מבוא לבניין אתצוגת CRTמַתאֵם

בעולם משחקי הרטרו, מעט דברים מעוררים נוסטלגיה כמו תצוגות ה-CRT הקלאסיות. המסכים העתיקים האלה הם חלק בלתי נפרד מהחוויה של משחקי ארקייד וינטג'. אם אי פעם רצית לחבר מחשב מודרני למכונת ארקייד, אתה במקום הנכון. במדריך זה, נחקור כיצד ליצור התאמה אישיתמתאם תצוגה של 24 סיביות ארקייד CRTשמתממשק עם מחשב באמצעות USB. פרויקט זה נועד להפיח חיים חדשים במכונות ארקייד קלאסיות תוך שיפור איכות חזותית.

הבנת דרישות תצוגת CRT

ה-CRT המשמש ב-RCade כולל מחבר JAMMA, תקן למשחקי ארקייד המאפשר חיבור קל של רכיבים שונים. מתאם VGA סטנדרטי לא יספיק. הנה הסיבה:

רזולוציות לא סטנדרטיות:ה-CRT פועל ברזולוציה לא סטנדרטית של 336x262 פיקסלים. מתאמי תצוגה רבים אינם יכולים להתמודד עם רזולוציות כאלה, לרוב ברירת המחדל היא 640x480 ומעלה.
מגבלות עומק צבע:ה-Raspberry Pi בו השתמשנו בתחילה תומך רק בצבע של 18 סיביות, מה שמוביל לרצועות צבע בולטות וחוסר חיוניות ב-CRT.
צרכי ניידות:רצינו להשתמש במחשב נייד במקום במחשב שולחני, מה שהגביל את האפשרויות שלנו לממשק USB ולא לכרטיס PCI-e.

אילוצים אלו הדגישו את הצורך בפתרון מותאם אישית שיוכל להפיק כל רזולוציה שנרצה תוך שיפור עומק הצבע. על ידי יצירת מתאם משלנו, נוכל להבטיח שה-CRT מנוצל במלוא הפוטנציאל שלו, ומציע חווית משחק עשירה יותר.

למי שלא מכיר את טכנולוגיית ה-CRT, חיוני להבין שתצוגות אלו פועלות בצורה שונה ממסכי LCD או LED מודרניים. CRTs דורשים תזמון ופורמטים ספציפיים של אותות כדי לייצר תמונות, וזו הסיבה שמתאמים גנריים נופלים לעתים קרובות. מטרת הפרויקט שלנו הייתה להתאים את הפתרון שלנו כדי לענות על הצרכים הייחודיים הללו.

מהו VGA ואיך זה עובד?

VGA, או Video Graphics Array, הוא פרוטוקול איתות המחקה באופן הדוק את אופן הפעולה של CRT. בתוך CRT, שלושה אקדחי אלקטרונים מייצגים את הצבעים האדומים, הירוקים והכחולים המשלבים את הספקטרום המלא של הגוונים. אלקטרומגנטים בצוואר הצינור מכוונים את אלומת האלקטרונים לצייר תמונות שורה אחר שורה. תהליך זה חיוני להפקת התמונות שאנו רואים על המסך.

כדי לתקשר ביעילות עם ה-CRT, חיבור ה-VGA שולח אותות אנלוגיים עבור כל ערוץ צבע יחד עם אותות סנכרון אופקיים (HSYNC) ואנכיים (VSYNC). להלן סקירה קצרה של רכיבים אלה:

דרישות עיקריות עבור מתאם CRT

🖥️

רזולוציה לא סטנדרטית
תומך ב-336x262 פיקסלים

🎨

עומק צבע
דורש פלט צבע של 24 סיביות

💻

ממשק USB
תואם למחשבים ניידים

🔌

מחבר JAMMA
תקן עבור חיבורי ארקייד

🔧

פתרון מותאם אישית
בנה כדי להתאים לצרכים ייחודיים

אותות R, G, B:אותות אלה שולטים בעוצמת הצבעים האדומים, הירוקים והכחולים המוצגים על המסך. כל ערוץ צבע חייב להיות מותאם במדויק כדי להשיג את פלט הצבע הרצוי.
אות HSYNC:אות זה מסנכרן את הסריקה האופקית של אלומת האלקטרונים. זה מציין מתי הקורה צריכה להתחיל קו חדש.
אות VSYNC:אות זה מנהל את הסריקה האנכית, ומאפשר ל-CRT לדעת מתי לעבור למסגרת הבאה. זה מציין מתי להתחיל לצייר מסגרת חדשה.

הסנכרון מבטיח שהתמונה מוצגת בצורה נכונה וללא עיוותים. אם האותות הללו אינם מתוזמנים במדויק, התמונה עלולה להתיישר בצורה לא נכונה, ולהוביל להבהוב או קריעה. כל מה שאנחנו צריכים זה האותות האלה שפועלים בתזמונים מדויקים, מה שנשמע פשוט אבל יכול להיות מסובך ליישום נכון.

יתרה מכך, הבנת תקני VGA חיונית לכל מי שמחפש לעבוד עם טכנולוגיית CRT. מפרט ה-VGA מתאר את רמות התזמון והמתח עבור אותות, המשתנים בהתאם לרזולוציה וקצב הרענון. לכן, היכרות עם מפרטים אלו תסייע רבות ביישום מוצלח.

ניסיון ראשון: שימוש ב-PIO של ה-RP2040

ה-Raspberry Pi RP2040 הוא מיקרו-בקר פנטסטי שמציע פוטנציאל רב לפרויקטים כמו שלנו. הוא זול ומגיע עמוס בתכונות, כולל מערכת קלט/פלט ניתנת לתכנות (PIO), שהיא מושלמת לצרכים שלנו. ה-PIO מאפשר לך לכתוב קוד דמוי assembly המופעל במחזור מדויק, מה שהופך אותו לאידיאלי ליצירת פרוטוקולים מותאמים אישית כמו VGA.

להלן פירוט של היתרונות של ה-PIO:

חסכוני:בסביבות $1, RP2040 הוא בחירה חסכונית עבור חובבים ומפתחים כאחד.
עיבוד יעיל:עם 264 KB של זיכרון RAM, הוא יכול להתמודד עם מספר משימות בו-זמנית, וזה חיוני להפקת אותות VGA.
התאמה אישית:ה-PIO מאפשר שליטה מדויקת על פיני GPIO, המאפשר אפנון של אותות VGA לפי הצורך.

הנה הצצה לאופן שבו נראה קוד ה-PIO שלנו:

// תזמון VGA
// 1. נמוך עבור 336 פיקסלים
// 2. גבוה עבור 30 פיקסלים
// 3. נמוך עבור 34 פיקסלים
// 4. חזור

הקוד תוכנן כדי ליצור את התזמון הדרוש לאותות ה-VGA. על ידי מינוף החוזקות של ה-RP2040, שאפנו ליצור פלט VGA אמין ויעיל שניתן להתאים לפי הצורך עבור רזולוציות שונות.

אחד האתגרים המרכזיים שעמדנו בפנינו היה להבטיח שהתזמון בין האותות יהיה מדויק. כל עיכוב עלול לגרום לחפצים חזותיים על המסך. לכן, בדיקה ואיטרציה על הקוד היו חלק מכריע מתהליך הפיתוח.

רכיבים הדרושים לפרויקט

לפני שנתחיל לבנות, בואו נאסוף את הרכיבים הדרושים. שימוש בכלים ובחלקים הנכונים יהפוך את התהליך להרבה יותר חלק. הנה רשימה של מה שאתה צריך:

Raspberry PiRP2040:מיקרו-בקר זה ישמש את לב הפרויקט שלנו, ויטפל בכל עיבוד האותות.
ממיר JAMMA ל-VGA:ממיר זה יחבר את ה-CRT ל-Raspberry Pi, ויאפשר תקשורת בין השניים.
ממשק USB:לתקשורת עם מחשב נייד או מחשב, המאפשרת לנו לשלוח פקודות ולקבל נתונים.
ספק כוח:כדי להפעיל את Raspberry Pi וכל ציוד היקפי, להבטיח שהכל יפעל בצורה חלקה.
חוטים ולוח לחם:ליצירת אב טיפוס וחיבור רכיבים יחד, פישוט תהליך ההרכבה.

לאחר שיש לך את כל הרכיבים, תוכל להתחיל בהרכבת מתאם התצוגה! הקפד לבדוק שוב שיש לך את כל הכלים והרכיבים הדרושים לפני שתתחיל כדי למנוע הפרעות במהלך תהליך הבנייה.

חיבור הרכיבים

כשכל החלקים מוכנים, הגיע הזמן לחבר הכל. בצע את השלבים הבאים כדי להגדיר את מתאם התצוגה שלך:

חבר את ה-Raspberry Pi RP2040 ללוח הלחם. ודא שפיני החשמל והארקה מחוברים כהלכה.
חברו את מחבר JAMMA לממיר ה-VGA, והקפידו לפעול לפי מפרטי ה-Pinout עבור שני הרכיבים.
חבר את ממשק ה-USB ל-Raspberry Pi כדי להקל על התקשורת עם המחשב.
ודא שכל החיבורים מאובטחים ומבודדים כהלכה כדי למנוע קצרים או ניתוקים.

ברגע שהכל מחובר, אתה יכול להתחיל לתכנת את ה-RP2040 ליצירת אותות VGA. קוד זה ישלוט על אופן הצגת התמונות ב-CRT. הקפד על החיווט שלך ובדוק שוב כל חיבור כדי למנוע בעיות במהלך הבדיקה.

שלבים לבניית מתאם CRT

הערכת דרישות

זיהוי צרכי רזולוציה וצבע

בחר רכיבים

בחר חלקי חומרה מתאימים

מעגל עיצוב

צור סכימה לחיבורים

הרכיב מתאם

הרכיבו רכיבי חומרה

פונקציונליות בדיקה

ודא תצוגה נכונה ב-CRT

זה גם מועיל ליצור דיאגרמה סכמטית של החיבורים שלך. זה יכול לשמש עזר במהלך פתרון בעיות ולעזור לך לדמיין את המערכת כולה.

תכנות ה-RP2040 עבור פלט VGA

עכשיו מגיע החלק המהנה: תכנות ה-RP2040! המטרה היא ליצור תוכנית ששולחת את התזמון הנכון עבור אותות VGA. זה כולל יצירת תזמון מדויק עבור האותות R, G, B, HSYNC ו-VSYNC. אם אינך מכיר תכנות מיקרו-בקרים, אל תדאג; נלווה אותך דרך היסודות.

להלן קטע קוד פשוט כדי להמחיש כיצד תוכל להגדיר זאת:

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

void loop() {
  // הגדר צבעים ואותות סנכרון
  digitalWrite(R_PIN, HIGH);
  digitalWrite(G_PIN, LOW);
  digitalWrite(B_PIN, HIGH);
  // צור אותות HSYNC ו-VSYNC
}

זהו רק מבנה בסיסי, אבל זה נותן לך מושג איך להתחיל. תצטרך להתאים את התזמון והאותות בהתאם לדרישות הספציפיות שלך, כגון הרזולוציה וקצב הרענון שאתה שואף להשיג.

למתחילים, זה עשוי להיות שימושי לבדוק ספריות או פרויקטים קיימים שיכולים לעזור לפשט חלק מהתכנות. קהילות ופורומים מקוונים יכולים גם להיות משאבים יקרי ערך לפתרון בעיות וייעוץ.

בדיקה ופתרון תקלות

לאחר שהקוד שלך מוכן, הגיע הזמן לבדוק את ההגדרה שלך. חבר את המתאם ל-CRT שלך והפעל הכל. אם הכל הולך כשורה, אתה אמור לראות תמונות המוצגות על המסך! עם זאת, ייתכן שהדברים לא יעבדו בצורה מושלמת בניסיון הראשון. הנה כמה בעיות נפוצות שאתה עלול להיתקל בהן:

אין תצוגה:בדוק את החיבורים שלך וודא שספק הכוח פועל. חיבור רופף עלול למנוע מה-CRT לקבל אותות.
תמונה מעוותת:התאם את התזמון בקוד שלך כדי להבטיח סנכרון. אם האותות HSYNC או VSYNC כבויים, התמונה עלולה להיראות עקומה.
בעיות צבע:ודא שאותות R, G ו-B מחווטים ומתוכנתים כהלכה. אותות צבע שגויים עלולים להוביל לייצוג צבע לא מדויק.

אל תתייאש אם דברים לא עובדים מיד. פתרון תקלות הוא חלק מהתהליך! שמור מחברת בהישג יד כדי לרשום את כל השינויים שאתה מבצע, מכיוון שזה יכול לעזור לעקוב אחר הפתרונות שעבדו ואילו לא.

בנוסף, שקול בדיקה ברזולוציות שונות ובקצבי רענון כדי לראות כיצד ה-CRT מגיב. זה יכול לספק תובנה לגבי גבולות ההגדרה שלך ולעזור לחדד את הגישה שלך.

מסקנה: החזרת גיימינג רטרו לחיים

בניית אמתאם תצוגה של 24 סיביות ארקייד CRTהוא לא רק פרויקט מהנה; זו דרך לחבר בין טכנולוגיה מודרנית לגיימינג קלאסי. על ידי ביצוע השלבים המתוארים במדריך זה, אתה יכול ליצור מתאם שמשפר את חווית המשחק שלך על צג CRT. פרויקט זה מאפשר לך להעריך את המורכבויות של טכנולוגיית וינטג' וגם של מיקרו-בקרים מודרניים.

זכור, מרכיבי המפתח הם Raspberry Pi RP2040, מחבר JAMMA וממשק USB. עם קצת תכנות ופתרון בעיות, אתה תחזיר את מכונת הארקייד שלך לחיים!

מוכנים להתחיל? אסוף את הרכיבים שלך וצלול לתוך עולם משחקי הרטרו. למי שמעוניין לשפר עוד יותר את כישוריהם הטכניים, בדוק את שלנומדריך תרגום בינארי מלא!