作者：jili1986729

我們通常認為示波器是被用來分析電子電路的。但是很少有人注意到，當有視頻信號的時候，它同樣也可以像電視機一樣工作。在這片文章中，你將會了解到如何把你的示波器變成一個電視機或者視頻監控器。同時你也將會了解到，背后的原理是什么樣的。

進入正題前我們來先看看效果是什么樣的。

示波器的視頻信號的顯示。我們傳統都認為示波器僅僅是枯燥得被用來分析電子電路，但是它同樣可以像二十世紀時的電視機一樣使用。如果要理解方法，那我們必需理解電視機是如何工作的。全球一共有三種視頻信號，NTSC，PAL以及SECAM。NTSC是National Television System Committee的縮寫，采用這種制式的主要國家有美國、加拿大和日本。而我們中國采用的是PAL制的電視信號。這兩種信號本質上是差不多的，這里主要介紹NTSC。而SECAM不適合這里的應用。

首先，電子顯像管式的電視掃描圖片時是從屏幕的左上角，然后從左至右逐行掃描，從上至下，直至完成一張圖片。這一張圖片便是一幀，隨后整個過程重復一遍完成下一幀。由于整個過程很快，所以肉眼幾乎查覺不到什么。

屏幕的掃描方法有兩種interlaced scanning和progressive scanning。它們不同之處在于掃屏的方法。這兩種方式是互相不兼容的，必須經過轉換后才能進行互相使用。交錯掃描指的是每一副畫面或每一幀被分割成了兩個子圖片（如下圖的兩個FIELD）。交錯掃描在屏幕掃描過程中由兩個路徑組成，首先掃描組成Field1的水平路徑，然后回到初始點，掃描Field2的水平路徑，然后回到初始點。這種方法的好處是，行與行之間不會存在間隙，也可以提高視頻的分辨率。

逐行掃描，掃描路徑只有一個，從上至下掃描水平線。如下圖。

在1940年，NTSC引入了黑白視頻標準，將橫向同步信號、縱向同步信號以及輝度信號等信息捆綁在一個通道內。其實我們在后面使用時，最關鍵的是需要理解Luminance Levels，即輝度水平（電壓水平）。

隨后在接下來的幾十年中，又推出了彩色視頻信號標準。彩色視頻信號為了能與黑白電視信號相兼容，它的信號的基本結構是一致的，只是將攜帶色調、飽和度信息的載波及標準顏色波形（color burst）附加至原有黑白視頻信號中。因此在visible line interval的時間段，波形所表達的信號參數分別為Luminance輝度、Hue色調、Saturation飽和度。色調即由相位角（Phase）來表達，飽和度由振幅（Amplitude）來表達，輝度由平均水平（Level）來表達。

在NTSC信號中，含有顏色信息的載波頻率為3.57954525Mhz，標準顏色波形（Color Burst）的振幅為20IRE（140IRE=1V）。標準顏色波形的作用是與電視機內部的振蕩器進行同步用的。如果你想知道哪個相位角對應哪種顏色，那可以參考NTSC矢量圖。下圖表達說明了顏色的解析過程。

通常來說示波器的CRT使用的是向量掃描。然而為了顯示視頻信號，它必須采用光柵掃描技術。形象點說，就比如說要畫個圓，想象在一張紙上淡淡地畫緊密而又互相水平的水平線，僅僅在你要顯示圓的地方加深。一般來說，NTSC信號水平掃描頻率為15.734kHz，垂直掃描頻率59.94Hz。水平刷新頻率表明電子束以多快的速度從左向右移動。垂直掃描頻率表明電子束以多快的速度從上向下移動。首先需要給示波器提供這兩個頻率的鋸齒波信號。為什么要使用鋸齒波？想象一下屏幕掃描過程是從上至下，從左至右的。隨后產生信號的設備裝置或電路有能力產生真正的鋸齒波波形。當然我們可以選擇電腦的聲卡、手機聲卡、信號源或者自己搭建個電路來達到產生所需信號的目的。如果你運氣好的話，你可以在老式的電視機上獲取所需的鋸齒波信號。在進入下一步前，我們需要對波形進行檢查。如果的確是鋸齒波，沒有彎曲等情況，那我們可以進入下一步了。

接著我們需要找到一個方法，如何使掃描過程中的每一個點獲得一個特定的亮度，從而構成一個完整的圖片。示波器除了垂直方向的輸入和水平方向的輸入外（CH1和CH2通道），我們有時候可以看到另外一種輸入端，上面通常標注著“Ext.Sync.”，“Ext.Input”或者“Z-Axis Input”。Z軸輸入是一個亮度調制輸入，功能是控制顯示信號的亮度?？梢哉fX軸是從左至右，Y軸是從上至下，Z軸向前向后。至于它的性能參數，我使用的示波器是二手的，在網上查找說明書，顯示參數為TTL compatible (blanked at TTL high)，42Vmax，輸入阻抗10千歐。簡單點說，輸入電壓值越高，點就越暗，電壓值越低，點就越亮。我具體測試下來，大概在1-2V內亮暗有明顯的變化，大約2V以上全暗，1V以下全亮。視頻信號首先要被反轉才能使用，否則就是白的地方變成黑的，黑的地方變成白的。

首先按下圖連接，所需材料：示波器、信號源（可以是聲卡等等）、視頻信號源（攝像機、電視信號）、電線連接器等等。外部的信號源提供垂直掃描信號和水平方向的掃描信號，Z軸輸入視頻信號控制亮暗。如果發現圖像出現翻滾的情況，此時表明實際掃描頻率與標準頻率之間有一點點的差別，需要重新調整掃描信號頻率。同時注意視頻信號需要反轉，并且進行適當的調整。我這里使用的是一個放大電路來對視頻信號調整（可參見后面的電路圖），當然你可以使用視頻信號調整器來調整。

X軸掃描波形

Y軸掃描波形

實際效果，如下

我們還可以使用LM1881來產生一個穩定的垂直與水平的信號源。LM1881可以根據當前輸入的視頻信號產生與之匹配的垂直與水平掃描的方波，具體可以網上下載LM1881的芯片資料。我們再使用簡單的RC電路將方波改為鋸齒波（或者是有一定的斜率）。下圖是我使用的電路，一共分為兩個部分，X軸Y軸掃描信號和視頻信號調整。

X軸Y軸掃描信號部分，前面說過，不再重復。里邊的二極管用1N4148，R和C的具體值希望讀者自己通過調整找到合適的值。

視頻信號調整部分，作用是將視頻信號反向，同時可以調整視頻信號的放大值及信號之間的相對值，也即視頻的亮度及對比度。里邊有兩個可調電阻，分別可以調整視頻的亮度及對比度。讀者可以親身實踐一下，當然也可以在原有的電路上進行改進。

LM1881輸出的方波X軸Y軸方波信號。

在下圖中，上面是經過反向的視頻信號。

下面是原始的視頻信號，通過示波器可知，NTSC信號的范圍是在-1到1伏特之間。其中大約-0.4v的地方是同步信號所在。大概0v左右的地方是黑色所在的位置。我們主要是要獲取0V以上的信息。

大家在面包板上按照電路原理圖中進行電路的搭建。

編輯：黃飛

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