Úvod do stavebnictví aCRT displejAdaptér

Ve světě retro her jen máloco vzbuzuje tolik nostalgie jako klasické CRT displeje. Tyto staré obrazovky jsou nedílnou součástí zážitku z hraní historických arkádových her. Pokud jste někdy chtěli připojit moderní počítač k arkádovému automatu, jste na správném místě. V této příručce prozkoumáme, jak vytvořit vlastní24bitový arkádový adaptér CRT displejekterý se propojuje s počítačem přes USB. Tento projekt si klade za cíl vdechnout nový život klasickým arkádovým automatům a zároveň zlepšit vizuální kvalitu.

Pochopení požadavků na CRT displej

CRT používaný v RCade je vybaven konektorem JAMMA, což je standard pro arkádové hry, který umožňuje snadné připojení různých komponent. Standardní VGA adaptér by nestačil. Zde je důvod:

Nestandardní rozlišení:CRT pracuje v nestandardním rozlišení 336x262 pixelů. Mnoho grafických adaptérů takové rozlišení nezvládá, často je výchozí 640x480 nebo vyšší.
Omezení barevné hloubky:Raspberry Pi, které jsme zpočátku používali, podporuje pouze 18bitové barvy, což vede ke znatelnému barevnému pruhování a nedostatku živosti na CRT.
Požadavky na přenositelnost:Chtěli jsme místo stolního počítače použít notebook, což omezovalo naše možnosti na rozhraní USB spíše než na kartu PCI-e.

Tato omezení podtrhla potřebu vlastního řešení, které by dokázalo poskytnout libovolné rozlišení, které jsme si přáli, a zároveň zlepšit barevnou hloubku. Vytvořením našeho vlastního adaptéru jsme mohli zajistit, že CRT byl využit na plný potenciál a nabídl bohatší herní zážitek.

Pro ty, kteří neznají technologii CRT, je důležité pochopit, že tyto displeje fungují jinak než moderní LCD nebo LED obrazovky. CRT vyžadují specifické časování a formáty signálu pro vytváření obrázků, což je důvod, proč generické adaptéry často zaostávají. Cílem našeho projektu bylo přizpůsobit naše řešení těmto jedinečným potřebám.

Co je VGA a jak funguje?

VGA, neboli Video Graphics Array, je signalizační protokol, který přesně napodobuje fungování CRT. Uvnitř CRT představují tři elektronová děla červenou, zelenou a modrou barvu, které se kombinují a vytvářejí celé spektrum odstínů. Elektromagnety v hrdle trubice řídí elektronový paprsek tak, aby kreslil obrazy řádek po řádku. Tento proces je zásadní pro vytváření obrázků, které vidíme na obrazovce.

Pro efektivní komunikaci s CRT posílá VGA připojení analogové signály pro každý barevný kanál spolu s horizontálními (HSYNC) a vertikálními (VSYNC) synchronizačními signály. Zde je stručný přehled těchto komponent:

Klíčové požadavky na CRT adaptér

🖥️

Nestandardní rozlišení
Podporuje 336 x 262 pixelů

🎨

Barevná hloubka
Vyžaduje 24bitový barevný výstup

💻

Rozhraní USB
Kompatibilní s notebooky

🔌

Konektor JAMMA
Standardní pro arkádové připojení

🔧

Vlastní řešení
Sestavte tak, aby vyhovovala jedinečným potřebám

Signály R, G, B:Tyto signály řídí intenzitu červené, zelené a modré barvy zobrazené na obrazovce. Každý barevný kanál musí být přesně nastaven, aby se dosáhlo požadovaného barevného výstupu.
Signál HSYNC:Tento signál synchronizuje horizontální skenování elektronového paprsku. Udává, kdy má paprsek začít nový řádek.
Signál VSYNC:Tento signál řídí vertikální skenování a umožňuje CRT vědět, kdy se má přesunout na další snímek. Označuje, kdy začít kreslit nový rámeček.

Synchronizace zajišťuje správné zobrazení obrazu bez zkreslení. Pokud tyto signály nejsou přesně načasovány, může se obraz vychýlit, což vede k blikání nebo trhání. Vše, co potřebujeme, jsou tyto signály běžící v přesném načasování, což zní přímočaře, ale může být obtížné správně implementovat.

Pochopení standardů VGA je navíc nezbytné pro každého, kdo chce pracovat s technologií CRT. Specifikace VGA popisuje časování a úrovně napětí pro signály, které se liší v závislosti na rozlišení a obnovovací frekvenci. Znalost těchto specifikací proto výrazně napomůže úspěšné implementaci.

První pokus: Použití PIO RP2040

Raspberry Pi RP2040 je fantastický mikrokontrolér, který nabízí velký potenciál pro projekty, jako je ten náš. Je cenově dostupný a je nabitý funkcemi, včetně systému Programmable Input/Output (PIO), který je perfektní pro naše potřeby. PIO vám umožňuje psát kód podobný sestavě, který se provádí v přesném cyklu, takže je ideální pro vytváření vlastních protokolů, jako je VGA.

Zde je rozpis výhod PIO:

Nákladově efektivní:S cenou kolem 1 $ je RP2040 ekonomickou volbou pro fandy i vývojáře.
Efektivní zpracování:S 264 KB RAM dokáže zvládnout více úloh současně, což je pro generování VGA signálů zásadní.
Přizpůsobitelnost:PIO umožňuje přesné ovládání pinů GPIO a umožňuje modulaci signálů VGA podle potřeby.

Zde je pohled na to, jak náš PIO kód vypadal:

// Časování VGA
// 1. Nízká pro 336 pixelů
// 2. Vysoká pro 30 pixelů
// 3. Nízká pro 34 pixelů
// 4. Opakujte

Kód byl navržen tak, aby generoval potřebné časování pro signály VGA. Využitím silných stránek RP2040 jsme se zaměřili na vytvoření spolehlivého a efektivního výstupu VGA, který by bylo možné upravit podle potřeby pro různá rozlišení.

Jedním z klíčových problémů, kterým jsme čelili, bylo zajistit, aby načasování mezi signály bylo přesné. Jakékoli zpoždění může způsobit vizuální artefakty na obrazovce. Proto bylo testování a opakování kódu klíčovou součástí vývojového procesu.

Komponenty potřebné pro projekt

Než začneme stavět, shromáždíme potřebné komponenty. Díky správným nástrojům a dílům bude proces mnohem plynulejší. Zde je seznam toho, co budete potřebovat:

Raspberry PiRP2040:Tento mikrokontrolér bude sloužit jako srdce našeho projektu a bude se starat o veškeré zpracování signálu.
Převodník JAMMA na VGA:Tento převodník připojí CRT k Raspberry Pi a umožní komunikaci mezi nimi.
USB rozhraní:Pro komunikaci s notebookem nebo počítačem, což nám umožňuje odesílat příkazy a přijímat data.
Napájení:Pro napájení Raspberry Pi a všech periferií, aby vše fungovalo hladce.
Dráty a prkénko:Pro prototypování a spojování komponentů dohromady, zjednodušení procesu montáže.

Jakmile budete mít všechny komponenty, můžete začít s montáží grafického adaptéru! Než začnete, ujistěte se, že máte všechny potřebné nástroje a komponenty, abyste předešli přerušení během procesu sestavování.

Připojení komponent

Když jsou všechny díly připraveny, je čas vše propojit. Chcete-li nastavit grafický adaptér, postupujte takto:

Připojte Raspberry Pi RP2040 k prkénku. Ujistěte se, že jsou napájecí a zemnicí kolíky správně zapojeny.
Zapojte konektor JAMMA do VGA převodníku a ujistěte se, že dodržujete specifikace pinů pro oba komponenty.
Připojte USB rozhraní k Raspberry Pi pro usnadnění komunikace s počítačem.
Ujistěte se, že všechny spoje jsou bezpečné a řádně izolované, aby se zabránilo zkratům nebo rozpojení.

Jakmile je vše připojeno, můžete začít programovat RP2040 pro generování signálů VGA. Tento kód bude řídit, jak se obrázky zobrazují na CRT. Buďte opatrní ve svém zapojení a dvakrát zkontrolujte každé připojení, abyste se vyhnuli problémům během testování.

Kroky k sestavení CRT adaptéru

Posoudit požadavky

Identifikujte potřeby rozlišení a barev

Vyberte Komponenty

Vyberte vhodné součásti hardwaru

Designový obvod

Vytvořte schéma pro připojení

Sestavte adaptér

Dejte dohromady hardwarové komponenty

Test funkčnosti

Zajistěte správné zobrazení na CRT

Je také užitečné vytvořit schematický diagram vašich připojení. To může sloužit jako reference při odstraňování problémů a pomoci vám vizualizovat celý systém.

Programování RP2040 pro výstup VGA

Nyní přichází ta zábavná část: programování RP2040! Cílem je vytvořit program, který posílá správné časování pro signály VGA. To zahrnuje generování přesného časování pro signály R, G, B, HSYNC a VSYNC. Pokud nejste obeznámeni s programováním mikrokontrolérů, nebojte se; provedeme vás základy.

Zde je zjednodušený fragment kódu, který ilustruje, jak to můžete nastavit:

void setup() {
  // Inicializace signálů VGA
  pinMode(R_PIN, OUTPUT);
  pinMode(G_PIN, OUTPUT);
  pinMode(B_PIN, OUTPUT);
  pinMode(HSYNC_PIN, OUTPUT);
  pinMode(VSYNC_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Nastavení barev a synchronizačních signálů
  digitalWrite(R_PIN, HIGH);
  digitalWrite(G_PIN, NÍZKÁ);
  digitalWrite(B_PIN, HIGH);
  // Generování signálů HSYNC a VSYNC
}

Toto je pouze základní struktura, ale dává vám představu, jak začít. Budete muset upravit načasování a signály na základě vašich konkrétních požadavků, jako je rozlišení a obnovovací frekvence, kterých chcete dosáhnout.

Pro začátečníky může být užitečné podívat se do knihoven nebo existujících projektů, které mohou pomoci zjednodušit některé programování. Online komunity a fóra mohou být také neocenitelnými zdroji pro řešení problémů a rady.

Testování a odstraňování problémů

Jakmile bude váš kód připraven, je čas otestovat nastavení. Připojte adaptér k CRT a vše zapněte. Pokud vše půjde dobře, měli byste vidět obrázky zobrazené na obrazovce! Věci však nemusí fungovat dokonale na první pokus. Zde jsou některé běžné problémy, se kterými se můžete setkat:

Bez displeje:Zkontrolujte připojení a ujistěte se, že napájecí zdroj funguje. Uvolněné spojení by mohlo bránit CRT v přijímání signálů.
Zkreslený obrázek:Upravte načasování v kódu, abyste zajistili synchronizaci. Pokud jsou signály HSYNC nebo VSYNC vypnuté, může se obraz zdát zkreslený.
Problémy s barvami:Ověřte, zda jsou signály R, G a B správně zapojeny a naprogramovány. Nesprávné barevné signály mohou vést k nepřesnému zobrazení barev.

Nenechte se odradit, pokud věci nebudou fungovat hned. Odstraňování problémů je součástí procesu! Mějte po ruce notebook, abyste si zapsali jakékoli změny, které provedete, protože to může pomoci sledovat, která řešení fungovala a která ne.

Kromě toho zvažte testování s různými rozlišeními a obnovovacími frekvencemi, abyste viděli, jak CRT reaguje. To může poskytnout vhled do limitů vašeho nastavení a pomoci vylepšit váš přístup.

Závěr: Přivedení retro her zpět k životu

Budova a24bitový arkádový adaptér CRT displejenení jen zábavný projekt; je to způsob, jak propojit moderní technologie s klasickým hraním. Podle kroků uvedených v této příručce můžete vytvořit adaptér, který vylepší váš herní zážitek na CRT displeji. Tento projekt vám umožní ocenit složitosti jak historických technologií, tak moderních mikrokontrolérů.

Nezapomeňte, že klíčovými komponenty jsou Raspberry Pi RP2040, konektor JAMMA a rozhraní USB. S trochou programování a odstraňováním problémů přivedete svůj arkádový stroj zpět k životu!

Jste připraveni začít? Shromážděte své komponenty a ponořte se do světa retro her. Pro ty, kteří mají zájem o další zdokonalení svých technických dovedností, se podívejte na našekompletní průvodce binárním překladem!