Johdatus rakentamiseen aCRT-näyttöSovitin

Retropelien maailmassa harvat asiat herättävät niin paljon nostalgiaa kuin klassiset CRT-näytöt. Nämä vanhan koulun näytöt ovat olennainen osa vanhanaikaisten arcade-pelien pelaamista. Jos olet koskaan halunnut yhdistää modernin tietokoneen pelihallikoneeseen, olet oikeassa paikassa. Tässä oppaassa tutkimme, kuinka voit luoda mukautetun24-bittinen pelihallin CRT-näyttösovitinjoka liitetään tietokoneeseen USB:n kautta. Tämän projektin tavoitteena on puhaltaa uutta elämää klassisille pelihallikoneille ja samalla parantaa visuaalista laatua.

CRT-näytön vaatimusten ymmärtäminen

RCadessa käytetyssä CRT:ssä on JAMMA-liitin, joka on arcade-pelien standardi, joka mahdollistaa eri komponenttien helpon liittämisen. Tavallinen VGA-sovitin ei riittäisi. Tässä syy:

Epätyypilliset resoluutiot:CRT toimii epätyypillisellä 336 x 262 pikselin resoluutiolla. Monet näyttösovittimet eivät pysty käsittelemään tällaisia resoluutioita, usein oletuksena 640 x 480 tai suurempi.
Värisyvyysrajoitukset:Alun perin käyttämämme Raspberry Pi tukee vain 18-bittisiä värejä, mikä johtaa havaittaviin värijuoviin ja eloisuuden puutteeseen CRT:ssä.
Siirrettävyysvaatimukset:Halusimme käyttää kannettavaa tietokonetta pöytäkoneen sijaan, mikä rajoitti vaihtoehtomme USB-liitäntään PCI-e-kortin sijaan.

Nämä rajoitukset korostivat tarvetta mukautetulle ratkaisulle, joka voisi tuottaa minkä tahansa haluamamme resoluution ja parantaa samalla värisyvyyttä. Luomalla oman sovittimen pystyimme varmistamaan, että CRT:n potentiaali hyödynnettiin täysimääräisesti ja tarjosi rikkaamman pelikokemuksen.

Niille, jotka eivät tunne CRT-tekniikkaa, on tärkeää ymmärtää, että nämä näytöt toimivat eri tavalla kuin nykyaikaiset LCD- tai LED-näytöt. CRT:t vaativat tiettyjä ajoituksia ja signaalimuotoja kuvien tuottamiseen, minkä vuoksi yleiset sovittimet eivät useinkaan toimi. Projektimme tavoitteena oli räätälöidä ratkaisumme vastaamaan näitä ainutlaatuisia tarpeita.

Mikä on VGA ja miten se toimii?

VGA tai Video Graphics Array on signalointiprotokolla, joka jäljittelee tarkasti CRT:n toimintaa. CRT:n sisällä kolme elektronipistoolia edustavat punaista, vihreää ja sinistä värejä, jotka yhdessä luovat täyden sävykirjon. Putken kaulassa olevat sähkömagneetit ohjaavat elektronisuihkua piirtämään kuvia rivi riviltä. Tämä prosessi on ratkaisevan tärkeä näytöllä näkyvien kuvien tuottamiseksi.

Tehokas kommunikointi CRT:n kanssa VGA-yhteys lähettää analogisia signaaleja kullekin värikanavalle sekä vaaka- (HSYNC) ja pystysuorat (VSYNC) synkronointisignaalit. Tässä on lyhyt yleiskatsaus näistä komponenteista:

CRT-sovittimen keskeiset vaatimukset

🖥️

Epätyypillinen resoluutio
Tukee 336x262 pikseliä

🎨

Värin syvyys
Edellyttää 24-bittistä väritulostusta

💻

USB-liitäntä
Yhteensopiva kannettavien tietokoneiden kanssa

🔌

JAMMA liitin
Vakio pelihalliyhteyksille

🔧

Mukautettu ratkaisu
Rakenna yksilöllisiin tarpeisiin

R-, G-, B-signaalit:Nämä signaalit säätelevät näytöllä näkyvän punaisen, vihreän ja sinisen värin voimakkuutta. Jokainen värikanava on säädettävä tarkasti halutun väritulosteen saavuttamiseksi.
HSYNC-signaali:Tämä signaali synkronoi elektronisäteen vaakapyyhkäisyn. Se osoittaa, milloin säteen tulee aloittaa uusi viiva.
VSYNC-signaali:Tämä signaali hallitsee pystysuuntaista skannausta, jolloin CRT tietää milloin siirtyä seuraavaan ruutuun. Se ilmaisee, milloin uuden kehyksen piirtäminen aloitetaan.

Synkronointi varmistaa, että kuva näkyy oikein ja ilman vääristymiä. Jos näitä signaaleja ei ajasteta tarkasti, kuva voi kohdistua väärin, mikä johtaa välkkymiseen tai repeytymiseen. Tarvitsemme vain näitä signaaleja, jotka toimivat tarkalla ajoituksella, mikä kuulostaa yksinkertaiselta, mutta voi olla hankalaa toteuttaa oikein.

Lisäksi VGA-standardien ymmärtäminen on välttämätöntä kaikille, jotka haluavat työskennellä CRT-tekniikan parissa. VGA-määritykset määrittelevät signaalien ajoituksen ja jännitetasot, jotka vaihtelevat resoluution ja virkistystaajuuden mukaan. Siksi näiden eritelmien tuntemus auttaa suuresti onnistuneessa toteutuksessa.

Ensimmäinen yritys: RP2040:n PIO:n käyttö

Raspberry Pi RP2040 on fantastinen mikro-ohjain, joka tarjoaa paljon mahdollisuuksia meidän kaltaisiin projekteihin. Se on edullinen ja se on täynnä ominaisuuksia, kuten ohjelmoitava tulo/lähtöjärjestelmä (PIO), joka on täydellinen tarpeisiimme. PIO:n avulla voit kirjoittaa kokoonpanon kaltaista koodia, joka suoritetaan tarkasti, mikä tekee siitä ihanteellisen mukautettujen protokollien, kuten VGA:n, luomiseen.

Tässä on erittely PIO:n eduista:

Kustannustehokas:Noin 1 dollarin hintainen RP2040 on edullinen valinta niin harrastajille kuin kehittäjillekin.
Tehokas käsittely:264 kt:n RAM-muistilla se pystyy käsittelemään useita tehtäviä samanaikaisesti, mikä on ratkaisevan tärkeää VGA-signaalien tuottamisessa.
Muokattavuus:PIO mahdollistaa GPIO-nastojen tarkan ohjauksen, mikä mahdollistaa VGA-signaalien moduloinnin tarpeen mukaan.

Tässä on esimakua siitä, miltä PIO-koodimme näytti:

// VGA-ajoitus
// 1. Matala 336 pikselille
// 2. Korkea 30 pikselille
// 3. Matala 34 pikselille
// 4. Toista

Koodi on suunniteltu generoimaan tarvittava ajoitus VGA-signaaleille. Hyödyntämällä RP2040:n vahvuuksia pyrimme luomaan luotettavan ja tehokkaan VGA-lähdön, jota voidaan säätää tarpeen mukaan eri resoluutioille.

Yksi tärkeimmistä haasteistamme oli varmistaa, että signaalien välinen ajoitus on tarkka. Viiveet voivat aiheuttaa visuaalisia artefakteja näytöllä. Siksi koodin testaus ja iterointi oli keskeinen osa kehitysprosessia.

Projektiin tarvittavat komponentit

Ennen kuin aloitamme rakentamisen, kerätään tarvittavat komponentit. Oikeat työkalut ja osat tekevät prosessista paljon sujuvampaa. Tässä on luettelo tarpeistasi:

Raspberry PiRP2040:Tämä mikro-ohjain toimii projektimme sydämenä, ja se käsittelee kaiken signaalinkäsittelyn.
JAMMA-VGA-muunnin:Tämä muunnin yhdistää CRT:n Raspberry Pi:hen mahdollistaen tiedonsiirron näiden kahden välillä.
USB-liitäntä:Kommunikointiin kannettavan tietokoneen tai tietokoneen kanssa, jolloin voimme lähettää komentoja ja vastaanottaa tietoja.
Virtalähde:Raspberry Pi:n ja kaikkien oheislaitteiden virransyöttö varmistaen, että kaikki toimii sujuvasti.
Johdot ja koelevy:Prototyyppien tekemiseen ja komponenttien yhdistämiseen yhteen, mikä yksinkertaistaa kokoonpanoprosessia.

Kun sinulla on kaikki komponentit, voit aloittaa näyttösovittimen kokoamisen! Varmista, että sinulla on kaikki tarvittavat työkalut ja komponentit ennen kuin aloitat, jotta vältytään keskeytyksistä rakennusprosessin aikana.

Komponenttien liittäminen

Kun kaikki osat ovat valmiina, on aika yhdistää kaikki. Asenna näyttösovitin seuraavasti:

Liitä Raspberry Pi RP2040 leipälautaan. Varmista, että virta- ja maadoitusnastat on kytketty oikein.
Kytke JAMMA-liitin VGA-muuntimeen ja varmista, että noudatat molempien komponenttien liitäntämäärityksiä.
Liitä USB-liitäntä Raspberry Pi:hen helpottaaksesi kommunikointia tietokoneen kanssa.
Varmista, että kaikki liitännät ovat lujasti ja asianmukaisesti eristettyjä oikosulkujen tai irrottelujen estämiseksi.

Kun kaikki on kytketty, voit aloittaa RP2040:n ohjelmoinnin luomaan VGA-signaaleja. Tämä koodi ohjaa sitä, miten kuvat näytetään CRT:ssä. Ole huolellinen johdotuksessa ja tarkista jokainen liitäntä, jotta vältyt ongelmien välttämiseksi testauksen aikana.

CRT-sovittimen rakentamisen vaiheet

Arvioi vaatimukset

Tunnista resoluutio- ja väritarpeet

Valitse Komponentit

Valitse sopivat laitteiston osat

Suunnittelupiiri

Luo kytkentäkaavio

Kokoa sovitin

Kokoa laitteistokomponentit

Testaa toiminnallisuus

Ensure proper display on CRT

On myös hyödyllistä luoda kytkentäkaavio. Tämä voi toimia viitteenä vianmäärityksen aikana ja auttaa sinua visualisoimaan koko järjestelmän.

RP2040:n ohjelmointi VGA-lähtöä varten

Nyt tulee hauska osa: RP2040:n ohjelmointi! The goal is to create a program that sends the correct timing for the VGA signals. This involves generating precise timing for the R, G, B, HSYNC, and VSYNC signals. If you're not familiar with programming microcontrollers, don't worry; opastamme sinut perusasiat läpi.

Tässä on yksinkertaistettu koodinpätkä, joka havainnollistaa, kuinka voit määrittää tämän:

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

void loop() {
  // Aseta värit ja synkronointisignaalit
  digitalWrite(R_PIN, KORKEA);
  digitalWrite(G_PIN, LOW);
  digitalWrite(B_PIN, KORKEA);
  // Luo HSYNC- ja VSYNC-signaaleja
}

Tämä on vain perusrakenne, mutta se antaa sinulle käsityksen siitä, miten aloittaa. Sinun on säädettävä ajoitusta ja signaaleja erityisvaatimustesi, kuten tavoittelemasi resoluution ja virkistystaajuuden, mukaan.

Aloittelijoille voi olla hyödyllistä tutustua kirjastoihin tai olemassa oleviin projekteihin, jotka voivat auttaa yksinkertaistamaan ohjelmointia. Verkkoyhteisöt ja -foorumit voivat myös olla korvaamattomia vianmäärityksen ja neuvonnan resursseja.

Testaus ja vianetsintä

Kun koodisi on valmis, on aika testata asetuksiasi. Liitä sovitin CRT:hen ja käynnistä kaikki. Jos kaikki menee hyvin, sinun pitäisi nähdä kuvat näytöllä! Asiat eivät kuitenkaan välttämättä toimi täydellisesti ensimmäisellä yrittämällä. Tässä on joitain yleisiä ongelmia, joita saatat kohdata:

Ei näyttöä:Tarkista liitännät ja varmista, että virtalähde toimii. Löysä liitäntä saattaa estää CRT:tä vastaanottamasta signaaleja.
Vääristynyt kuva:Säädä koodisi ajoitus varmistaaksesi synkronoinnin. Jos HSYNC- tai VSYNC-signaalit ovat pois päältä, kuva saattaa näyttää vinolta.
Väriongelmat:Varmista, että R-, G- ja B-signaalit on kytketty ja ohjelmoitu oikein. Virheelliset värisignaalit voivat johtaa virheelliseen väriesitykseen.

Älä lannistu, jos asiat eivät toimi heti. Vianetsintä on osa prosessia! Pidä muistikirja käden ulottuvilla, jotta voit kirjata tekemäsi muutokset muistiin, sillä se voi auttaa seuraamaan, mitkä ratkaisut toimivat ja mitkä eivät.

Harkitse lisäksi testaamista eri resoluutioilla ja virkistystaajuuksilla nähdäksesi, miten CRT reagoi. Tämä voi antaa käsityksen kokoonpanosi rajoista ja auttaa tarkentamaan lähestymistapaasi.

Johtopäätös: Retropelaamisen herättäminen henkiin

Rakennus a24-bittinen pelihallin CRT-näyttösovitinei ole vain hauska projekti; se on tapa yhdistää moderni tekniikka klassiseen pelaamiseen. Noudattamalla tässä oppaassa kuvattuja vaiheita voit luoda sovittimen, joka parantaa pelikokemustasi CRT-näytöllä. Tämän projektin avulla voit arvostaa sekä vintage-tekniikan että nykyaikaisten mikro-ohjainten hienouksia.

Muista, että tärkeimmät komponentit ovat Raspberry Pi RP2040, JAMMA-liitin ja USB-liitäntä. Ohjelmoinnin ja vianmäärityksen avulla saat pelihallikoneesi takaisin henkiin!

Oletko valmis aloittamaan? Kerää komponentit ja sukella retropelien maailmaan. Jos olet kiinnostunut kehittämään teknisiä taitojaan, tutustu meidäntäydellinen binäärikäännösopas!