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# 抵抗2本で「映像」は作れるか？NTSC信号の物理レイヤ【連載①】 マイコンでビデオ信号を作るということは、ソフトウェアで**「高精度な可変電圧源」**をシミュレートすることと同義です。 ## 1. 信号の三値論理（0V / 0.3V / 1.0V） NTSCコンポジット信号は、単なるON/OFFのデジタル信号ではありません。以下の3つの電圧状態を、GPIOの組み合わせ（簡易抵抗DAC）で作り出します。 同期 (Sync): 0V PC4をLOW、SPI（PC6）もLOWにする。 黒 (Black): 約0.3V PC4をHIGH、SPIをLOWにする。この0.3Vが「映像の基準（ペデスタルレベル）」となります。 白 (White): 約1.0V PC4をHIGH、SPIをHIGH（1）にする。 この「0.3V」という中途半端な電圧を、1kΩと470Ωの分圧で作るのがこの回路のキモです。 ## 2. 時間軸の解像度：1クロックの重み CH32V003を48MHzで動かしている場合、1クロックは約 20.8ns です。 NTSCの1行（水平走査期間）は 63.5μs ですが、テレビの同期回路は非常にシビアです。 水平同期パルス (4.7μs ± 0.1μs) もし処理の都合でこのパルスが 5.0μs に伸びたり、4.4μs に縮んだりすると、テレビ側は「水平周波数が狂った」と判断し、画面を暗転させたり（信号ロスト）、表示位置を左右にガタつかせたりします。 ジッタの排除 C言語の for ループは、ループの終端で「条件比較」と「ジャンプ」を行います。このジャンプ命令が実行されるタイミングが、直前の命令の並びやパイプラインの状態によって1〜2クロック変動するだけで、画面には「波」となって現れます。 ## 3. 難所：SPIとDMAの「同期」 映像データ（ドット）を出すにはSPIを使いますが、ここに落とし穴があります。 バックポーチの固定: 水平同期パルスが終わってから映像を出し始めるまでの「待ち時間」が1クロックでもズレると、画面全体が左右に微振動します。 DMAのバス競合: DMAがVRAMからデータを読み出す際、もしCPUが別のメモリ操作をしていると、DMAの読み出しが1クロック待たされることがあります。これが「ドットの泣き（太さが変わる）」の原因です。 対策: 描画中は while(DMA1_Channel3->CNTR > 0); でCPUをビジーウェイトさせ、バスをDMAに明け渡すのが最も安定します。 ## 4. 垂直同期 (VSync) の「嘘」 実は、今回実装しているのは厳密なNTSC（インターレース）ではなく、**ノンインターレース（プログレッシブ）**という、ファミコンなどのレトロゲーム機で使われていた手法です。 通常、NTSCは1フレームを「奇数フィールド」と「偶数フィールド」の2回に分けて送りますが、マイコンでは面倒なので、常に同じタイミングの同期パルスを送り続けます。 テレビ側はこれを「240p」というプログレッシブ信号として解釈し、ビシッと安定した静止画として表示してくれます。 # 実機 @[x](https://x.com/chrmlinux03/status/2036644410654622133) # コード抜粋 ``` noInterrupts(); while (1) { gameLoop(); updateGame(); for(int i=0; i<3; i++){ syncStart(); DELAY_CYCLES(1400); *GPIO_C_BSHR=(1<<(4+16)); DELAY_CYCLES(25); *GPIO_C_BSHR=(1<<4); } for(int i=0; i<3; i++){ while(!(TIM2->INTFR&TIM_UIF)); TIM2->INTFR=0; *GPIO_C_BSHR=(1<<(4+16)); DELAY_CYCLES(1350); *GPIO_C_BSHR=(1<<4); DELAY_CYCLES(100); *GPIO_C_BSHR=(1<<(4+16)); DELAY_CYCLES(1350); *GPIO_C_BSHR=(1<<4); } for(int i=0; i<3; i++){ syncStart(); DELAY_CYCLES(1400); *GPIO_C_BSHR=(1<<(4+16)); DELAY_CYCLES(25); *GPIO_C_BSHR=(1<<4); } for (int line = 9; line < 100; line++) { syncStart(); DELAY_CYCLES(400); } for (int line = 0; line < VRAM_H; line++) { syncStart(); DELAY_CYCLES(220); DMA1_Channel3->CFGR &= ~0x01; DMA1_Channel3->MADDR = (uint32_t)&vram[line * VRAM_W]; DMA1_Channel3->CNTR = VRAM_W; DMA1_Channel3->CFGR |= 0x01; while(DMA1_Channel3->CNTR > 0); DELAY_CYCLES(20); SPI1->DATAR = 0x00; // 黒固定 } for (int line = 100 + VRAM_H; line < 262; line++) { syncStart(); DELAY_CYCLES(400); } } } ``` # まとめ：マイコンから見たビデオ信号 ビデオ信号を作るということは、マイコンを**「ナノ秒単位で正確に電圧を切り替える精密機械」として扱う作業です。ロジックの正しさよりも、「いかにCPUの気まぐれ（実行サイクルの変動）を抑え込むか」**が全てと言っても過言ではありません。 # 次回予告 左右のげじげじを止めたいなぁと