自制便携式RGB CRT测试图案生成器

该项目模拟了曾经在CRT维修实验室中常用的一种工具的功能。它可以生成一系列低分辨率图像（测试图案），用于检查和微调CRT光栅的几何形状、颜色、对比度、会聚度等。

它以RP2040微控制器板和其他一些组件为核心构建而成。

本教程中CRT测试图案生成器对象的一些特点包括：

1. 与低分辨率街机显示器（320x240 @15KHz）的兼容性
2. 与欧标SCART电视的兼容性
3. 占地面积小
4. 便携性（电池供电）
5. 便宜！（这是个优点吗？对我来说是的：））

未使用任何特殊部件。

一般来说，我倾向于使用直插式元件。它们更容易操作，尤其是不需要特殊的焊接设备。这个项目也不例外，我尝试只使用直插式元件，但最终还是无法实现。

由于使用了 SMD 元件（只有两个！），使得项目的组装稍微困难一些，但即使你的焊接技术不是一流的，也是可以完成的。

即使基于一个现有的 CRT 测试模式生成器项目，我需要的功能列表也带来了一些挑战。

RGB-S 视频信号连接器

原项目（以及它所基于的PicoVGA 库）采用 VGA 连接器将颜色和同步信号传输到目标显示器。

这种连接器在 PC 的 CRT 显示器中很常见，但可惜的是，它在欧洲的 CRT 电视和街机显示器中并不常见。

SCART 是 RGB 电视的常见选择（至少在欧洲是这样），RGB 电视是一种奇怪的设备，需要换向信号才能在没有遥控器的情况下正确触发其操作模式。

SCART 不是“主动式”的，这意味着它没有内部放大功能，但正常工作需要其某些引脚上施加强制性的静态电压。

另一方面，街机显示器并没有标准的RGB-S信号接口。Hantarex和其他意大利品牌（在意大利和其他国家都很受欢迎）通常使用间距为2.54毫米的6针Molex KK接口，但不同型号的机箱RGB线路引脚排列有所不同；美国知名显示器供应商Wells Gardner通常采用间距更大的接口；Sanyo（任天堂常用）则采用另一种接口，等等。

街机 vs SCART 电视

另一点需要注意的是，RGB电视与街机显示器虽然相似，但又有所不同。区别不仅在于是否配备调谐器以及接口的外观，还包括一些更细微的差别，例如视频信号的电平和输入阻抗。

由于最初的项目仅兼容 RGB 电视，要将该工具的使用扩展到街机显示器，就需要重新定义电阻梯形 DAC 的正确值。

电池供电

如果你曾经在地下室工作过，那里几乎没有可以放置诊断工具的表面，到处都是乱飞的电缆，你就知道把事情搞砸有多容易。

那么，我就不必赘述使用便携式诊断工具的重要性了。

街机显示器

街机显示器在RGB线路上需要比家用电视更高的电压才能显示足够明亮的图像。电视机的额定信号电压为0.7Vpp，而街机显示器则需要3-5Vpp*（TTL电平）。

此外，由于街机显示器的输入阻抗较高，因此有必要重新计算构成梯形DAC的串联电阻。

幸运的是，前库创建者 Miroslav Nemecek 发布了一个包含他计算结果的Excel 文件，这帮助我确定了街机应用的电阻梯形值。

有关 VGA 串联电阻值计算方法的详细说明，请参见 >>此处<<。

为了计算街机显示器的电阻值，我以 1K 欧姆的阻抗和 3V 的最大彩色信号电压作为参考（树莓派 Pico 的 GPIO 最大输出电压为 3.3V）。我无法达到像 VGA 那样低的标准偏差，而且暗部的颜色渐变非常差（感觉像是 2 位颜色而不是 3 位颜色）。以后我会尝试寻找更好的电阻值。幸运的是，亮色显示效果不错，而且这些颜色在街机显示器故障排除时最常用。

关于RGB-S接口，由于街机接口并非标准接口，我采用了螺丝端子来固定延长线，另一端则使用正确的母接口。这样一来，即使使用前需要进行一些准备工作，也能兼容几乎所有街机显示器。

电视 SCART 监视器

EUR-SCART 显示器不存在上述阻抗和 RGB 电平问题，它们实际上是家用电视，其逻辑与PicoVGA开发时所依据的电视完全相同。

SCART 标准有一些特定的规则，必须遵守这些规则，接收监视器才能接受信号。

其中之一是所谓的“消隐”信号（引脚 16）。该信号必须在 1 - 3V 范围内，以告诉显示器“嘿，你现在正在接收 RGB 信号！ ”。

自动切换到AV通道也很重要，因为它无需使用遥控器。通过在SCART接口的第8针脚上施加9.5至10V的电压，即可实现自动切换到AV通道。

电源

本项目选用的电池是9V碱性电池。我选择它的主要原因是它的尺寸和易得性。

为RP2040 Zero供电的常见方法是在其电源引脚上施加5V稳压电压。由于该微控制器板功耗不高，而且我们也不需要驱动大负载，因此使用一个基于经典5V稳压器的简单电路就足够了。

下面描述主要电路模块。

主电压源（+5V）

这里使用的RP2040微控制器板（RP2040 Zero）正常工作需要+5V电压，内部稳压至3.3V。我们需要将B+（9V，非稳压）降压至+5V（稳压）。

一种简单的方法是使用LM7805稳压器。虽然这不是最有效的方法（但比分压器好！），但当只需要小电流时效果很好。

整个电路工作时的电流非常小，所以稳压器只会发热，如果你问的话 :

AV切换

在 EUR-SCART 接口中，施加 9.5V 至 12V 范围内的电压即可激活自动 AV 切换功能。这样就无需使用遥控器来切换 AV 通道，非常方便。

为了将+9V电源转换为+12V，我采用了一种非常常见的DC-DC升压转换器电路。它基于MT3608升压转换器，如果您是Arduino爱好者，很可能家里就有基于这种电路的模块 :)

这款集成电路的妙处在于，只需通过适当尺寸的分压器调节集成电路反馈输入端的电压，即可轻松将电压升至 28V。真棒！

电阻梯形DAC

电阻梯形DAC可能是你能想到的最简单的DAC。它是一种无源DAC，仅由电阻构成。在这种情况下，尺寸设计需要考虑接收单元（电视或街机显示器）的输入阻抗和支持的电压电平。它还需要考虑来自微控制器板GPIO的RGB线路的驱动电压。串联电阻和接收单元阻抗构成一个分压器。颜色由相同颜色的3条（或2条）线路的电压之和决定。

由于街机显示器和 SCART 电视输入规格非常不同，因此板载实际上有两个独立的电阻梯形 DAC。

您现在很可能已经知道，本项目使用了两个SMD元件*：一个22uH电感器和一个DC-DC升压转换器（MT3608）。这些元件尺寸足够大，可以手工焊接，但如果您仍然没有信心，可以利用大多数PCB制造商提供的组装服务。

在这个项目中，我委托JLCPCB进行组装，我可以确认一切运行正常！

我订购原型电路时，0650封装的22uH电感器缺货。我用了15uH的，确认一切正常。查看DC-DC升压转换器的数据手册，我发现甚至可以使用4.7uH的电感器，所以我认为即使是这么低的电感值也能工作。

以下是本项目中使用的两个SMD元件的规格参数。请使用这些参数在制造商的产品库中进行查找：

1. 电感器，4.7uH 或 22uH（或介于两者之间的任意值），0650 封装
2. DC-DC升压转换器，MT3608，SOT-23-6封装

如果本文撰写时我使用的特定元件无法购买，请使用等效元件。重要的是元件类型（如果是集成电路，那就没办法了……）、无源元件（例如电阻、电容、电感等）的额定值以及封装尺寸，以便与PCB匹配。

SMD组装所需的所有文件和PCB制造所需的Gerber文件均可从本教程“致谢”步骤中的Github链接下载。

*请注意，这两个SMD元件用于+12V电源生成电路。由于它们仅用于SCART接口，如果您仅针对街机应用，则可以省略它们。

正常运行

这款设备非常易于使用：

1. 将其连接到您的显示器
2. 打开设备
3. 打开显示器
4. 按下测试仪上的按钮即可切换模式。

这些图案的分辨率为 320x240，可以帮助您微调街机显示器或电视的几何形状、颜色和对比度。

截至撰写本文时，该设备只能输出负同步信号。

固件上传

为了使测试图案生成器正常工作，您需要将固件上传到微控制器板（RP20240 Zero）。

1. 从原项目 GitHub 页面下载最新固件。
2. 从测试仪中取出RP2040 Zero
3. 按住RP2040 Zero的“BOOT”按钮，然后再将其连接到电脑。此时会打开一个文件夹。
4. 复制固件并粘贴到该文件夹​​中（在我撰写本文时版本为 1.1）。

！！注意！！：RP2040 Zero 是 Pi Pico 微控制器板的简化版。其中一个被省略的部分是 USB 电源和 5V 电源线（或 Raspberry Pi Pico 中的 Vsys 电源线）之间的保护二极管。这意味着，如果您连接了电池并打开了测试仪，再将 RP2040 Zero 连接到电脑，就会造成 USB 电源线和内部产生的 5V 电源线短路。

这样做不好，可能会损坏电脑。

为安全起见，请记住在将 RP2040 Zero 从设备中取出后上传固件，或者最终保持设备关闭，或者先取出电池。

原型问题

我的第一个原型机SCART引脚排列存在缺陷，导致无法正常工作（谨记：永远不要轻信别人的引脚图！！）。现在我已经发现并修复了这个错误。不过，我目前还没有修复后的PCB板，所以共享的设计方案未经测试。我会在近期安排PCB板的生产，并对修复后的设计方案进行充分的测试。

更新：PCB板已测试并确认完美运行！！

你可以通过这个链接找到 Nicholas Murray 的原版 CRT 测试图案生成器项目。由于已经有一个完全符合要求的固件，整个项目进展顺利，非常感谢分享！

Nicholas 项目充分利用了 Miroslav Nemecek 出色的库。点击此处查看。

有关如何充分利用此测试器中包含的大多数模式的有趣信息，请点击此处查看。

特别感谢JLCPCB的各位好心人，感谢他们赞助本模块的 PCB 制造和 SMD 元件组装。

如果没有他们的贡献，这个项目永远不会问世，就像我现在的许多其他项目一样。

此次他们还赞助生产了CV混音器前面板的第三版（rev.3），前两版存在一些轻微的设计偏差问题。新的面板设计终于与前面板完美契合。

这批货里还包括一个改进版的子振荡器模块主板，之前我用了一个不太好的D触发器封装，如果焊接不小心会导致短路。现在所有部件都经过测试，绝对不会出现问题。

JLCPCB是一家高科技制造商，专门生产高可靠性和高性价比的PCB。他们提供灵活的PCB组装服务，目前拥有超过60万种元器件的庞大库存库。

3D 打印是他们服务组合的一部分，因此人们可以在一个地方创建完整的成品！

纳米涂层模板怎么样？可用于您的SMD项目。现在正是领取优惠券并免费试用的好时机。

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我为这个项目制作的所有文件都存储在 >>这里<< (Github)。