Εισαγωγή στο Κτίριο αΟθόνη CRTΠροσαρμογέας

Στον κόσμο του ρετρό παιχνιδιού, λίγα πράγματα προκαλούν τόση νοσταλγία όσο οι κλασικές οθόνες CRT. Αυτές οι οθόνες παλιάς σχολής αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της εμπειρίας παίζοντας vintage παιχνίδια arcade. Αν θελήσατε ποτέ να συνδέσετε έναν σύγχρονο υπολογιστή σε μια μηχανή arcade, βρίσκεστε στο σωστό μέρος. Σε αυτόν τον οδηγό, θα διερευνήσουμε πώς να δημιουργήσουμε ένα προσαρμοσμένοΠροσαρμογέας οθόνης CRT arcade 24-bitπου συνδέεται με έναν υπολογιστή μέσω USB. Αυτό το έργο στοχεύει να δώσει νέα πνοή σε κλασικές μηχανές arcade, βελτιώνοντας παράλληλα την οπτική ποιότητα.

Κατανόηση των Απαιτήσεων Οθόνης CRT

Το CRT που χρησιμοποιείται στο RCade διαθέτει υποδοχή JAMMA, ένα πρότυπο για παιχνίδια arcade που επιτρέπει την εύκολη σύνδεση διαφόρων εξαρτημάτων. Ένας τυπικός προσαρμογέας VGA δεν θα αρκούσε. Να γιατί:

Μη τυπικές αναλύσεις:Το CRT λειτουργεί σε μη τυπική ανάλυση 336x262 pixel. Πολλοί προσαρμογείς οθόνης δεν μπορούν να χειριστούν τέτοιες αναλύσεις, συχνά με προεπιλογή 640x480 ή υψηλότερη.
Περιορισμοί βάθους χρώματος:Το Raspberry Pi που χρησιμοποιήσαμε αρχικά υποστηρίζει μόνο χρώμα 18-bit, κάτι που οδηγεί σε αισθητή χρωματική ζώνη και έλλειψη ζωντάνιας στο CRT.
Απαιτήσεις φορητότητας:Θέλαμε να χρησιμοποιήσουμε φορητό υπολογιστή αντί για επιτραπέζιο υπολογιστή, κάτι που περιόρισε τις επιλογές μας σε μια διασύνδεση USB και όχι σε μια κάρτα PCI-e.

Αυτοί οι περιορισμοί υπογράμμισαν την ανάγκη για μια προσαρμοσμένη λύση που θα μπορούσε να παράγει οποιαδήποτε ανάλυση επιθυμούσαμε, βελτιώνοντας παράλληλα το βάθος χρώματος. Δημιουργώντας τον δικό μας προσαρμογέα, θα μπορούσαμε να διασφαλίσουμε ότι το CRT χρησιμοποιήθηκε στο έπακρο, προσφέροντας μια πιο πλούσια εμπειρία παιχνιδιού.

Για όσους δεν είναι εξοικειωμένοι με την τεχνολογία CRT, είναι σημαντικό να κατανοήσουν ότι αυτές οι οθόνες λειτουργούν διαφορετικά από τις σύγχρονες οθόνες LCD ή LED. Οι CRT απαιτούν συγκεκριμένες μορφές χρονισμού και σήματος για την παραγωγή εικόνων, γι' αυτό οι γενικοί προσαρμογείς συχνά υπολείπονται. Ο στόχος του έργου μας ήταν να προσαρμόσουμε τη λύση μας για να ανταποκριθούμε σε αυτές τις μοναδικές ανάγκες.

Τι είναι το VGA και πώς λειτουργεί;

Το VGA ή το Video Graphics Array είναι ένα πρωτόκολλο σηματοδότησης που μιμείται στενά τον τρόπο λειτουργίας ενός CRT. Μέσα σε ένα CRT, τρία πιστόλια ηλεκτρονίων αντιπροσωπεύουν το κόκκινο, το πράσινο και το μπλε χρώματα που συνδυάζονται για να δημιουργήσουν το πλήρες φάσμα των αποχρώσεων. Οι ηλεκτρομαγνήτες στο λαιμό του σωλήνα κατευθύνουν τη δέσμη ηλεκτρονίων για να σχεδιάσουν εικόνες γραμμή προς γραμμή. Αυτή η διαδικασία είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή των εικόνων που βλέπουμε στην οθόνη.

Για την αποτελεσματική επικοινωνία με το CRT, η σύνδεση VGA στέλνει αναλογικά σήματα για κάθε κανάλι χρώματος μαζί με οριζόντια (HSYNC) και κάθετα (VSYNC) σήματα συγχρονισμού. Ακολουθεί μια σύντομη επισκόπηση αυτών των στοιχείων:

Βασικές απαιτήσεις για τον προσαρμογέα CRT

🖥️

Μη τυπική Ανάλυση
Υποστηρίζει 336x262 pixel

🎨

Βάθος χρώματος
Απαιτεί έγχρωμη έξοδο 24-bit

💻

Διασύνδεση USB
Συμβατό με φορητούς υπολογιστές

🔌

Υποδοχή JAMMA
Πρότυπο για συνδέσεις arcade

🔧

Προσαρμοσμένη Λύση
Κατασκευάστε για να ταιριάζει στις μοναδικές ανάγκες

Σήματα R, G, B:Αυτά τα σήματα ελέγχουν την ένταση των κόκκινων, πράσινων και μπλε χρωμάτων που εμφανίζονται στην οθόνη. Κάθε κανάλι χρώματος πρέπει να ρυθμιστεί με ακρίβεια για να επιτευχθεί η επιθυμητή απόδοση χρώματος.
Σήμα HSYNC:Αυτό το σήμα συγχρονίζει την οριζόντια σάρωση της δέσμης ηλεκτρονίων. Υποδεικνύει πότε η δέσμη πρέπει να ξεκινήσει μια νέα γραμμή.
Σήμα VSYNC:Αυτό το σήμα διαχειρίζεται την κατακόρυφη σάρωση, επιτρέποντας στο CRT να γνωρίζει πότε να μετακινηθεί στο επόμενο πλαίσιο. Υποδεικνύει πότε πρέπει να αρχίσει να σχεδιάζει ένα νέο πλαίσιο.

Ο συγχρονισμός διασφαλίζει ότι η εικόνα εμφανίζεται σωστά και χωρίς παραμόρφωση. Εάν αυτά τα σήματα δεν χρονομετρηθούν με ακρίβεια, η εικόνα μπορεί να γίνει λάθος ευθυγράμμιση, οδηγώντας σε τρεμόπαιγμα ή σκίσιμο. Το μόνο που χρειαζόμαστε είναι αυτά τα σήματα να τρέχουν σε ακριβείς χρονισμούς, κάτι που ακούγεται απλό, αλλά μπορεί να είναι δύσκολο να εφαρμοστεί σωστά.

Επιπλέον, η κατανόηση των προτύπων VGA είναι απαραίτητη για όποιον θέλει να εργαστεί με την τεχνολογία CRT. Η προδιαγραφή VGA περιγράφει τα επίπεδα χρονισμού και τάσης για τα σήματα, τα οποία ποικίλλουν ανάλογα με την ανάλυση και τον ρυθμό ανανέωσης. Επομένως, η εξοικείωση με αυτές τις προδιαγραφές θα βοηθήσει σημαντικά στην επιτυχή εφαρμογή.

Πρώτη προσπάθεια: Χρήση του PIO του RP2040

Το Raspberry Pi RP2040 είναι ένας φανταστικός μικροελεγκτής που προσφέρει πολλές δυνατότητες για έργα σαν το δικό μας. Είναι προσιτό και έρχεται γεμάτο με χαρακτηριστικά, συμπεριλαμβανομένου ενός συστήματος προγραμματιζόμενης εισόδου/εξόδου (PIO), το οποίο είναι τέλειο για τις ανάγκες μας. Το PIO σάς επιτρέπει να γράψετε κώδικα που μοιάζει με συγκρότημα που εκτελείται σε έναν ακριβή κύκλο, καθιστώντας το ιδανικό για τη δημιουργία προσαρμοσμένων πρωτοκόλλων όπως το VGA.

Ακολουθεί μια ανάλυση των πλεονεκτημάτων του PIO:

Οικονομικά:Με περίπου 1 $, το RP2040 είναι μια οικονομική επιλογή τόσο για χομπίστες όσο και για προγραμματιστές.
Αποτελεσματική επεξεργασία:Με 264 KB μνήμης RAM, μπορεί να χειριστεί πολλές εργασίες ταυτόχρονα, κάτι που είναι ζωτικής σημασίας για τη δημιουργία σημάτων VGA.
Προσαρμογή:Το PIO επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο των ακίδων GPIO, επιτρέποντας τη διαμόρφωση των σημάτων VGA όπως απαιτείται.

Ακολουθεί μια γεύση του πώς φαινόταν ο κωδικός PIO μας:

// Χρονισμός VGA
// 1. Χαμηλό για 336 pixel
// 2. Υψηλό για 30 pixel
// 3. Χαμηλό για 34 pixel
// 4. Επαναλάβετε

Ο κώδικας σχεδιάστηκε για να δημιουργεί τον απαραίτητο χρονισμό για τα σήματα VGA. Αξιοποιώντας τα δυνατά σημεία του RP2040, στοχεύαμε να δημιουργήσουμε μια αξιόπιστη και αποτελεσματική έξοδο VGA που θα μπορούσε να ρυθμιστεί ανάλογα με τις ανάγκες για διαφορετικές αναλύσεις.

Μία από τις βασικές προκλήσεις που αντιμετωπίσαμε ήταν να διασφαλίσουμε ότι ο χρονισμός μεταξύ των σημάτων ήταν ακριβής. Τυχόν καθυστερήσεις θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε οπτικά τεχνουργήματα στην οθόνη. Επομένως, η δοκιμή και η επανάληψη του κώδικα ήταν ένα κρίσιμο μέρος της διαδικασίας ανάπτυξης.

Στοιχεία που απαιτούνται για το έργο

Πριν ξεκινήσουμε την κατασκευή, ας συγκεντρώσουμε τα απαραίτητα εξαρτήματα. Η ύπαρξη των κατάλληλων εργαλείων και εξαρτημάτων θα κάνει τη διαδικασία πολύ πιο ομαλή. Ακολουθεί μια λίστα με αυτά που θα χρειαστείτε:

Raspberry PiRP2040:Αυτός ο μικροελεγκτής θα χρησιμεύσει ως η καρδιά του έργου μας, χειριζόμενος όλη την επεξεργασία σήματος.
Μετατροπέας JAMMA σε VGA:Αυτός ο μετατροπέας θα συνδέσει το CRT με το Raspberry Pi, επιτρέποντας την επικοινωνία μεταξύ των δύο.
Διασύνδεση USB:Για επικοινωνία με φορητό υπολογιστή ή υπολογιστή, που μας επιτρέπει να στέλνουμε εντολές και να λαμβάνουμε δεδομένα.
Τροφοδοτικό:Για να τροφοδοτήσετε το Raspberry Pi και οποιαδήποτε περιφερειακά, διασφαλίζοντας ότι όλα λειτουργούν ομαλά.
Σύρματα και σανίδα ψωμιού:Για τη δημιουργία πρωτοτύπων και τη σύνδεση εξαρτημάτων μεταξύ τους, απλοποιώντας τη διαδικασία συναρμολόγησης.

Αφού έχετε όλα τα εξαρτήματα, μπορείτε να ξεκινήσετε τη συναρμολόγηση του προσαρμογέα οθόνης! Βεβαιωθείτε ότι έχετε ελέγξει ξανά ότι διαθέτετε όλα τα απαραίτητα εργαλεία και εξαρτήματα πριν ξεκινήσετε για να αποφύγετε διακοπές κατά τη διαδικασία κατασκευής.

Σύνδεση των εξαρτημάτων

Με όλα τα εξαρτήματα έτοιμα, ήρθε η ώρα να συνδέσετε τα πάντα. Ακολουθήστε αυτά τα βήματα για να ρυθμίσετε τον προσαρμογέα οθόνης:

Συνδέστε το Raspberry Pi RP2040 στο breadboard. Βεβαιωθείτε ότι οι ακροδέκτες τροφοδοσίας και γείωσης έχουν συνδεθεί σωστά.
Συνδέστε την υποδοχή JAMMA στον μετατροπέα VGA, φροντίζοντας να ακολουθείτε τις προδιαγραφές pinout και για τα δύο εξαρτήματα.
Συνδέστε τη διεπαφή USB στο Raspberry Pi για να διευκολύνετε την επικοινωνία με τον υπολογιστή.
Βεβαιωθείτε ότι όλες οι συνδέσεις είναι ασφαλείς και σωστά μονωμένες για να αποφύγετε βραχυκυκλώματα ή αποσυνδέσεις.

Μόλις συνδεθούν όλα, μπορείτε να ξεκινήσετε τον προγραμματισμό του RP2040 για τη δημιουργία σημάτων VGA. Αυτός ο κωδικός θα ελέγχει τον τρόπο εμφάνισης των εικόνων στο CRT. Να είστε σχολαστικοί στην καλωδίωση και να ελέγχετε ξανά κάθε σύνδεση για να αποφύγετε προβλήματα κατά τη διάρκεια της δοκιμής.

Βήματα για την κατασκευή προσαρμογέα CRT

Αξιολογήστε τις απαιτήσεις

Προσδιορίστε τις ανάγκες ανάλυσης και χρώματος

Επιλέξτε Στοιχεία

Επιλέξτε κατάλληλα εξαρτήματα υλικού

Κύκλωμα σχεδίασης

Δημιουργία σχηματικού για συνδέσεις

Συναρμολογήστε τον προσαρμογέα

Συνδυάστε στοιχεία υλικού

Δοκιμαστική Λειτουργικότητα

Βεβαιωθείτε ότι υπάρχει σωστή εμφάνιση στο CRT

Είναι επίσης χρήσιμο να δημιουργήσετε ένα σχηματικό διάγραμμα των συνδέσεών σας. Αυτό μπορεί να χρησιμεύσει ως αναφορά κατά την αντιμετώπιση προβλημάτων και να σας βοηθήσει να οπτικοποιήσετε ολόκληρο το σύστημα.

Προγραμματισμός του RP2040 για έξοδο VGA

Τώρα έρχεται το διασκεδαστικό μέρος: προγραμματισμός του RP2040! Ο στόχος είναι να δημιουργηθεί ένα πρόγραμμα που στέλνει το σωστό χρονισμό για τα σήματα VGA. Αυτό περιλαμβάνει τη δημιουργία ακριβούς χρονισμού για τα σήματα R, G, B, HSYNC και VSYNC. Εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με τον προγραμματισμό μικροελεγκτών, μην ανησυχείτε. θα σας καθοδηγήσουμε στα βασικά.

Ακολουθεί ένα απλοποιημένο απόσπασμα κώδικα για να δείξετε πώς μπορείτε να το ρυθμίσετε:

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

void loop() {
  // Ρύθμιση χρωμάτων και σημάτων συγχρονισμού
  digitalWrite(R_PIN, HIGH);
  digitalWrite(G_PIN, LOW);
  digitalWrite(B_PIN, HIGH);
  // Δημιουργία σημάτων HSYNC και VSYNC
}

Αυτή είναι απλώς μια βασική δομή, αλλά σας δίνει μια ιδέα για το πώς να ξεκινήσετε. Θα χρειαστεί να προσαρμόσετε το χρόνο και τα σήματα με βάση τις συγκεκριμένες απαιτήσεις σας, όπως η ανάλυση και ο ρυθμός ανανέωσης που στοχεύετε να επιτύχετε.

Για αρχάριους, μπορεί να είναι χρήσιμο να ψάξουν σε βιβλιοθήκες ή υπάρχοντα έργα που μπορούν να βοηθήσουν στην απλούστευση ορισμένου προγραμματισμού. Οι διαδικτυακές κοινότητες και τα φόρουμ μπορούν επίσης να είναι πολύτιμοι πόροι για την αντιμετώπιση προβλημάτων και συμβουλές.

Δοκιμές και αντιμετώπιση προβλημάτων

Μόλις ο κώδικάς σας είναι έτοιμος, ήρθε η ώρα να δοκιμάσετε τις ρυθμίσεις σας. Συνδέστε τον προσαρμογέα στο CRT και ενεργοποιήστε τα πάντα. Εάν όλα πάνε καλά, θα πρέπει να δείτε εικόνες που εμφανίζονται στην οθόνη! Ωστόσο, τα πράγματα μπορεί να μην λειτουργούν τέλεια με την πρώτη προσπάθεια. Ακολουθούν ορισμένα κοινά προβλήματα που ενδέχεται να αντιμετωπίσετε:

Χωρίς εμφάνιση:Ελέγξτε τις συνδέσεις σας και βεβαιωθείτε ότι το τροφοδοτικό λειτουργεί. Μια χαλαρή σύνδεση θα μπορούσε να εμποδίσει τη λήψη σημάτων από το CRT.
Παραμορφωμένη εικόνα:Προσαρμόστε το χρόνο στον κώδικά σας για να εξασφαλίσετε συγχρονισμό. Εάν τα σήματα HSYNC ή VSYNC είναι απενεργοποιημένα, η εικόνα μπορεί να φαίνεται λοξή.
Ζητήματα χρώματος:Βεβαιωθείτε ότι τα σήματα R, G και B είναι σωστά καλωδιωμένα και προγραμματισμένα. Τα λανθασμένα χρωματικά σήματα μπορεί να οδηγήσουν σε ανακριβή χρωματική αναπαράσταση.

Μην αποθαρρύνεστε αν τα πράγματα δεν λειτουργούν αμέσως. Η αντιμετώπιση προβλημάτων είναι μέρος της διαδικασίας! Κρατήστε ένα σημειωματάριο πρόχειρο για να σημειώνετε τυχόν αλλαγές που κάνετε, καθώς αυτό μπορεί να σας βοηθήσει να παρακολουθείτε ποιες λύσεις λειτούργησαν και ποιες όχι.

Επιπλέον, εξετάστε το ενδεχόμενο δοκιμής με διαφορετικές αναλύσεις και ρυθμούς ανανέωσης για να δείτε πώς ανταποκρίνεται το CRT. Αυτό μπορεί να παρέχει πληροφορίες για τα όρια της ρύθμισής σας και να σας βοηθήσει να βελτιώσετε την προσέγγισή σας.

Συμπέρασμα: Επαναφέρουμε στη ζωή τα ρετρό παιχνίδια

Κτίριο αΠροσαρμογέας οθόνης CRT arcade 24-bitδεν είναι απλώς ένα διασκεδαστικό έργο. είναι ένας τρόπος σύνδεσης της σύγχρονης τεχνολογίας με το κλασικό gaming. Ακολουθώντας τα βήματα που περιγράφονται σε αυτόν τον οδηγό, μπορείτε να δημιουργήσετε έναν προσαρμογέα που βελτιώνει την εμπειρία παιχνιδιού σας σε μια οθόνη CRT. Αυτό το έργο σας επιτρέπει να εκτιμήσετε τις περιπλοκές τόσο της vintage τεχνολογίας όσο και των σύγχρονων μικροελεγκτών.

Θυμηθείτε, τα βασικά στοιχεία είναι ένα Raspberry Pi RP2040, μια υποδοχή JAMMA και μια διεπαφή USB. Με κάποιο προγραμματισμό και αντιμετώπιση προβλημάτων, θα επαναφέρετε στη ζωή τη μηχανή arcade σας!

Είστε έτοιμοι να ξεκινήσετε; Συγκεντρώστε τα στοιχεία σας και βουτήξτε στον κόσμο του ρετρό παιχνιδιού. Για όσους ενδιαφέρονται να βελτιώσουν περαιτέρω τις τεχνολογικές τους δεξιότητες, ανατρέξτε στο δικό μαςπλήρης οδηγός δυαδικής μετάφρασης!