Introducción a la construcción de unPantalla CRTAdaptador

En el mundo de los juegos retro, pocas cosas evocan tanta nostalgia como las clásicas pantallas CRT. Estas pantallas de la vieja escuela son parte integral de la experiencia de jugar juegos arcade antiguos. Si alguna vez quisiste conectar una computadora moderna a una máquina recreativa, estás en el lugar correcto. En esta guía, exploraremos cómo crear un personalizadoAdaptador de pantalla CRT arcade de 24 bitsque interactúa con una computadora a través de USB. Este proyecto tiene como objetivo dar nueva vida a las máquinas recreativas clásicas y al mismo tiempo mejorar la calidad visual.

Comprender los requisitos de la pantalla CRT

El CRT utilizado en RCade cuenta con un conector JAMMA, un estándar para juegos arcade que permite una fácil conexión de varios componentes. Un adaptador VGA estándar no sería suficiente. He aquí por qué:

Resoluciones no estándar:El CRT funciona con una resolución no estándar de 336x262 píxeles. Muchos adaptadores de pantalla no pueden soportar este tipo de resoluciones y, a menudo, el valor predeterminado es 640x480 o superior.
Limitaciones de profundidad de color:La Raspberry Pi que utilizamos inicialmente solo admite colores de 18 bits, lo que genera bandas de color notables y una falta de vitalidad en el CRT.
Necesidades de portabilidad:Queríamos usar una computadora portátil en lugar de una computadora de escritorio, lo que limitaba nuestras opciones a una interfaz USB en lugar de una tarjeta PCI-e.

Estas limitaciones subrayaron la necesidad de una solución personalizada que pudiera generar cualquier resolución que deseáramos y al mismo tiempo mejorara la profundidad del color. Al crear nuestro propio adaptador, pudimos asegurarnos de que el CRT se utilizara en todo su potencial, ofreciendo una experiencia de juego más rica.

Para quienes no están familiarizados con la tecnología CRT, es esencial comprender que estas pantallas funcionan de manera diferente a las modernas pantallas LCD o LED. Los CRT requieren formatos de señal y sincronización específicos para producir imágenes, razón por la cual los adaptadores genéricos a menudo se quedan cortos. El objetivo de nuestro proyecto era adaptar nuestra solución para satisfacer estas necesidades únicas.

¿Qué es VGA y cómo funciona?

VGA, o Video Graphics Array, es un protocolo de señalización que imita fielmente el funcionamiento de un CRT. Dentro de un CRT, tres cañones de electrones representan los colores rojo, verde y azul que se combinan para crear el espectro completo de tonos. Los electroimanes en el cuello del tubo dirigen el haz de electrones para dibujar imágenes línea por línea. Este proceso es crucial para producir las imágenes que vemos en la pantalla.

Para comunicarse efectivamente con el CRT, la conexión VGA envía señales analógicas para cada canal de color junto con señales de sincronización horizontal (HSYNC) y vertical (VSYNC). A continuación se ofrece una breve descripción general de estos componentes:

Requisitos clave para el adaptador CRT

🖥️

Resolución no estándar
Admite 336x262 píxeles

🎨

Profundidad de color
Requiere salida en color de 24 bits

💻

Interfaz USB
Compatible con portátiles

🔌

Conector JAMMA
Estándar para conexiones arcade

🔧

Solución personalizada
Construir para satisfacer necesidades únicas

Señales R, G, B:Estas señales controlan la intensidad de los colores rojo, verde y azul que se muestran en la pantalla. Cada canal de color debe ajustarse con precisión para lograr la salida de color deseada.
Señal HSYNC:Esta señal sincroniza el barrido horizontal del haz de electrones. Indica cuándo el haz debe iniciar una nueva línea.
Señal VSYNC:Esta señal gestiona el escaneo vertical, lo que permite al CRT saber cuándo pasar al siguiente cuadro. Indica cuándo comenzar a dibujar un nuevo marco.

La sincronización asegura que la imagen se muestre correctamente y sin distorsión. Si estas señales no se sincronizan con precisión, la imagen puede desalinearse, provocando parpadeos o roturas. Todo lo que necesitamos son estas señales ejecutándose en tiempos precisos, lo que parece sencillo pero puede ser complicado de implementar correctamente.

Además, comprender los estándares VGA es esencial para cualquiera que desee trabajar con tecnología CRT. La especificación VGA describe los niveles de sincronización y voltaje de las señales, que varían según la resolución y la frecuencia de actualización. Por lo tanto, la familiaridad con estas especificaciones será de gran ayuda para una implementación exitosa.

Primer intento: usar el PIO del RP2040

El Raspberry Pi RP2040 es un microcontrolador fantástico que ofrece un gran potencial para proyectos como el nuestro. Es asequible y viene repleto de funciones, incluido un sistema de entrada/salida programable (PIO), que es perfecto para nuestras necesidades. El PIO le permite escribir código similar a un ensamblador que se ejecuta en un ciclo preciso, lo que lo hace ideal para crear protocolos personalizados como VGA.

Aquí hay un desglose de las ventajas del PIO:

Rentable:Por alrededor de 1 dólar, el RP2040 es una opción económica tanto para aficionados como para desarrolladores.
Procesamiento eficiente:Con 264 KB de RAM, puede manejar múltiples tareas simultáneamente, lo cual es crucial para generar señales VGA.
Personalización:El PIO permite un control preciso sobre los pines GPIO, permitiendo la modulación de señales VGA según sea necesario.

Aquí hay un vistazo de cómo se veía nuestro código PIO:

// Sincronización VGA
// 1. Bajo para 336 píxeles
// 2. Alto para 30 píxeles
// 3. Bajo para 34 píxeles
// 4. Repetir

El código fue diseñado para generar la sincronización necesaria para las señales VGA. Aprovechando las fortalezas del RP2040, nuestro objetivo era crear una salida VGA confiable y eficiente que pudiera ajustarse según fuera necesario para diferentes resoluciones.

Uno de los desafíos clave que enfrentamos fue garantizar que la sincronización entre las señales fuera precisa. Cualquier retraso podría provocar artefactos visuales en la pantalla. Por lo tanto, probar e iterar el código fue una parte crucial del proceso de desarrollo.

Componentes necesarios para el proyecto

Antes de comenzar a construir, reunamos los componentes necesarios. Tener las herramientas y piezas adecuadas hará que el proceso sea mucho más sencillo. Aquí hay una lista de lo que necesitará:

Frambuesa PiRP2040:Este microcontrolador servirá como el corazón de nuestro proyecto y se encargará de todo el procesamiento de señales.
Convertidor JAMMA a VGA:Este convertidor conectará el CRT a la Raspberry Pi, permitiendo la comunicación entre los dos.
Interfaz USB:Para comunicación con un portátil o computadora, permitiéndonos enviar comandos y recibir datos.
Fuente de alimentación:Para alimentar la Raspberry Pi y cualquier periférico, asegurando que todo funcione sin problemas.
Cables y placa de pruebas:Para crear prototipos y conectar componentes entre sí, simplificando el proceso de montaje.

Una vez que tenga todos los componentes, ¡puede comenzar a ensamblar el adaptador de pantalla! Asegúrese de verificar que tenga todas las herramientas y componentes necesarios antes de comenzar para evitar interrupciones durante el proceso de construcción.

Conexión de los componentes

Con todas las piezas listas, es hora de conectarlo todo. Siga estos pasos para configurar su adaptador de pantalla:

Conecte la Raspberry Pi RP2040 a la placa. Asegúrese de que las clavijas de alimentación y tierra estén conectadas correctamente.
Conecte el conector JAMMA al convertidor VGA, asegurándose de seguir las especificaciones de distribución de pines para ambos componentes.
Conecte la interfaz USB a la Raspberry Pi para facilitar la comunicación con la computadora.
Asegúrese de que todas las conexiones estén seguras y adecuadamente aisladas para evitar cortocircuitos o desconexiones.

Una vez que todo esté conectado, puede comenzar a programar el RP2040 para generar las señales VGA. Este código controlará cómo se muestran las imágenes en el CRT. Sea meticuloso con su cableado y verifique dos veces cada conexión para evitar problemas durante las pruebas.

Pasos para construir un adaptador CRT

Evaluar requisitos

Identificar las necesidades de resolución y color.

Seleccionar componentes

Elija piezas de hardware adecuadas

Circuito de diseño

Crear esquema para conexiones.

Ensamble el adaptador

Armar componentes de hardware

Funcionalidad de prueba

Garantizar una visualización adecuada en CRT

También es útil crear un diagrama esquemático de sus conexiones. Esto puede servir como referencia durante la resolución de problemas y ayudarlo a visualizar todo el sistema.

Programación del RP2040 para salida VGA

Ahora viene la parte divertida: ¡programar el RP2040! El objetivo es crear un programa que envíe la sincronización correcta para las señales VGA. Esto implica generar una sincronización precisa para las señales R, G, B, HSYNC y VSYNC. Si no estás familiarizado con la programación de microcontroladores, no te preocupes; Lo guiaremos a través de los conceptos básicos.

Aquí hay un fragmento de código simplificado para ilustrar cómo puede configurar esto:

configuración nula() {
  // Inicializa las señales VGA
  pinMode(R_PIN, SALIDA);
  pinMode(G_PIN, SALIDA);
  pinMode(B_PIN, SALIDA);
  pinMode(HSYNC_PIN, SALIDA);
  pinMode(VSYNC_PIN, SALIDA);
}

bucle vacío() {
  // Establecer colores y señales de sincronización
  escritura digital (R_PIN, ALTA);
  escritura digital (G_PIN, BAJO);
  escritura digital (B_PIN, ALTA);
  // Genera señales HSYNC y VSYNC
}

Esta es sólo una estructura básica, pero le da una idea de cómo empezar. Deberá ajustar la sincronización y las señales según sus requisitos específicos, como la resolución y la frecuencia de actualización que desea lograr.

Para los principiantes, puede resultar útil buscar bibliotecas o proyectos existentes que puedan ayudar a simplificar parte de la programación. Las comunidades y foros en línea también pueden ser recursos invaluables para la resolución de problemas y el asesoramiento.

Pruebas y solución de problemas

Una vez que su código esté listo, es hora de probar su configuración. Conecte el adaptador a su CRT y encienda todo. Si todo va bien, deberías ver imágenes en la pantalla. Sin embargo, es posible que las cosas no funcionen perfectamente en el primer intento. A continuación se detallan algunos problemas comunes que puede encontrar:

Sin pantalla:Verifique sus conexiones y asegúrese de que la fuente de alimentación esté funcionando. Una conexión suelta podría impedir que el CRT reciba señales.
Imagen distorsionada:Ajuste el tiempo en su código para garantizar la sincronización. Si las señales HSYNC o VSYNC están apagadas, la imagen puede aparecer torcida.
Problemas de color:Verifique que las señales R, G y B estén correctamente cableadas y programadas. Las señales de color incorrectas pueden provocar una representación del color inexacta.

No se desanime si las cosas no funcionan de inmediato. ¡La resolución de problemas es parte del proceso! Tenga a mano un cuaderno para anotar cualquier cambio que realice, ya que esto puede ayudar a realizar un seguimiento de qué soluciones funcionaron y cuáles no.

Además, considere realizar pruebas con diferentes resoluciones y frecuencias de actualización para ver cómo responde el CRT. Esto puede proporcionar información sobre los límites de su configuración y ayudar a perfeccionar su enfoque.

Conclusión: devolverle la vida a los juegos retro

Construyendo unAdaptador de pantalla CRT arcade de 24 bitsno es sólo un proyecto divertido; es una forma de conectar la tecnología moderna con los juegos clásicos. Si sigue los pasos descritos en esta guía, puede crear un adaptador que mejore su experiencia de juego en una pantalla CRT. Este proyecto le permite apreciar las complejidades tanto de la tecnología antigua como de los microcontroladores modernos.

Recuerde, los componentes clave son una Raspberry Pi RP2040, un conector JAMMA y una interfaz USB. ¡Con un poco de programación y resolución de problemas, le devolverás la vida a tu máquina recreativa!

¿Listo para empezar? Reúne tus componentes y sumérgete en el mundo de los juegos retro. Para aquellos interesados en mejorar aún más sus habilidades tecnológicas, consulte nuestroguía completa de traducción binaria!