構築の概要CRTディスプレイアダプタ

レトロゲームの世界では、クラシックな CRT ディスプレイほど懐かしさを呼び起こすものはありません。これらの昔ながらの画面は、ビンテージアーケードゲームのプレイ体験に不可欠です。最新のコンピュータをアーケードマシンに接続したいと思ったことがあるなら、ここが正しい場所です。このガイドでは、カスタムの作成方法について説明します。24 ビットアーケード CRT ディスプレイアダプターUSB経由でコンピュータと接続します。このプロジェクトは、ビジュアル品質を向上させながら、クラシックなアーケードマシンに新しい命を吹き込むことを目的としています。

CRT ディスプレイの要件を理解する

Rcade で使用される CRT は、アーケードゲームの標準である JAMMA コネクタを備えており、さまざまなコンポーネントを簡単に接続できます。標準の VGA アダプターでは十分ではありません。その理由は次のとおりです。

標準以外の解像度:CRT は、336x262 ピクセルの非標準解像度で動作します。多くのディスプレイアダプターはそのような解像度を処理できず、デフォルトで 640x480 以上になっていることがよくあります。
色深度の制限:最初に使用した Raspberry Pi は 18 ビットカラーのみをサポートしているため、CRT 上でカラーバンディングが目立ち、鮮やかさが欠けていました。
移植性のニーズ:デスクトップではなくラップトップを使用したいと考えていたため、選択肢は PCI-e カードではなく USB インターフェイスに限られていました。

これらの制約により、色深度を改善しながら希望の解像度を出力できるカスタムソリューションの必要性が強調されました。独自のアダプターを作成することで、CRT がその可能性を最大限に活用し、より豊かなゲーム体験を提供できるようになりました。

CRT テクノロジーに慣れていない人は、これらのディスプレイの動作が最新の LCD または LED スクリーンとは異なることを理解することが重要です。 CRT は画像を生成するために特定のタイミングと信号形式を必要とするため、汎用アダプターでは不十分なことがよくあります。私たちのプロジェクトの目標は、これらの固有のニーズを満たすためにソリューションを調整することでした。

VGA とは何ですか?またその仕組みは何ですか?

VGA (ビデオグラフィックスアレイ) は、CRT の動作方法を厳密に模倣した信号プロトコルです。 CRT 内では、3 つの電子銃が赤、緑、青の色を表現し、これらを組み合わせて全スペクトルの色相を作り出します。管のネックにある電磁石が電子ビームを操縦し、画像を 1 行ずつ描画します。このプロセスは、画面に表示される画像を生成するために重要です。

CRT と効果的に通信するために、VGA 接続は水平 (HSYNC) および垂直 (VSYNC) 同期信号とともに各カラーチャネルのアナログ信号を送信します。これらのコンポーネントの概要を次に示します。

CRT アダプターの主な要件

🖥️

標準外の解像度
336x262 ピクセルをサポート

🎨

色の濃さ
24ビットカラー出力が必要です

💻

USBインターフェース
ラップトップと互換性があります

🔌

JAMMAコネクタ
アーケード接続の標準

🔧

カスタムソリューション
固有のニーズに合わせて構築する

R、G、B 信号:これらの信号は、画面に表示される赤、緑、青の色の強度を制御します。希望の色出力を実現するには、各カラーチャネルを正確に調整する必要があります。
HSYNC信号:この信号は電子ビームの水平走査を同期させます。これは、ビームがいつ新しいラインを開始するかを示します。
VSYNC信号:この信号は垂直走査を管理し、CRT が次のフレームにいつ移動するかを認識できるようにします。新しいフレームの描画をいつ開始するかを示します。

同期により、画像が歪みなく正しく表示されることが保証されます。これらの信号のタイミングが正確でないと、画像の位置がずれ、ちらつきやティアリングが発生する可能性があります。必要なのは、これらの信号が正確なタイミングで実行されることだけです。これは簡単そうに見えますが、正しく実装するのは難しい場合があります。

さらに、CRT テクノロジを扱うことを検討している人にとって、VGA 規格を理解することは不可欠です。 VGA 仕様は、信号のタイミングと電圧レベルの概要を示しており、解像度とリフレッシュレートによって異なります。したがって、これらの仕様に精通していることは、実装を成功させるのに非常に役立ちます。

最初の試み: RP2040 の PIO を使用する

Raspberry Pi RP2040 は、私たちのようなプロジェクトに多くの可能性をもたらす素晴らしいマイクロコントローラーです。手頃な価格で、プログラマブル入出力 (PIO) システムなど、ニーズにぴったりの機能が満載です。 PIO を使用すると、正確なサイクルで実行されるアセンブリのようなコードを作成できるため、VGA などのカスタムプロトコルの作成に最適です。

PIO の利点の内訳は次のとおりです。

費用対効果の高い:RP2040 は約 1 ドルで、愛好家にとっても開発者にとっても経済的な選択肢です。
効率的な処理:264 KB の RAM を搭載しているため、複数のタスクを同時に処理できます。これは VGA 信号の生成に不可欠です。
カスタマイズ性:PIO により GPIO ピンの正確な制御が可能になり、必要に応じて VGA 信号の変調が可能になります。

PIO コードがどのようになっているかを次に示します。

// VGA タイミング
// 1. 336 ピクセルの場合は低
// 2. 30 ピクセルの場合は高
// 3. 34 ピクセルの場合は Low
// 4. 繰り返します

このコードは、VGA 信号に必要なタイミングを生成するように設計されています。 RP2040 の強みを活用することで、さまざまな解像度に応じて必要に応じて調整できる、信頼性が高く効率的な VGA 出力を作成することを目指しました。

私たちが直面した重要な課題の 1 つは、信号間のタイミングを正確に保つことでした。遅延が発生すると、画面上に視覚的なアーチファクトが発生する可能性があります。したがって、コードのテストと反復は開発プロセスの重要な部分でした。

プロジェクトに必要なコンポーネント

構築を始める前に、必要なコンポーネントを集めましょう。適切な工具と部品があれば、作業がよりスムーズになります。必要なもののリストは次のとおりです。

ラズベリーパイRP2040:このマイクロコントローラーはプロジェクトの中心として機能し、すべての信号処理を処理します。
JAMMAからVGAへのコンバーター:このコンバータは CRT を Raspberry Pi に接続し、両者間の通信を可能にします。
USBインターフェース：ラップトップまたはコンピューターとの通信に使用され、コマンドの送信とデータの受信が可能になります。
電源：Raspberry Pi と周辺機器に電力を供給し、すべてがスムーズに動作するようにします。
ワイヤーとブレッドボード:プロトタイプを作成してコンポーネントを接続し、組み立てプロセスを簡素化します。

すべてのコンポーネントが揃ったら、ディスプレイアダプターの組み立てを開始できます。構築プロセス中の中断を避けるために、開始する前に、必要なツールとコンポーネントがすべて揃っていることを必ず再確認してください。

コンポーネントの接続

すべての部品の準備ができたら、すべてを接続します。ディスプレイアダプターをセットアップするには、次の手順に従います。

Raspberry Pi RP2040 をブレッドボードに接続します。電源ピンとグランドピンが正しく配線されていることを確認してください。
両方のコンポーネントのピン配置仕様に従っていることを確認して、JAMMA コネクタを VGA コンバータに配線します。
USB インターフェイスを Raspberry Pi に接続して、コンピューターとの通信を容易にします。
ショートや断線を防ぐために、すべての接続がしっかりと接続され、適切に絶縁されていることを確認してください。

すべてが接続されたら、VGA 信号を生成するための RP2040 のプログラミングを開始できます。このコードは、CRT 上での画像の表示方法を制御します。テスト中に問題が発生しないように、配線には細心の注意を払い、各接続を再確認してください。

CRT アダプターを構築する手順

要件の評価

解像度と色のニーズを特定する

コンポーネントの選択

適切なハードウェア部品を選択する

設計回路

接続用の回路図を作成する

アダプターを組み立てる

ハードウェアコンポーネントをまとめる

テスト機能

CRT に適切に表示されることを確認する

接続の概略図を作成することも役立ちます。これは、トラブルシューティングの際の参考として機能し、システム全体を視覚化するのに役立ちます。

VGA 出力用の RP2040 のプログラミング

ここからが楽しい部分です。RP2040 のプログラミングです。目標は、VGA 信号の正しいタイミングを送信するプログラムを作成することです。これには、R、G、B、HSYNC、および VSYNC 信号の正確なタイミングの生成が含まれます。マイクロコントローラーのプログラミングに慣れていなくても、心配する必要はありません。基本について説明します。

これを設定する方法を示す簡略化されたコードスニペットを次に示します。

void setup() {
  // VGA信号を初期化する
  pinMode(R_PIN, OUTPUT);
  pinMode(G_PIN, OUTPUT);
  pinMode(B_PIN, OUTPUT);
  pinMode(HSYNC_PIN, OUTPUT);
  pinMode(VSYNC_PIN, OUTPUT);
}

void ループ() {
  // 色と同期信号を設定する
  デジタル書き込み(R_PIN, HIGH);
  デジタル書き込み(G_PIN, LOW);
  デジタル書き込み(B_PIN, HIGH);
  // HSYNC 信号と VSYNC 信号を生成します
}

これは基本的な構造にすぎませんが、どのように開始するかがわかります。達成したい解像度やリフレッシュレートなど、特定の要件に基づいてタイミングと信号を調整する必要があります。

初心者の場合、プログラミングの一部を簡略化するのに役立つライブラリや既存のプロジェクトを調べると役立つ場合があります。オンラインコミュニティやフォーラムも、トラブルシューティングやアドバイスのための貴重なリソースになります。

テストとトラブルシューティング

コードの準備ができたら、設定をテストします。アダプターを CRT に接続し、すべての電源を入れます。すべてがうまくいけば、画面に画像が表示されるはずです。ただし、最初の試行では完全に機能しない可能性があります。以下に、発生する可能性のある一般的な問題をいくつか示します。

表示なし:接続をチェックし、電源が機能していることを確認してください。接続が緩んでいると、CRT が信号を受信できなくなる可能性があります。
歪んだ画像:コード内のタイミングを調整して同期を確保します。 HSYNC 信号または VSYNC 信号がオフの場合、画像が歪んで見える場合があります。
色の問題:R、G、B 信号が正しく配線され、プログラムされていることを確認します。不正なカラー信号は、不正確なカラー表現につながる可能性があります。

すぐにうまくいかなくても落胆しないでください。トラブルシューティングはプロセスの一部です。どのソリューションが機能し、どのソリューションが機能しなかったかを追跡するのに役立つため、加えた変更を書き留めるためのノートを手元に置いてください。

さらに、CRT がどのように応答するかを確認するために、さまざまな解像度とリフレッシュレートでテストすることを検討してください。これにより、セットアップの限界についての洞察が得られ、アプローチを改善するのに役立ちます。

結論: レトロゲームを現代に蘇らせる

建物を建てる24 ビットアーケード CRT ディスプレイアダプター単なる楽しいプロジェクトではありません。これは、現代のテクノロジーと古典的なゲームを結びつける方法です。このガイドで概説されている手順に従うことで、CRT ディスプレイでのゲームエクスペリエンスを向上させるアダプターを作成できます。このプロジェクトでは、ビンテージテクノロジーと最新のマイクロコントローラーの両方の複雑さを理解できます。

重要なコンポーネントは、Raspberry Pi RP2040、JAMMA コネクタ、USB インターフェイスであることに注意してください。プログラミングとトラブルシューティングを行うことで、アーケードマシンを生き返らせることができます。

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