Въведение в изграждането на aCRT дисплейАдаптер

В света на ретро игрите малко неща предизвикват толкова носталгия, колкото класическите CRT дисплеи. Тези екрани от старата школа са неразделна част от изживяването при игра на ретро аркадни игри. Ако някога сте искали да свържете модерен компютър към аркадна машина, вие сте на правилното място. В това ръководство ще проучим как да създадете персонализация24-битов аркаден CRT дисплей адаптеркойто се свързва с компютър чрез USB. Този проект има за цел да вдъхне нов живот на класическите аркадни машини, като същевременно подобри визуалното качество.

Разбиране на изискванията за CRT дисплей

CRT, използван в RCade, разполага с JAMMA конектор, стандарт за аркадни игри, който позволява лесно свързване на различни компоненти. Стандартен VGA адаптер не би бил достатъчен. Ето защо:

Нестандартни резолюции:CRT работи с нестандартна резолюция от 336x262 пиксела. Много адаптери за дисплей не могат да се справят с такива разделителни способности, често по подразбиране 640x480 или по-висока.
Ограничения на дълбочината на цвета:Raspberry Pi, който първоначално използвахме, поддържа само 18-битов цвят, което води до забележими цветни ленти и липса на жизненост на CRT.
Нужди за преносимост:Искахме да използваме лаптоп вместо настолен компютър, което ограничи възможностите ни до USB интерфейс, а не до PCI-e карта.

Тези ограничения подчертаха необходимостта от персонализирано решение, което може да изведе всяка разделителна способност, която желаем, като същевременно подобрява дълбочината на цвета. Чрез създаването на наш собствен адаптер, ние можехме да гарантираме, че CRT е използван до пълния си потенциал, предлагайки по-богато гейминг изживяване.

За тези, които не са запознати с CRT технологията, важно е да разберат, че тези дисплеи работят по различен начин от съвременните LCD или LED екрани. CRT изискват специфични времеви и сигнални формати за създаване на изображения, поради което генеричните адаптери често не успяват. Целта на нашия проект беше да приспособим нашето решение към тези уникални нужди.

Какво е VGA и как работи?

VGA или Video Graphics Array е протокол за сигнализиране, който много имитира начина, по който работи CRT. Вътре в CRT три електронни пушки представляват червения, зеления и синия цвят, които се комбинират, за да създадат пълния спектър от нюанси. Електромагнитите в гърлото на тръбата управляват електронния лъч, за да рисуват изображения ред по ред. Този процес е от решаващо значение за създаването на изображенията, които виждаме на екрана.

За ефективна комуникация с CRT, VGA връзката изпраща аналогови сигнали за всеки цветен канал заедно със сигнали за хоризонтална (HSYNC) и вертикална (VSYNC) синхронизация. Ето кратък преглед на тези компоненти:

Основни изисквания за CRT адаптер

🖥️

Нестандартна резолюция
Поддържа 336x262 пиксела

🎨

Дълбочина на цвета
Изисква 24-битов цветен изход

💻

USB интерфейс
Съвместим с лаптопи

🔌

Конектор JAMMA
Стандарт за аркадни връзки

🔧

Персонализирано решение
Изграждане, за да отговаря на уникалните нужди

R, G, B сигнали:Тези сигнали контролират интензитета на червените, зелените и сините цветове, показани на екрана. Всеки цветен канал трябва да бъде настроен прецизно, за да се постигне желаната цветна продукция.
Сигнал HSYNC:Този сигнал синхронизира хоризонталното сканиране на електронния лъч. Той показва кога лъчът трябва да започне нов ред.
VSYNC сигнал:Този сигнал управлява вертикалното сканиране, позволявайки на CRT да знае кога да премине към следващия кадър. Той показва кога да започнете да рисувате нова рамка.

Синхронизацията гарантира, че изображението се показва правилно и без изкривяване. Ако тези сигнали не са синхронизирани точно, изображението може да се размести, което да доведе до трептене или накъсване. Всичко, от което се нуждаем, са тези сигнали, работещи в точни времена, което звучи просто, но може да бъде трудно за правилно прилагане.

Освен това разбирането на VGA стандартите е от съществено значение за всеки, който иска да работи с CRT технология. VGA спецификацията очертава времето и нивата на напрежение за сигналите, които варират в зависимост от разделителната способност и честотата на опресняване. Следователно познаването на тези спецификации значително ще помогне за успешното прилагане.

Първи опит: Използване на PIO на RP2040

Raspberry Pi RP2040 е фантастичен микроконтролер, който предлага много потенциал за проекти като нашия. Той е достъпен и се предлага пълен с функции, включително система за програмируем вход/изход (PIO), която е идеална за нашите нужди. PIO ви позволява да пишете код, подобен на асемблиране, който се изпълнява в прецизен цикъл, което го прави идеален за създаване на персонализирани протоколи като VGA.

Ето разбивка на предимствата на PIO:

Рентабилно:При около $1, RP2040 е икономичен избор както за любители, така и за разработчици.
Ефективна обработка:С 264 KB RAM, той може да се справя с множество задачи едновременно, което е от решаващо значение за генериране на VGA сигнали.
Възможност за персонализиране:PIO позволява прецизен контрол върху GPIO щифтовете, позволявайки модулирането на VGA сигнали според нуждите.

Ето един поглед как изглеждаше нашият PIO код:

// VGA тайминг
// 1. Ниска за 336 пиксела
// 2. Висока за 30 пиксела
// 3. Ниска за 34 пиксела
// 4. Повторете

Кодът е проектиран да генерира необходимото време за VGA сигналите. Използвайки силните страни на RP2040, ние имахме за цел да създадем надежден и ефективен VGA изход, който може да се регулира според нуждите за различни разделителни способности.

Едно от основните предизвикателства, пред които се изправихме, беше да гарантираме, че времето между сигналите е точно. Всяко забавяне може да доведе до визуални артефакти на екрана. Следователно тестването и итерирането на кода беше решаваща част от процеса на разработка.

Компоненти, необходими за проекта

Преди да започнем изграждането, нека съберем необходимите компоненти. Наличието на правилните инструменти и части ще направи процеса много по-гладък. Ето списък на това, от което се нуждаете:

Raspberry PiRP2040:Този микроконтролер ще служи като сърцето на нашия проект, обработвайки цялата обработка на сигнали.
JAMMA към VGA конвертор:Този конвертор ще свърже CRT към Raspberry Pi, позволявайки комуникация между двете.
USB интерфейс:За комуникация с лаптоп или компютър, което ни позволява да изпращаме команди и да получаваме данни.
Захранване:За захранване на Raspberry Pi и всякакви периферни устройства, гарантирайки, че всичко работи гладко.
Проводници и макетна платка:За създаване на прототипи и свързване на компоненти заедно, опростяване на процеса на сглобяване.

След като имате всички компоненти, можете да започнете да сглобявате адаптера на дисплея! Уверете се, че сте проверили дали имате всички необходими инструменти и компоненти, преди да започнете, за да избегнете прекъсвания по време на процеса на изграждане.

Свързване на компонентите

След като всички части са готови, време е да свържете всичко. Следвайте тези стъпки, за да настроите своя адаптер за дисплей:

Свържете Raspberry Pi RP2040 към макетната платка. Уверете се, че щифтовете за захранване и заземяване са правилно окабелени.
Свържете конектора JAMMA към VGA преобразувателя, като се уверите, че следвате спецификациите за разпределение на двата компонента.
Свържете USB интерфейса към Raspberry Pi, за да улесните комуникацията с компютъра.
Уверете се, че всички връзки са сигурни и правилно изолирани, за да предотвратите късо съединение или прекъсване.

След като всичко е свързано, можете да започнете да програмирате RP2040 за генериране на VGA сигнали. Този код ще контролира как изображенията се показват на CRT. Бъдете внимателни при окабеляването си и проверете отново всяка връзка, за да избегнете проблеми по време на тестване.

Стъпки за изграждане на CRT адаптер

Оценете изискванията

Определете нуждите от резолюция и цвят

Изберете Компоненти

Изберете подходящи хардуерни части

Дизайн верига

Създайте схема за връзки

Сглобете адаптер

Сглобете хардуерни компоненти

Тествайте функционалността

Осигурете правилен дисплей на CRT

Също така е полезно да създадете схематична диаграма на вашите връзки. Това може да служи като справка по време на отстраняване на неизправности и да ви помогне да визуализирате цялата система.

Програмиране на RP2040 за VGA изход

Сега идва забавната част: програмиране на RP2040! Целта е да се създаде програма, която изпраща правилното време за VGA сигналите. Това включва генериране на точно време за сигналите R, G, B, HSYNC и VSYNC. Ако не сте запознати с програмирането на микроконтролери, не се притеснявайте; ще ви преведем през основите.

Ето опростен кодов фрагмент, за да илюстрирате как можете да настроите това:

void setup() {
  // Инициализиране на VGA сигнали
  pinMode(R_PIN, ИЗХОД);
  pinMode(G_PIN, ИЗХОД);
  pinMode(B_PIN, ИЗХОД);
  pinMode(HSYNC_PIN, ИЗХОД);
  pinMode(VSYNC_PIN, ИЗХОД);
}

void loop() {
  // Задаване на цветове и сигнали за синхронизация
  digitalWrite(R_PIN, HIGH);
  digitalWrite(G_PIN, НИСЪК);
  digitalWrite(B_PIN, HIGH);
  // Генериране на HSYNC и VSYNC сигнали
}

Това е само основна структура, но ви дава представа как да започнете. Ще трябва да коригирате времето и сигналите въз основа на вашите специфични изисквания, като разделителната способност и честотата на опресняване, които искате да постигнете.

За начинаещи може да е полезно да разгледат библиотеки или съществуващи проекти, които могат да помогнат за опростяване на част от програмирането. Онлайн общностите и форумите също могат да бъдат безценни ресурси за отстраняване на проблеми и съвети.

Тестване и отстраняване на неизправности

След като кодът ви е готов, е време да тествате настройката си. Свържете адаптера към вашия CRT и включете всичко. Ако всичко върви добре, трябва да видите изображения, показани на екрана! Нещата обаче може да не работят перфектно при първия опит. Ето някои често срещани проблеми, които може да срещнете:

Без дисплей:Проверете вашите връзки и се уверете, че захранването работи. Разхлабената връзка може да попречи на CRT да получава сигнали.
Изкривено изображение:Регулирайте времето във вашия код, за да осигурите синхронизация. Ако сигналите HSYNC или VSYNC са изключени, изображението може да изглежда изкривено.
Проблеми с цвета:Проверете дали сигналите R, G и B са правилно свързани и програмирани. Неправилните цветови сигнали могат да доведат до неточно представяне на цветовете.

Не се обезсърчавайте, ако нещата не работят веднага. Отстраняването на неизправности е част от процеса! Дръжте бележник под ръка, за да записвате всички промени, които правите, тъй като това може да ви помогне да проследите кои решения са работили и кои не.

Освен това помислете за тестване с различни разделителни способности и честоти на опресняване, за да видите как CRT реагира. Това може да даде представа за ограниченията на вашата настройка и да помогне за прецизиране на вашия подход.

Заключение: Връщане към живота на ретро игрите

Сграда а24-битов аркаден CRT дисплей адаптерне е просто забавен проект; това е начин да свържете модерните технологии с класическите игри. Като следвате стъпките, описани в това ръководство, можете да създадете адаптер, който подобрява вашето игрово изживяване на CRT дисплей. Този проект ви позволява да оцените тънкостите както на ретро технологията, така и на съвременните микроконтролери.

Не забравяйте, че ключовите компоненти са Raspberry Pi RP2040, JAMMA конектор и USB интерфейс. С малко програмиране и отстраняване на неизправности ще върнете към живота вашата аркадна машина!

Готови ли сте да започнете? Съберете вашите компоненти и се потопете в света на ретро игрите. За тези, които се интересуват от допълнително подобряване на своите технически умения, вижте нашияпълно ръководство за двоичен превод!