Wprowadzenie do budowania aWyświetlacz CRTAdapter

W świecie gier retro niewiele rzeczy wywołuje taką nostalgię jak klasyczne wyświetlacze CRT. Te oldschoolowe ekrany są integralną częścią wrażeń z grania w klasyczne gry zręcznościowe. Jeżeli kiedykolwiek chciałeś podłączyć nowoczesny komputer do automatu arcade to dobrze trafiłeś. W tym przewodniku omówimy, jak utworzyć niestandardowy24-bitowy adapter wyświetlacza CRT Arcadektóry łączy się z komputerem poprzez USB. Celem tego projektu jest tchnięcie nowego życia w klasyczne automaty zręcznościowe przy jednoczesnej poprawie jakości wizualnej.

Zrozumienie wymagań dotyczących wyświetlaczy CRT

CRT zastosowany w RCade posiada złącze JAMMA, standard gier zręcznościowych, pozwalający na łatwe podłączenie różnych podzespołów. Standardowy adapter VGA nie wystarczy. Oto dlaczego:

Niestandardowe rozdzielczości:CRT pracuje w niestandardowej rozdzielczości 336x262 pikseli. Wiele kart graficznych nie obsługuje takich rozdzielczości, często domyślnie jest to 640 x 480 lub więcej.
Ograniczenia głębi kolorów:Raspberry Pi, którego początkowo używaliśmy, obsługuje tylko 18-bitowe kolory, co prowadzi do zauważalnych pasm kolorów i braku jaskrawości na CRT.
Potrzeby związane z przenośnością:Chcieliśmy używać laptopa zamiast komputera stacjonarnego, co ograniczyło nasze możliwości do interfejsu USB, a nie karty PCI-e.

Ograniczenia te podkreśliły potrzebę niestandardowego rozwiązania, które mogłoby uzyskać dowolną żądaną rozdzielczość, jednocześnie poprawiając głębię kolorów. Tworząc własny adapter, mogliśmy zapewnić pełne wykorzystanie potencjału CRT, oferując bogatsze wrażenia z gry.

Dla tych, którzy nie są zaznajomieni z technologią CRT, ważne jest, aby zrozumieć, że wyświetlacze te działają inaczej niż nowoczesne ekrany LCD lub LED. Teleskopy CRT wymagają określonego taktowania i formatów sygnału do tworzenia obrazów, dlatego też standardowe adaptery często nie są wystarczające. Celem naszego projektu było dostosowanie rozwiązania do tych unikalnych potrzeb.

Co to jest VGA i jak działa?

VGA, czyli Video Graphics Array, to protokół sygnalizacyjny, który ściśle naśladuje sposób działania CRT. Wewnątrz kineskopu trzy działa elektronowe reprezentują kolory czerwony, zielony i niebieski, które razem tworzą pełne spektrum odcieni. Elektromagnesy w szyjce lampy sterują wiązką elektronów, rysując obrazy linia po linii. Proces ten ma kluczowe znaczenie dla tworzenia obrazów, które widzimy na ekranie.

Aby skutecznie komunikować się z kineskopem, złącze VGA wysyła sygnały analogowe dla każdego kanału koloru wraz z sygnałami synchronizacji poziomej (HSYNC) i pionowej (VSYNC). Oto krótki przegląd tych komponentów:

Kluczowe wymagania dotyczące adaptera CRT

🖥️

Niestandardowa rozdzielczość
Obsługuje 336x262 pikseli

🎨

Głębia koloru
Wymaga 24-bitowego koloru wyjściowego

💻

Interfejs USB
Kompatybilny z laptopami

🔌

Złącze JAMMA
Standard dla połączeń zręcznościowych

🔧

Rozwiązanie niestandardowe
Buduj tak, aby odpowiadał unikalnym potrzebom

Sygnały R, G, B:Sygnały te kontrolują intensywność kolorów czerwonego, zielonego i niebieskiego wyświetlanych na ekranie. Aby uzyskać żądaną moc kolorów, każdy kanał koloru musi być precyzyjnie dostosowany.
Sygnał HSYNC:Sygnał ten synchronizuje poziome skanowanie wiązki elektronów. Wskazuje, kiedy wiązka powinna rozpocząć nową linię.
Sygnał VSYNC:Sygnał ten zarządza skanowaniem pionowym, dzięki czemu CRT wie, kiedy przejść do następnej klatki. Wskazuje, kiedy rozpocząć rysowanie nowej ramki.

Synchronizacja zapewnia prawidłowe wyświetlanie obrazu bez zniekształceń. Jeśli sygnały te nie zostaną dokładnie zsynchronizowane w czasie, obraz może zostać przesunięty, co może prowadzić do migotania lub rozdarcia. Wszystko, czego potrzebujemy, to sygnały działające w precyzyjnym taktowaniu, co wydaje się proste, ale prawidłowe wdrożenie może być trudne.

Co więcej, zrozumienie standardów VGA jest niezbędne dla każdego, kto chce pracować z technologią CRT. Specyfikacja VGA określa poziomy taktowania i napięcia sygnałów, które różnią się w zależności od rozdzielczości i częstotliwości odświeżania. Dlatego znajomość tych specyfikacji znacznie pomoże w pomyślnym wdrożeniu.

Pierwsza próba: użycie PIO RP2040

Raspberry Pi RP2040 to fantastyczny mikrokontroler, który oferuje duży potencjał dla projektów takich jak nasz. Jest niedrogi i wyposażony w wiele funkcji, w tym programowalny system wejścia/wyjścia (PIO), który jest idealny do naszych potrzeb. PIO umożliwia pisanie kodu przypominającego asembler, który jest wykonywany w precyzyjnych cyklach, co czyni go idealnym do tworzenia niestandardowych protokołów, takich jak VGA.

Oto zestawienie zalet PIO:

Opłacalne:Kosztujący około 1 USD model RP2040 jest ekonomicznym wyborem zarówno dla hobbystów, jak i programistów.
Wydajne przetwarzanie:Dzięki 264 KB pamięci RAM może wykonywać wiele zadań jednocześnie, co jest kluczowe przy generowaniu sygnałów VGA.
Możliwość dostosowania:PIO pozwala na precyzyjną kontrolę nad pinami GPIO, umożliwiając modulację sygnałów VGA w razie potrzeby.

Oto rzut oka na wygląd naszego kodu PIO:

// Czas VGA
// 1. Niski dla 336 pikseli
// 2. Wysoki dla 30 pikseli
// 3. Niski dla 34 pikseli
// 4. Powtórz

Kod został zaprojektowany w celu wygenerowania niezbędnego taktowania dla sygnałów VGA. Wykorzystując mocne strony modelu RP2040, chcieliśmy stworzyć niezawodne i wydajne wyjście VGA, które można było dostosować do potrzeb w przypadku różnych rozdzielczości.

Jednym z kluczowych wyzwań, przed którymi stanęliśmy, było zapewnienie precyzyjnego synchronizacji sygnałów. Wszelkie opóźnienia mogą skutkować pojawieniem się artefaktów wizualnych na ekranie. Dlatego testowanie i iterowanie kodu było kluczową częścią procesu tworzenia oprogramowania.

Komponenty potrzebne do projektu

Zanim zaczniemy budować, zbierzmy niezbędne komponenty. Posiadanie odpowiednich narzędzi i części sprawi, że proces będzie znacznie płynniejszy. Oto lista tego, czego będziesz potrzebować:

Malinowe PiRP2040:Ten mikrokontroler będzie sercem naszego projektu, obsługującym całe przetwarzanie sygnału.
Konwerter JAMMA na VGA:Konwerter ten połączy CRT z Raspberry Pi, umożliwiając komunikację między nimi.
Interfejs USB:Do komunikacji z laptopem lub komputerem, umożliwiając nam wysyłanie poleceń i odbieranie danych.
Zasilanie:Do zasilania Raspberry Pi i wszelkich urządzeń peryferyjnych, zapewniając płynne działanie.
Przewody i płytka prototypowa:Do prototypowania i łączenia komponentów, upraszczając proces montażu.

Po skompletowaniu wszystkich komponentów możesz przystąpić do montażu karty graficznej! Przed rozpoczęciem sprawdź dokładnie, czy masz wszystkie niezbędne narzędzia i komponenty, aby uniknąć przerw w procesie kompilacji.

Łączenie komponentów

Gdy wszystkie części są gotowe, czas wszystko połączyć. Wykonaj poniższe kroki, aby skonfigurować kartę graficzną:

Podłącz Raspberry Pi RP2040 do płytki prototypowej. Upewnij się, że styki zasilania i uziemienia są prawidłowo podłączone.
Podłącz złącze JAMMA do konwertera VGA, przestrzegając specyfikacji pinów obu komponentów.
Podłącz interfejs USB do Raspberry Pi, aby ułatwić komunikację z komputerem.
Upewnij się, że wszystkie połączenia są bezpieczne i odpowiednio izolowane, aby zapobiec zwarciom lub rozłączeniom.

Po podłączeniu wszystkiego możesz rozpocząć programowanie RP2040 w celu generowania sygnałów VGA. Ten kod będzie kontrolował sposób wyświetlania obrazów na monitorze CRT. Zachowaj ostrożność podczas okablowania i dwukrotnie sprawdź każde połączenie, aby uniknąć problemów podczas testowania.

Kroki tworzenia adaptera CRT

Oceń wymagania

Określ wymagania dotyczące rozdzielczości i kolorów

Wybierz Komponenty

Wybierz odpowiednie części sprzętowe

Obwód projektowy

Utwórz schemat połączeń

Zmontuj adapter

Złóż komponenty sprzętowe

Testuj funkcjonalność

Zapewnij prawidłowe wyświetlanie na CRT

Pomocne jest również utworzenie schematu połączeń. Może to służyć jako punkt odniesienia podczas rozwiązywania problemów i pomóc w wizualizacji całego systemu.

Programowanie RP2040 dla wyjścia VGA

Teraz przychodzi zabawna część: programowanie RP2040! Celem jest stworzenie programu, który wysyła prawidłowe taktowanie sygnałów VGA. Obejmuje to generowanie precyzyjnego taktowania dla sygnałów R, G, B, HSYNC i VSYNC. Jeśli nie jesteś zaznajomiony z programowaniem mikrokontrolerów, nie martw się; przeprowadzimy Cię przez podstawy.

Oto uproszczony fragment kodu ilustrujący, jak możesz to skonfigurować:

unieważnij konfigurację() {
  // Inicjowanie sygnałów VGA
  tryb pin(R_PIN, WYJŚCIE);
  tryb pin(G_PIN, WYJŚCIE);
  tryb pin(B_PIN, WYJŚCIE);
  tryb pin(HSYNC_PIN, WYJŚCIE);
  tryb pin(VSYNC_PIN, WYJŚCIE);
}

pusta pętla() {
  // Ustaw kolory i sygnały synchronizacji
  digitalWrite(R_PIN, WYSOKI);
  digitalWrite(G_PIN, NISKI);
  digitalWrite(B_PIN, WYSOKI);
  // Generowanie sygnałów HSYNC i VSYNC
}

To tylko podstawowa struktura, ale daje wyobrażenie o tym, jak zacząć. Musisz dostosować taktowanie i sygnały w oparciu o konkretne wymagania, takie jak rozdzielczość i częstotliwość odświeżania, które chcesz osiągnąć.

Dla początkujących przydatne może być przejrzenie bibliotek lub istniejących projektów, które mogą pomóc w uproszczeniu niektórych programów. Społeczności i fora internetowe mogą również być nieocenionym źródłem informacji o rozwiązywaniu problemów i udzielaniu porad.

Testowanie i rozwiązywanie problemów

Gdy kod będzie już gotowy, czas przetestować konfigurację. Podłącz adapter do CRT i włącz wszystko. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, na ekranie powinny pojawić się obrazy! Jednak za pierwszym razem wszystko może nie działać idealnie. Oto kilka typowych problemów, które możesz napotkać:

Brak wyświetlacza:Sprawdź połączenia i upewnij się, że zasilacz działa. Luźne połączenie może uniemożliwić odbiór sygnałów przez CRT.
Zniekształcony obraz:Dostosuj chronometraż w kodzie, aby zapewnić synchronizację. Jeśli sygnały HSYNC lub VSYNC są wyłączone, obraz może wydawać się przekrzywiony.
Problemy z kolorami:Sprawdź, czy sygnały R, G i B są prawidłowo podłączone i zaprogramowane. Nieprawidłowe sygnały kolorów mogą prowadzić do niedokładnego odwzorowania kolorów.

Nie zniechęcaj się, jeśli coś nie zadziała od razu. Rozwiązywanie problemów jest częścią procesu! Miej pod ręką notatnik, w którym możesz zapisywać wszelkie wprowadzone zmiany, ponieważ może to pomóc w śledzeniu, które rozwiązania zadziałały, a które nie.

Dodatkowo rozważ przetestowanie z różnymi rozdzielczościami i częstotliwościami odświeżania, aby zobaczyć, jak reaguje CRT. Może to zapewnić wgląd w ograniczenia Twojej konfiguracji i pomóc udoskonalić Twoje podejście.

Wniosek: przywrócenie gier retro do życia

Budynek A24-bitowy adapter wyświetlacza CRT Arcadeto nie tylko zabawny projekt; to sposób na połączenie nowoczesnej technologii z klasyczną grą. Wykonując kroki opisane w tym przewodniku, możesz stworzyć adapter, który poprawi Twoje wrażenia z gry na wyświetlaczu CRT. Projekt ten pozwala docenić zawiłości zarówno technologii vintage, jak i nowoczesnych mikrokontrolerów.

Pamiętaj, że kluczowymi komponentami są Raspberry Pi RP2040, złącze JAMMA i interfejs USB. Dzięki programowaniu i rozwiązywaniu problemów przywrócisz swój automat do gier!

Gotowy, aby zacząć? Zbierz komponenty i zanurz się w świat gier retro. Osoby zainteresowane dalszym doskonaleniem swoich umiejętności technicznych zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertąkompletny przewodnik po tłumaczeniach binarnych!