Įvadas į pastatą aCRT ekranasAdapteris

Retro žaidimų pasaulyje nedaug dalykų sukelia tiek nostalgijos, kiek klasikiniai CRT ekranai. Šie senosios mokyklos ekranai yra neatsiejami nuo senovinių arkadinių žaidimų patirties. Jei kada nors norėjote modernų kompiuterį prijungti prie žaidimų automato, esate tinkamoje vietoje. Šiame vadove išnagrinėsime, kaip sukurti tinkintą24 bitų arkadinis CRT ekrano adapteriskuris jungiasi su kompiuteriu per USB. Šiuo projektu siekiama įkvėpti naujos gyvybės klasikinėms arkadinėms mašinoms, tuo pačiu gerinant vaizdo kokybę.

CRT ekrano reikalavimų supratimas

RCade naudojamas CRT turi JAMMA jungtį, arkadinių žaidimų standartą, leidžiantį lengvai prijungti įvairius komponentus. Standartinio VGA adapterio nepakaktų. Štai kodėl:

Nestandartinės raiškos:CRT veikia nestandartine 336x262 pikselių raiška. Daugelis ekrano adapterių negali apdoroti tokios skiriamosios gebos, dažnai numatytoji 640 x 480 arba didesnė.
Spalvos gylio apribojimai:„Raspberry Pi“, kurį iš pradžių naudojome, palaiko tik 18 bitų spalvas, todėl CRT matosi spalvų juostos ir trūksta gyvybingumo.
Perkeliamumo poreikiai:Norėjome naudoti nešiojamąjį kompiuterį, o ne stalinį kompiuterį, o tai apribojo mūsų galimybes USB sąsaja, o ne PCI-e kortele.

Šie apribojimai pabrėžė, kad reikia pasirinktinio sprendimo, kuris galėtų išvesti bet kokią norimą skiriamąją gebą ir pagerintų spalvų gylį. Sukūrę savo adapterį, galėjome užtikrinti, kad būtų išnaudotas visas CRT potencialas, todėl žaidimo patirtis būtų turtingesnė.

Tiems, kurie nėra susipažinę su CRT technologija, svarbu suprasti, kad šie ekranai veikia kitaip nei šiuolaikiniai LCD ar LED ekranai. CRT reikalauja specifinio laiko ir signalo formatų, kad būtų galima sukurti vaizdus, todėl bendrieji adapteriai dažnai neveikia. Mūsų projekto tikslas buvo pritaikyti mūsų sprendimą, kad jis atitiktų šiuos unikalius poreikius.

Kas yra VGA ir kaip tai veikia?

VGA arba vaizdo grafikos masyvas yra signalizacijos protokolas, kuris labai imituoja CRT veikimą. CRT viduje trys elektronų patrankos atspindi raudoną, žalią ir mėlyną spalvas, kurios kartu sukuria visą atspalvių spektrą. Vamzdžio kaklelyje esantys elektromagnetai nukreipia elektronų spindulį, kad nubrėžtų vaizdus eilutė po eilutės. Šis procesas yra labai svarbus kuriant vaizdus, kuriuos matome ekrane.

Siekiant efektyviai susisiekti su CRT, VGA jungtis siunčia analoginius signalus kiekvienam spalvų kanalui kartu su horizontaliais (HSYNC) ir vertikaliais (VSYNC) sinchronizacijos signalais. Štai trumpa šių komponentų apžvalga:

Pagrindiniai CRT adapterio reikalavimai

🖥️

Nestandartinė raiška
Palaiko 336x262 pikselius

🎨

Spalvos gylis
Reikia 24 bitų spalvų išvesties

💻

USB sąsaja
Suderinamas su nešiojamaisiais kompiuteriais

🔌

JAMMA jungtis
Standartas arkadinėms jungtims

🔧

Individualus sprendimas
Sukurkite taip, kad atitiktų unikalius poreikius

R, G, B signalai:Šie signalai valdo ekrane rodomų raudonos, žalios ir mėlynos spalvų intensyvumą. Kiekvienas spalvų kanalas turi būti tiksliai sureguliuotas, kad būtų pasiekta norima spalvų išvestis.
HSYNC signalas:Šis signalas sinchronizuoja horizontalų elektronų pluošto skenavimą. Tai rodo, kada spindulys turi pradėti naują liniją.
VSYNC signalas:Šis signalas valdo vertikalų nuskaitymą, leidžiantį CRT žinoti, kada pereiti prie kito kadro. Nurodo, kada pradėti piešti naują kadrą.

Sinchronizavimas užtikrina, kad vaizdas būtų rodomas teisingai ir be iškraipymų. Jei šių signalų laikas nenustatomas tiksliai, vaizdas gali būti netinkamai suderintas, todėl mirgėjimas arba plyšimas. Viskas, ko mums reikia, yra šie signalai, veikiantys tiksliais laikotarpiais, o tai skamba paprastai, bet gali būti sudėtinga tinkamai įgyvendinti.

Be to, kiekvienam, norinčiam dirbti su CRT technologija, būtina suprasti VGA standartus. VGA specifikacija apibūdina signalų laiką ir įtampos lygius, kurie skiriasi priklausomai nuo skiriamosios gebos ir atnaujinimo dažnio. Todėl susipažinimas su šiomis specifikacijomis labai padės sėkmingai įgyvendinti.

Pirmasis bandymas: naudojant RP2040 PIO

Raspberry Pi RP2040 yra fantastiškas mikrovaldiklis, suteikiantis daug galimybių tokiems projektams kaip mūsų. Jis yra prieinamas ir yra supakuotas su funkcijomis, įskaitant programuojamą įvesties / išvesties (PIO) sistemą, kuri puikiai tinka mūsų poreikiams. PIO leidžia rašyti į surinkimą panašų kodą, kuris vykdomas tiksliu ciklu, todėl idealiai tinka kuriant pasirinktinius protokolus, tokius kaip VGA.

Štai PIO pranašumų suskirstymas:

Ekonomiškas:Maždaug 1 USD kainuojantis RP2040 yra ekonomiškas pasirinkimas mėgėjams ir kūrėjams.
Efektyvus apdorojimas:Turėdamas 264 KB RAM, jis vienu metu gali atlikti kelias užduotis, o tai labai svarbu generuojant VGA signalus.
Pritaikymas:PIO leidžia tiksliai valdyti GPIO kaiščius, leidžiančius pagal poreikį moduliuoti VGA signalus.

Štai žvilgsnis, kaip atrodė mūsų PIO kodas:

// VGA laikas
// 1. Žemas 336 pikselių
// 2. Aukštas 30 pikselių
// 3. Žemas 34 pikselių
// 4. Pakartokite

Kodas buvo sukurtas generuoti reikiamą VGA signalų laiką. Išnaudodami RP2040 privalumus, siekėme sukurti patikimą ir efektyvų VGA išvestį, kurią būtų galima pritaikyti pagal poreikį skirtingoms raiškoms.

Vienas iš pagrindinių iššūkių, su kuriuo susidūrėme, buvo užtikrinti, kad laikas tarp signalų būtų tikslus. Dėl bet kokių vėlavimų ekrane gali atsirasti vaizdinių artefaktų. Todėl kodo testavimas ir kartojimas buvo esminė kūrimo proceso dalis.

Projektui reikalingi komponentai

Prieš pradėdami statyti, surinkime reikiamus komponentus. Turėdami tinkamus įrankius ir dalis, procesas bus daug sklandesnis. Štai sąrašas, ko jums reikės:

Raspberry PiRP2040:Šis mikrovaldiklis bus mūsų projekto šerdis, tvarkydamas visą signalų apdorojimą.
JAMMA konverteris į VGA:Šis keitiklis sujungs CRT su Raspberry Pi, leisdamas palaikyti ryšį tarp jų.
USB sąsaja:Bendravimui su nešiojamu ar kompiuteriu, leidžiančiu siųsti komandas ir gauti duomenis.
Maitinimas:Raspberry Pi ir bet kokių išorinių įrenginių maitinimui užtikrinti, kad viskas veiktų sklandžiai.
Laidai ir duona:Skirta prototipų kūrimui ir komponentų sujungimui, supaprastinant surinkimo procesą.

Kai turėsite visus komponentus, galite pradėti montuoti ekrano adapterį! Prieš pradėdami, dar kartą patikrinkite, ar turite visus reikiamus įrankius ir komponentus, kad išvengtumėte trikdžių kūrimo proceso metu.

Komponentų sujungimas

Kai visos dalys yra paruoštos, laikas viską sujungti. Norėdami nustatyti ekrano adapterį, atlikite šiuos veiksmus:

Prijunkite Raspberry Pi RP2040 prie duonos lentos. Įsitikinkite, kad maitinimo ir įžeminimo kaiščiai yra tinkamai prijungti.
JAMMA jungtį prijunkite prie VGA keitiklio, laikydamiesi abiejų komponentų kontaktų specifikacijų.
Prijunkite USB sąsają prie Raspberry Pi, kad palengvintumėte ryšį su kompiuteriu.
Įsitikinkite, kad visos jungtys yra saugios ir tinkamai izoliuotos, kad išvengtumėte trumpų jungčių ar atsijungimų.

Kai viskas bus prijungta, galite pradėti programuoti RP2040 generuoti VGA signalus. Šis kodas valdys, kaip vaizdai bus rodomi CRT. Kruopščiai sujunkite laidus ir dar kartą patikrinkite kiekvieną jungtį, kad išvengtumėte problemų bandymo metu.

CRT adapterio kūrimo žingsniai

Įvertinkite reikalavimus

Nustatykite skiriamosios gebos ir spalvų poreikius

Pasirinkite Komponentai

Pasirinkite tinkamas techninės įrangos dalis

Dizaino grandinė

Sukurkite jungčių schemą

Surinkite adapterį

Sujunkite aparatūros komponentus

Testo funkcionalumas

Užtikrinkite tinkamą CRT ekraną

Taip pat naudinga sukurti scheminę jungčių schemą. Tai gali būti nuoroda šalinant triktis ir padėti vizualizuoti visą sistemą.

RP2040 programavimas VGA išėjimui

Dabar ateina linksmoji dalis: programuoti RP2040! Tikslas yra sukurti programą, kuri siunčia teisingą VGA signalų laiką. Tai apima tikslaus R, G, B, HSYNC ir VSYNC signalų laiko generavimą. Jei nesate susipažinę su mikrovaldiklių programavimu, nesijaudinkite; supažindinsime su pagrindais.

Štai supaprastintas kodo fragmentas, iliustruojantis, kaip galite tai nustatyti:

void setup() {
  // Inicijuoti VGA signalus
  pinMode(R_PIN, IŠVESTIS);
  pinMode(G_PIN, IŠVESTIS);
  pinMode(B_PIN, OUTPUT);
  pinMode(HSYNC_PIN, IŠvestis);
  pinMode(VSYNC_PIN, IŠVESTIS);
}

void loop() {
  // Nustatykite spalvas ir sinchronizavimo signalus
  digitalWrite(R_PIN, AUKŠTAS);
  digitalWrite(G_PIN, LOW);
  digitalWrite(B_PIN, AUKŠTAS);
  // Generuoti HSYNC ir VSYNC signalus
}

Tai tik pagrindinė struktūra, tačiau ji suteikia idėją, kaip pradėti. Turėsite koreguoti laiką ir signalus pagal savo konkrečius reikalavimus, pvz., skiriamąją gebą ir atnaujinimo dažnį, kurį norite pasiekti.

Pradedantiesiems gali būti naudinga pažvelgti į bibliotekas ar esamus projektus, kurie gali padėti supaprastinti kai kuriuos programavimus. Internetinės bendruomenės ir forumai taip pat gali būti neįkainojami ištekliai trikčių šalinimui ir patarimams.

Testavimas ir trikčių šalinimas

Kai kodas bus paruoštas, laikas išbandyti sąranką. Prijunkite adapterį prie CRT ir viską įjunkite. Jei viskas klostosi gerai, ekrane turėtumėte matyti vaizdus! Tačiau viskas gali neveikti idealiai iš pirmo karto. Štai keletas bendrų problemų, su kuriomis galite susidurti:

Nėra ekrano:Patikrinkite jungtis ir įsitikinkite, kad maitinimo šaltinis veikia. Atsipalaidavusi jungtis gali neleisti CRT priimti signalų.
Iškraipytas vaizdas:Sureguliuokite kodo laiką, kad užtikrintumėte sinchronizavimą. Jei HSYNC arba VSYNC signalai išjungti, vaizdas gali pasirodyti iškreiptas.
Spalvos problemos:Patikrinkite, ar R, G ir B signalai yra tinkamai prijungti ir užprogramuoti. Netinkami spalvų signalai gali sukelti netikslių spalvų atvaizdavimą.

Nenusiminkite, jei viskas neveikia iš karto. Trikčių šalinimas yra proceso dalis! Turėkite po ranka nešiojamąjį kompiuterį, kad galėtumėte užsirašyti visus atliktus pakeitimus, nes tai gali padėti atsekti, kurie sprendimai veikė, o kurie ne.

Be to, apsvarstykite galimybę išbandyti skirtingas skiriamąsias gebas ir atnaujinimo dažnius, kad pamatytumėte, kaip reaguoja CRT. Tai gali padėti suprasti jūsų sąrankos ribas ir padėti patobulinti jūsų požiūrį.

Išvada: Retro žaidimų atgaivinimas

Pastatas a24 bitų arkadinis CRT ekrano adapterisyra ne tik įdomus projektas; tai būdas sujungti šiuolaikines technologijas su klasikiniais žaidimais. Vykdydami šiame vadove aprašytus veiksmus galite sukurti adapterį, kuris pagerins jūsų žaidimų patirtį CRT ekrane. Šis projektas leidžia įvertinti tiek vintažinių technologijų, tiek modernių mikrovaldiklių subtilybes.

Atminkite, kad pagrindiniai komponentai yra Raspberry Pi RP2040, JAMMA jungtis ir USB sąsaja. Atlikę tam tikrą programavimą ir trikčių šalinimą, savo arkadinį įrenginį sugrąžinsite į gyvenimą!

Pasiruošę pradėti? Surinkite savo komponentus ir pasinerkite į retro žaidimų pasaulį. Tiems, kurie nori toliau tobulinti savo techninius įgūdžius, peržiūrėkite mūsųpilnas dvejetainio vertimo vadovas!