Introduksjon til bygging aCRT-skjermAdapter

I retrospillverdenen er det få ting som vekker så mye nostalgi som de klassiske CRT-skjermene. Disse gammeldagse skjermene er integrert i opplevelsen av å spille gamle arkadespill. Hvis du noen gang har ønsket å koble en moderne datamaskin til en arkademaskin, er du på rett sted. I denne veiledningen vil vi utforske hvordan du lager en egendefinert24-bits arkade CRT-skjermadaptersom kommuniserer med en datamaskin via USB. Dette prosjektet tar sikte på å blåse nytt liv inn i klassiske arkademaskiner og samtidig forbedre visuell kvalitet.

Forstå CRT-skjermkravene

CRT-en som brukes i RCade har en JAMMA-kontakt, en standard for arkadespill som gjør det enkelt å koble til ulike komponenter. En standard VGA-adapter vil ikke være nok. Her er hvorfor:

Ikke-standard oppløsninger:CRT-en opererer med en ikke-standard oppløsning på 336x262 piksler. Mange skjermadaptere kan ikke håndtere slike oppløsninger, ofte med standard 640x480 eller høyere.
Fargedybdebegrensninger:Raspberry Pi vi opprinnelig brukte støtter kun 18-bits farger, noe som fører til merkbare fargebånd og mangel på livlighet på CRT.
Portabilitetsbehov:Vi ønsket å bruke en bærbar datamaskin i stedet for en stasjonær, noe som begrenset mulighetene våre til et USB-grensesnitt i stedet for et PCI-e-kort.

Disse begrensningene understreket behovet for en tilpasset løsning som kunne gi en hvilken som helst oppløsning vi ønsket og samtidig forbedre fargedybden. Ved å lage vår egen adapter kunne vi sikre at CRT ble utnyttet til sitt fulle potensiale, og tilby en rikere spillopplevelse.

For de som ikke er kjent med CRT-teknologi, er det viktig å forstå at disse skjermene fungerer annerledes enn moderne LCD- eller LED-skjermer. CRT-er krever spesifikke timing- og signalformater for å produsere bilder, og det er derfor generiske adaptere ofte kommer til kort. Målet med prosjektet vårt var å skreddersy løsningen vår for å møte disse unike behovene.

Hva er VGA og hvordan fungerer det?

VGA, eller Video Graphics Array, er en signaleringsprotokoll som tett etterligner hvordan en CRT fungerer. Inne i en CRT representerer tre elektronkanoner de røde, grønne og blå fargene som kombineres for å skape hele spekteret av nyanser. Elektromagneter i halsen på røret styrer elektronstrålen for å tegne bilder linje for linje. Denne prosessen er avgjørende for å produsere bildene vi ser på skjermen.

For å kommunisere effektivt med CRT, sender VGA-tilkoblingen analoge signaler for hver fargekanal sammen med horisontale (HSYNC) og vertikale (VSYNC) synkroniseringssignaler. Her er en kort oversikt over disse komponentene:

Nøkkelkrav for CRT-adapter

🖥️

Ikke-standard oppløsning
Støtter 336x262 piksler

🎨

Fargedybde
Krever 24-bits fargeutdata

💻

USB-grensesnitt
Kompatibel med bærbare datamaskiner

🔌

JAMMA-kontakt
Standard for arkadetilkoblinger

🔧

Tilpasset løsning
Bygg for å passe unike behov

R, G, B Signaler:Disse signalene kontrollerer intensiteten til de røde, grønne og blå fargene som vises på skjermen. Hver fargekanal må justeres nøyaktig for å oppnå ønsket fargeutgang.
HSYNC-signal:Dette signalet synkroniserer den horisontale skanningen av elektronstrålen. Den indikerer når strålen skal starte en ny linje.
VSYNC-signal:Dette signalet styrer den vertikale skanningen, slik at CRT-en vet når den skal gå til neste bilde. Den angir når du skal begynne å tegne en ny ramme.

Synkroniseringen sørger for at bildet vises riktig og uten forvrengning. Hvis disse signalene ikke tidfestes nøyaktig, kan bildet bli feiljustert, noe som fører til flimring eller riving. Alt vi trenger er disse signalene som kjører på nøyaktige tidspunkter, noe som høres enkelt ut, men kan være vanskelig å implementere riktig.

Dessuten er det viktig å forstå VGA-standarder for alle som ønsker å jobbe med CRT-teknologi. VGA-spesifikasjonen skisserer timing og spenningsnivåer for signaler, som varierer avhengig av oppløsning og oppdateringsfrekvens. Derfor vil kjennskap til disse spesifikasjonene i stor grad hjelpe til med vellykket implementering.

Første forsøk: Bruke RP2040s PIO

Raspberry Pi RP2040 er en fantastisk mikrokontroller som tilbyr mye potensial for prosjekter som vårt. Den er rimelig og kommer fullpakket med funksjoner, inkludert et programmerbart inn-/utgangssystem (PIO), som er perfekt for våre behov. PIO lar deg skrive sammenstillingslignende kode som kjøres i en presis syklus, noe som gjør den ideell for å lage tilpassede protokoller som VGA.

Her er en oversikt over PIOs fordeler:

Kostnadseffektiv:Til rundt $1 er RP2040 et økonomisk valg for både hobbyister og utviklere.
Effektiv behandling:Med 264 KB RAM kan den håndtere flere oppgaver samtidig, noe som er avgjørende for å generere VGA-signaler.
Tilpassbarhet:PIO gir presis kontroll over GPIO-pinner, og muliggjør modulering av VGA-signaler etter behov.

Her er et glimt av hvordan PIO-koden vår så ut:

// VGA-timing
// 1. Lav for 336 piksler
// 2. Høy for 30 piksler
// 3. Lav for 34 piksler
// 4. Gjenta

Koden ble designet for å generere den nødvendige timingen for VGA-signalene. Ved å utnytte styrken til RP2040, hadde vi som mål å skape en pålitelig og effektiv VGA-utgang som kunne justeres etter behov for ulike oppløsninger.

En av hovedutfordringene vi sto overfor var å sikre at timingen mellom signalene var presis. Eventuelle forsinkelser kan føre til visuelle artefakter på skjermen. Derfor var testing og iterering av koden en avgjørende del av utviklingsprosessen.

Komponenter som trengs for prosjektet

Før vi begynner å bygge, la oss samle de nødvendige komponentene. Å ha de riktige verktøyene og delene vil gjøre prosessen mye smidigere. Her er en liste over hva du trenger:

Raspberry PiRP2040:Denne mikrokontrolleren vil fungere som hjertet i prosjektet vårt, og håndtere all signalbehandling.
JAMMA til VGA-konverter:Denne omformeren vil koble CRT til Raspberry Pi, noe som muliggjør kommunikasjon mellom de to.
USB-grensesnitt:For kommunikasjon med en bærbar PC eller datamaskin, slik at vi kan sende kommandoer og motta data.
Strømforsyning:For å drive Raspberry Pi og eventuelle eksterne enheter, sørge for at alt går jevnt.
Ledninger og brødbrett:For prototyping og sammenkobling av komponenter, forenkle monteringsprosessen.

Når du har alle komponentene, kan du begynne å montere skjermadapteren! Sørg for å dobbeltsjekke at du har alle nødvendige verktøy og komponenter før du starter for å unngå avbrudd under byggeprosessen.

Koble til komponentene

Med alle delene klare, er det på tide å koble til alt. Følg disse trinnene for å konfigurere skjermadapteren:

Koble Raspberry Pi RP2040 til brødbrettet. Sørg for at strøm- og jordpinnene er korrekt koblet.
Koble JAMMA-kontakten til VGA-omformeren, og sørg for å følge pinout-spesifikasjonene for begge komponentene.
Koble USB-grensesnittet til Raspberry Pi for å lette kommunikasjonen med datamaskinen.
Sørg for at alle koblinger er sikre og ordentlig isolert for å forhindre kortslutning eller frakoblinger.

Når alt er tilkoblet, kan du begynne å programmere RP2040 for å generere VGA-signaler. Denne koden vil kontrollere hvordan bildene vises på CRT-en. Vær nøye med ledningene og dobbeltsjekk hver tilkobling for å unngå problemer under testing.

Trinn for å bygge CRT-adapter

Vurdere krav

Identifiser oppløsning og fargebehov

Velg Komponenter

Velg passende maskinvaredeler

Design krets

Lag skjema for tilkoblinger

Sett sammen adapter

Sett sammen maskinvarekomponenter

Test funksjonalitet

Sørg for riktig visning på CRT

Det er også nyttig å lage et skjematisk diagram over forbindelsene dine. Dette kan tjene som referanse under feilsøking og hjelpe deg med å visualisere hele systemet.

Programmering av RP2040 for VGA-utgang

Nå kommer den morsomme delen: programmering av RP2040! Målet er å lage et program som sender riktig timing for VGA-signalene. Dette innebærer å generere presis timing for R-, G-, B-, HSYNC- og VSYNC-signalene. Hvis du ikke er kjent med programmering av mikrokontrollere, ikke bekymre deg; vi vil lede deg gjennom det grunnleggende.

Her er en forenklet kodebit for å illustrere hvordan du kan sette opp dette:

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

void loop() {
  // Still inn farger og synkroniseringssignaler
  digitalWrite(R_PIN, HIGH);
  digitalWrite(G_PIN, LOW);
  digitalWrite(B_PIN, HIGH);
  // Generer HSYNC- og VSYNC-signaler
}

Dette er bare en grunnleggende struktur, men den gir deg en ide om hvordan du starter. Du må justere timingen og signalene basert på dine spesifikke krav, for eksempel oppløsningen og oppdateringsfrekvensen du ønsker å oppnå.

For nybegynnere kan det være nyttig å se på biblioteker eller eksisterende prosjekter som kan bidra til å forenkle noe av programmeringen. Nettsamfunn og fora kan også være uvurderlige ressurser for feilsøking og råd.

Testing og feilsøking

Når koden din er klar, er det på tide å teste oppsettet. Koble adapteren til CRT-en og slå på alt. Hvis alt går bra, bør du se bilder vist på skjermen! Det kan imidlertid hende at ting ikke fungerer perfekt ved første forsøk. Her er noen vanlige problemer du kan støte på:

Ingen visning:Sjekk tilkoblingene og sørg for at strømforsyningen fungerer. En løs forbindelse kan hindre CRT-en i å motta signaler.
Forvrengt bilde:Juster timingen i koden for å sikre synkronisering. Hvis HSYNC- eller VSYNC-signalene er av, kan bildet virke skjevt.
Fargeproblemer:Kontroller at R-, G- og B-signalene er riktig kablet og programmert. Feil fargesignaler kan føre til unøyaktig fargerepresentasjon.

Ikke bli motløs hvis ting ikke fungerer med en gang. Feilsøking er en del av prosessen! Ha en notatbok tilgjengelig for å notere ned eventuelle endringer du gjør, da dette kan hjelpe med å spore hvilke løsninger som fungerte og hvilke som ikke gjorde det.

Vurder i tillegg å teste med forskjellige oppløsninger og oppdateringsfrekvenser for å se hvordan CRT-en reagerer. Dette kan gi innsikt i grensene for oppsettet ditt og bidra til å avgrense tilnærmingen din.

Konklusjon: Å bringe retrospilling tilbake til livet

Bygge a24-bits arkade CRT-skjermadapterer ikke bare et morsomt prosjekt; det er en måte å koble moderne teknologi med klassisk spill. Ved å følge trinnene som er skissert i denne veiledningen, kan du lage en adapter som forbedrer spillopplevelsen din på en CRT-skjerm. Dette prosjektet lar deg sette pris på forviklingene til både vintage-teknologi og moderne mikrokontrollere.

Husk at nøkkelkomponentene er en Raspberry Pi RP2040, en JAMMA-kontakt og et USB-grensesnitt. Med litt programmering og feilsøking vil du få liv til arkademaskinen din!

Klar til å komme i gang? Samle komponentene dine og dykk inn i en verden av retrospilling. For de som er interessert i å forbedre sine tekniske ferdigheter ytterligere, sjekk ut vårkomplett binær oversettelsesguide!