Introduktion til bygning aCRT skærmAdapter

I retrospilverdenen er der få ting, der vækker så meget nostalgi som de klassiske CRT-skærme. Disse old-school skærme er en integreret del af oplevelsen af at spille vintage arkadespil. Hvis du nogensinde har ønsket at forbinde en moderne computer til en arkademaskine, er du på det rigtige sted. I denne guide vil vi undersøge, hvordan du opretter en brugerdefineret24-bit arcade CRT-skærmadapterder forbinder med en computer via USB. Dette projekt har til formål at puste nyt liv i klassiske arkademaskiner og samtidig forbedre den visuelle kvalitet.

Forståelse af CRT-skærmkravene

CRT'en, der bruges i RCade'en, har et JAMMA-stik, en standard for arkadespil, der giver mulighed for nem tilslutning af forskellige komponenter. En standard VGA-adapter ville ikke være tilstrækkelig. Her er hvorfor:

Ikke-standard opløsninger:CRT'en fungerer ved en ikke-standard opløsning på 336x262 pixels. Mange skærmadaptere kan ikke håndtere sådanne opløsninger, ofte standard til 640x480 eller højere.
Farvedybdebegrænsninger:Raspberry Pi, som vi oprindeligt brugte, understøtter kun 18-bit farve, hvilket fører til mærkbare farvebånd og mangel på livlighed på CRT.
Portabilitetsbehov:Vi ønskede at bruge en bærbar computer i stedet for en desktop, hvilket begrænsede vores muligheder til et USB-interface i stedet for et PCI-e-kort.

Disse begrænsninger understregede behovet for en brugerdefineret løsning, der kunne udskrive enhver opløsning, vi ønskede, og samtidig forbedre farvedybden. Ved at skabe vores egen adapter kunne vi sikre, at CRT blev udnyttet til sit fulde potentiale, hvilket giver en rigere spiloplevelse.

For dem, der ikke er bekendt med CRT-teknologi, er det vigtigt at forstå, at disse skærme fungerer anderledes end moderne LCD- eller LED-skærme. CRT'er kræver specifikke timing- og signalformater for at producere billeder, hvilket er grunden til, at generiske adaptere ofte kommer til kort. Målet med vores projekt var at skræddersy vores løsning til at imødekomme disse unikke behov.

Hvad er VGA, og hvordan virker det?

VGA, eller Video Graphics Array, er en signalprotokol, der nøje efterligner, hvordan en CRT fungerer. Inde i en CRT repræsenterer tre elektronkanoner de røde, grønne og blå farver, der kombineres for at skabe hele spektret af nuancer. Elektromagneter i rørets hals styrer elektronstrålen for at tegne billeder linje for linje. Denne proces er afgørende for at producere de billeder, vi ser på skærmen.

For effektivt at kommunikere med CRT'en sender VGA-forbindelsen analoge signaler for hver farvekanal sammen med vandrette (HSYNC) og vertikale (VSYNC) synkroniseringssignaler. Her er en kort oversigt over disse komponenter:

Nøglekrav til CRT-adapter

🖥️

Ikke-standard opløsning
Understøtter 336x262 pixels

🎨

Farvedybde
Kræver 24-bit farveoutput

💻

USB interface
Kompatibel med bærbare computere

🔌

JAMMA stik
Standard for arkadeforbindelser

🔧

Tilpasset løsning
Byg til at passe unikke behov

R, G, B Signaler:Disse signaler styrer intensiteten af de røde, grønne og blå farver, der vises på skærmen. Hver farvekanal skal justeres præcist for at opnå det ønskede farveoutput.
HSYNC-signal:Dette signal synkroniserer den horisontale scanning af elektronstrålen. Den angiver, hvornår strålen skal starte en ny linje.
VSYNC-signal:Dette signal styrer den vertikale scanning, hvilket gør det muligt for CRT'en at vide, hvornår den skal flytte til næste billede. Det angiver, hvornår man skal begynde at tegne en ny ramme.

Synkroniseringen sikrer, at billedet vises korrekt og uden forvrængning. Hvis disse signaler ikke er timet nøjagtigt, kan billedet blive forkert justeret, hvilket fører til flimren eller rivning. Det eneste, vi har brug for, er disse signaler, der kører på præcise tidspunkter, hvilket lyder ligetil, men det kan være svært at implementere korrekt.

Desuden er det vigtigt at forstå VGA-standarder for alle, der ønsker at arbejde med CRT-teknologi. VGA-specifikationen skitserer timingen og spændingsniveauerne for signaler, som varierer afhængigt af opløsningen og opdateringshastigheden. Derfor vil kendskab til disse specifikationer i høj grad hjælpe med en vellykket implementering.

Første forsøg: Brug af RP2040's PIO

Raspberry Pi RP2040 er en fantastisk mikrocontroller, der tilbyder et stort potentiale for projekter som vores. Det er til en overkommelig pris og kommer spækket med funktioner, herunder et PIO-system (Programmable Input/Output), som er perfekt til vores behov. PIO'en giver dig mulighed for at skrive assembly-lignende kode, der udføres i en præcis cyklus, hvilket gør den ideel til at skabe brugerdefinerede protokoller som VGA.

Her er en oversigt over PIO'ens fordele:

Omkostningseffektiv:Til omkring $1 er RP2040 et økonomisk valg for både hobbyister og udviklere.
Effektiv behandling:Med 264 KB RAM kan den håndtere flere opgaver samtidigt, hvilket er afgørende for at generere VGA-signaler.
Tilpasning:PIO'en giver mulighed for præcis kontrol over GPIO-ben, hvilket muliggør modulering af VGA-signaler efter behov.

Her er et glimt af, hvordan vores PIO-kode så ud:

// VGA Timing
// 1. Lav for 336 pixels
// 2. Høj for 30 pixels
// 3. Lav for 34 pixels
// 4. Gentag

Koden blev designet til at generere den nødvendige timing for VGA-signalerne. Ved at udnytte styrkerne ved RP2040 tilstræbte vi at skabe et pålideligt og effektivt VGA-output, der kunne justeres efter behov til forskellige opløsninger.

En af de vigtigste udfordringer, vi stod over for, var at sikre, at timingen mellem signalerne var præcis. Eventuelle forsinkelser kan resultere i visuelle artefakter på skærmen. Derfor var test og iteration af koden en afgørende del af udviklingsprocessen.

Nødvendige komponenter til projektet

Før vi begynder at bygge, lad os samle de nødvendige komponenter. At have de rigtige værktøjer og dele vil gøre processen meget smidigere. Her er en liste over, hvad du skal bruge:

Raspberry PiRP2040:Denne mikrocontroller vil fungere som hjertet i vores projekt og håndtere al signalbehandling.
JAMMA til VGA konverter:Denne konverter vil forbinde CRT til Raspberry Pi, hvilket muliggør kommunikation mellem de to.
USB-grænseflade:Til kommunikation med en bærbar eller computer, så vi kan sende kommandoer og modtage data.
Strømforsyning:For at forsyne Raspberry Pi og alle eksterne enheder, sikre at alt kører glat.
Ledninger og brødbræt:Til prototyping og sammenkobling af komponenter, hvilket forenkler monteringsprocessen.

Når du har alle komponenterne, kan du begynde at samle skærmadapteren! Sørg for at dobbelttjekke, at du har alle nødvendige værktøjer og komponenter, før du starter for at undgå afbrydelser under byggeprocessen.

Tilslutning af komponenterne

Med alle delene klar, er det tid til at forbinde alt. Følg disse trin for at konfigurere din skærmadapter:

Tilslut Raspberry Pi RP2040 til brødbrættet. Sørg for, at strøm- og jordstifterne er korrekt tilsluttet.
Forbind JAMMA-stikket til VGA-konverteren, og sørg for at følge pinout-specifikationerne for begge komponenter.
Tilslut USB-grænsefladen til Raspberry Pi for at lette kommunikationen med computeren.
Sørg for, at alle forbindelser er sikre og korrekt isolerede for at forhindre kortslutninger eller afbrydelser.

Når alt er tilsluttet, kan du begynde at programmere RP2040 til at generere VGA-signaler. Denne kode vil kontrollere, hvordan billederne vises på CRT. Vær omhyggelig med dine ledninger og dobbelttjek hver forbindelse for at undgå problemer under test.

Trin til at bygge CRT-adapter

Vurdere krav

Identificer opløsning og farvebehov

Vælg Komponenter

Vælg passende hardwaredele

Design kredsløb

Opret skematisk for forbindelser

Saml adapter

Sammensæt hardwarekomponenter

Test funktionalitet

Sørg for korrekt visning på CRT

Det er også nyttigt at lave et skematisk diagram over dine forbindelser. Dette kan tjene som reference under fejlfinding og hjælpe dig med at visualisere hele systemet.

Programmering af RP2040 til VGA-udgang

Nu kommer den sjove del: programmering af RP2040! Målet er at skabe et program, der sender den korrekte timing for VGA-signalerne. Dette involverer generering af præcis timing for R-, G-, B-, HSYNC- og VSYNC-signalerne. Hvis du ikke er fortrolig med programmering af mikrocontrollere, så fortvivl ikke; vi vil guide dig gennem det grundlæggende.

Her er et forenklet kodestykke for at illustrere, hvordan du kan konfigurere dette:

void setup() {
  // Initialiser VGA-signaler
  pinMode(R_PIN, OUTPUT);
  pinMode(G_PIN, OUTPUT);
  pinMode(B_PIN, OUTPUT);
  pinMode(HSYNC_PIN, OUTPUT);
  pinMode(VSYNC_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Indstil farver og synkroniseringssignaler
  digitalWrite(R_PIN, HIGH);
  digitalWrite(G_PIN, LOW);
  digitalWrite(B_PIN, HIGH);
  // Generer HSYNC- og VSYNC-signaler
}

Dette er blot en grundlæggende struktur, men det giver dig en idé om, hvordan du starter. Du bliver nødt til at justere timingen og signalerne baseret på dine specifikke krav, såsom opløsningen og opdateringshastigheden, du ønsker at opnå.

For begyndere kan det være nyttigt at se på biblioteker eller eksisterende projekter, der kan hjælpe med at forenkle noget af programmeringen. Online fællesskaber og fora kan også være uvurderlige ressourcer til fejlfinding og rådgivning.

Test og fejlfinding

Når din kode er klar, er det tid til at teste din opsætning. Tilslut adapteren til din CRT og tænd for alt. Hvis alt går godt, bør du se billeder vist på skærmen! Men tingene fungerer måske ikke perfekt i første forsøg. Her er nogle almindelige problemer, du kan støde på:

Ingen visning:Kontroller dine forbindelser og sørg for, at strømforsyningen fungerer. En løs forbindelse kan forhindre CRT i at modtage signaler.
Forvrænget billede:Juster timingen i din kode for at sikre synkronisering. Hvis HSYNC- eller VSYNC-signalerne er slået fra, kan billedet se skævt ud.
Farveproblemer:Kontroller, at R-, G- og B-signalerne er korrekt tilsluttet og programmeret. Forkerte farvesignaler kan føre til unøjagtig farvegengivelse.

Bliv ikke afskrækket, hvis tingene ikke virker med det samme. Fejlfinding er en del af processen! Hold en notesbog ved hånden for at notere eventuelle ændringer, du laver, da dette kan hjælpe med at spore, hvilke løsninger der fungerede, og hvilke der ikke gjorde.

Overvej desuden at teste med forskellige opløsninger og opdateringshastigheder for at se, hvordan CRT reagerer. Dette kan give indsigt i grænserne for dit setup og hjælpe med at forfine din tilgang.

Konklusion: Bring retro gaming tilbage til livet

Opbygning af en24-bit arcade CRT-skærmadapterer ikke bare et sjovt projekt; det er en måde at forbinde moderne teknologi med klassisk spil. Ved at følge de trin, der er beskrevet i denne vejledning, kan du oprette en adapter, der forbedrer din spiloplevelse på en CRT-skærm. Dette projekt giver dig mulighed for at værdsætte forviklingerne ved både vintage teknologi og moderne mikrocontrollere.

Husk, at nøglekomponenterne er en Raspberry Pi RP2040, et JAMMA-stik og et USB-interface. Med noget programmering og fejlfinding vil du bringe din arkademaskine til live igen!

Klar til at komme i gang? Saml dine komponenter og dyk ned i retro-gamingverdenen. For dem, der er interesseret i at forbedre deres tekniske færdigheder yderligere, så tjek voreskomplet binær oversættelsesvejledning!