuito por falta de peças. Fica registrado aqui para alguem que quiser testar.




Espero que eu tenha conseguido ter sido didático o suficiente para que até quem não tenha experiência com eletrônica tenha entendido como é fácil colocar uma saída de vídeo com qualidade no TK85.

Agradeço imensamente ao amigo Daniel Viana pelo empenho e ajuda para conseguir esta saída de vídeo para o TK85. Certamente não teria sido possível sem ele.

Atualizado em 22 de novembro de 2010

Dias atrás o Kelly Murta entrou em contato avisando que tinha feito o MOD em um TK, porém a imagem ficava um pouco deslocada para a direita. Veja a foto que ele me enviou:




Isto ocorre devido a uma ligeira diferença na formação no novo backporch entre os TKs e também por causa da tolerância dos valores dos componentes que geralmente é de 10% para mais ou para menos. A correção do problema é bem simples, bastando alterar o temporizador RC formado por R1, no esquema original 10K e o capacitor C1, 10nF. No caso do Kelly, após um teste, substituindo o resistor 10K por outro de 5K6 fez com que o backporch se formasse um pouco antes, alinhando corretamente a imagem na TV. Fica aqui o registro da experiência dele para futuras consultas.

Qualquer dúvida fico a disposição. Você pode utilizar o espaço abaixo para deixar seus comentários.


Voltar - Home


Comente



COMENTÁRIOS DESABILITADOS NO MOMENTO! RETORNAM EM BREVE
É expressamente proibido a reprodução total ou parcial deste texto sem a minha devida autorização por escrito.