Úvod do stavby aCRT displejAdaptér

Vo svete retro hier len máločo vyvoláva takú nostalgiu ako klasické CRT displeje. Tieto staré obrazovky sú neoddeliteľnou súčasťou zážitku z hrania historických arkádových hier. Ak ste niekedy chceli pripojiť moderný počítač k arkádovému automatu, ste na správnom mieste. V tejto príručke preskúmame, ako vytvoriť vlastný24-bitový arkádový adaptér CRT displejaktorý sa pripája k počítaču cez USB. Cieľom tohto projektu je vdýchnuť nový život klasickým arkádovým automatom a zároveň zlepšiť vizuálnu kvalitu.

Pochopenie požiadaviek na CRT displej

CRT používaná v RCade má konektor JAMMA, štandard pre arkádové hry, ktorý umožňuje jednoduché pripojenie rôznych komponentov. Štandardný VGA adaptér by nestačil. Tu je dôvod:

Neštandardné rozlíšenia:CRT pracuje v neštandardnom rozlíšení 336x262 pixelov. Mnoho grafických adaptérov takéto rozlíšenia nezvláda, často je predvolené rozlíšenie 640 x 480 alebo vyššie.
Obmedzenia farebnej hĺbky:Raspberry Pi, ktoré sme pôvodne používali, podporuje iba 18-bitové farby, čo vedie k výraznému pruhovaniu farieb a nedostatku živosti na CRT.
Potreba prenosnosti:Namiesto stolného počítača sme chceli použiť notebook, čo obmedzilo naše možnosti na rozhranie USB a nie na kartu PCI-e.

Tieto obmedzenia podčiarkli potrebu vlastného riešenia, ktoré dokáže poskytnúť akékoľvek rozlíšenie, ktoré požadujeme, a zároveň zlepšiť farebnú hĺbku. Vytvorením vlastného adaptéra by sme mohli zabezpečiť, aby bol CRT využitý naplno a ponúkal bohatší herný zážitok.

Pre tých, ktorí nepoznajú technológiu CRT, je dôležité pochopiť, že tieto displeje fungujú inak ako moderné LCD alebo LED obrazovky. CRT vyžadujú špecifické formáty časovania a signálu na vytváranie obrázkov, čo je dôvod, prečo generické adaptéry často zaostávajú. Cieľom nášho projektu bolo prispôsobiť naše riešenie týmto jedinečným potrebám.

Čo je VGA a ako to funguje?

VGA alebo Video Graphics Array je signalizačný protokol, ktorý presne napodobňuje fungovanie CRT. Vo vnútri CRT tri elektrónové pištole predstavujú červenú, zelenú a modrú farbu, ktoré sa kombinujú a vytvárajú celé spektrum odtieňov. Elektromagnety v hrdle trubice riadia elektrónový lúč tak, aby kreslili obrázky riadok po riadku. Tento proces je rozhodujúci pre vytváranie obrázkov, ktoré vidíme na obrazovke.

Pre efektívnu komunikáciu s CRT, VGA pripojenie posiela analógové signály pre každý farebný kanál spolu s horizontálnymi (HSYNC) a vertikálnymi (VSYNC) synchronizačnými signálmi. Tu je stručný prehľad týchto komponentov:

Kľúčové požiadavky na CRT adaptér

🖥️

Neštandardné rozlíšenie
Podporuje 336 x 262 pixelov

🎨

Farebná hĺbka
Vyžaduje 24-bitový farebný výstup

💻

Rozhranie USB
Kompatibilné s notebookmi

🔌

Konektor JAMMA
Štandardné pre arkádové pripojenia

🔧

Vlastné riešenie
Zostavte tak, aby vyhovovala jedinečným potrebám

Signály R, G, B:Tieto signály riadia intenzitu červenej, zelenej a modrej farby zobrazenej na obrazovke. Každý farebný kanál musí byť presne nastavený, aby sa dosiahol požadovaný farebný výstup.
Signál HSYNC:Tento signál synchronizuje horizontálne skenovanie elektrónového lúča. Označuje, kedy má lúč začať nový riadok.
Signál VSYNC:Tento signál riadi vertikálne skenovanie, čo umožňuje CRT vedieť, kedy sa má presunúť na ďalšiu snímku. Označuje, kedy začať kresliť nový rám.

Synchronizácia zaisťuje správne zobrazenie obrazu bez skreslenia. Ak tieto signály nie sú presne načasované, obraz môže byť nesprávne zarovnaný, čo vedie k blikaniu alebo trhaniu. Všetko, čo potrebujeme, sú tieto signály bežiace s presným načasovaním, čo znie priamo, ale môže byť zložité správne implementovať.

Pochopenie štandardov VGA je navyše nevyhnutné pre každého, kto chce pracovať s technológiou CRT. Špecifikácia VGA načrtáva úrovne časovania a napätia pre signály, ktoré sa líšia v závislosti od rozlíšenia a obnovovacej frekvencie. Znalosť týchto špecifikácií preto výrazne pomôže úspešnej implementácii.

Prvý pokus: Použitie PIO RP2040

Raspberry Pi RP2040 je fantastický mikrokontrolér, ktorý ponúka veľký potenciál pre projekty, ako je ten náš. Je cenovo dostupný a je vybavený funkciami vrátane systému programovateľného vstupu/výstupu (PIO), ktorý je ideálny pre naše potreby. PIO vám umožňuje písať kód podobný zostave, ktorý sa vykonáva v presnom cykle, vďaka čomu je ideálny na vytváranie vlastných protokolov, ako je VGA.

Tu je rozpis výhod PIO:

Nákladovo efektívne:Za približne 1 dolár je RP2040 ekonomickou voľbou pre fanúšikov aj vývojárov.
Efektívne spracovanie:S 264 KB RAM dokáže zvládnuť viacero úloh súčasne, čo je kľúčové pre generovanie VGA signálov.
Prispôsobiteľnosť:PIO umožňuje presné ovládanie pinov GPIO, čo umožňuje moduláciu signálov VGA podľa potreby.

Tu je pohľad na to, ako vyzeral náš PIO kód:

// Časovanie VGA
// 1. Nízka pre 336 pixelov
// 2. Vysoká pre 30 pixelov
// 3. Nízka pre 34 pixelov
// 4. Opakujte

Kód bol navrhnutý tak, aby generoval potrebné časovanie pre signály VGA. Využitím silných stránok RP2040 sme sa zamerali na vytvorenie spoľahlivého a efektívneho výstupu VGA, ktorý by sa dal podľa potreby upraviť pre rôzne rozlíšenia.

Jednou z kľúčových výziev, ktorým sme čelili, bolo zabezpečiť presné načasovanie medzi signálmi. Akékoľvek oneskorenie môže spôsobiť vizuálne artefakty na obrazovke. Preto bolo testovanie a opakovanie kódu kľúčovou súčasťou procesu vývoja.

Komponenty potrebné pre projekt

Než začneme stavať, zhromaždíme potrebné komponenty. Vďaka správnym nástrojom a dielom bude proces oveľa plynulejší. Tu je zoznam toho, čo budete potrebovať:

Raspberry PiRP2040:Tento mikrokontrolér bude slúžiť ako srdce nášho projektu, ktorý bude spracovávať všetky signály.
Konvertor JAMMA na VGA:Tento prevodník pripojí CRT k Raspberry Pi, čím umožní komunikáciu medzi nimi.
USB rozhranie:Pre komunikáciu s notebookom alebo počítačom, čo nám umožňuje odosielať príkazy a prijímať dáta.
Napájanie:Na napájanie Raspberry Pi a akýchkoľvek periférnych zariadení, aby všetko fungovalo hladko.
Drôty a doska:Pre prototypovanie a spájanie komponentov dohromady, zjednodušenie procesu montáže.

Keď máte všetky komponenty, môžete začať s montážou grafického adaptéra! Pred začatím skontrolujte, či máte všetky potrebné nástroje a komponenty, aby ste sa vyhli prerušeniam počas procesu zostavovania.

Pripojenie komponentov

Keď sú všetky diely pripravené, je čas všetko spojiť. Ak chcete nastaviť grafický adaptér, postupujte podľa týchto krokov:

Pripojte Raspberry Pi RP2040 k doske na chlieb. Uistite sa, že napájacie a uzemňovacie kolíky sú správne zapojené.
Pripojte konektor JAMMA k prevodníku VGA, pričom dbajte na to, aby ste dodržali špecifikácie vývodov pre oba komponenty.
Pripojte USB rozhranie k Raspberry Pi, aby ste uľahčili komunikáciu s počítačom.
Uistite sa, že všetky pripojenia sú bezpečné a správne izolované, aby sa predišlo skratom alebo odpojeniu.

Keď je všetko pripojené, môžete začať programovať RP2040 na generovanie signálov VGA. Tento kód bude kontrolovať, ako sa obrázky zobrazujú na CRT. Buďte opatrní pri zapájaní a dvakrát skontrolujte každé pripojenie, aby ste predišli problémom počas testovania.

Kroky na zostavenie CRT adaptéra

Posúdiť požiadavky

Identifikujte potreby rozlíšenia a farieb

Vyberte položku Komponenty

Vyberte si vhodné časti hardvéru

Dizajnový obvod

Vytvorte schému pre pripojenia

Zostavte adaptér

Dajte dohromady hardvérové komponenty

Test funkčnosti

Zabezpečte správne zobrazenie na CRT

Je tiež užitočné vytvoriť schematický diagram vašich pripojení. To môže slúžiť ako referencia pri riešení problémov a pomôcť vám vizualizovať celý systém.

Programovanie RP2040 pre VGA výstup

Teraz prichádza zábavná časť: programovanie RP2040! Cieľom je vytvoriť program, ktorý vysiela správne časovanie pre signály VGA. To zahŕňa generovanie presného časovania pre signály R, G, B, HSYNC a VSYNC. Ak nie ste oboznámení s programovaním mikrokontrolérov, nebojte sa; prevedieme vás základmi.

Tu je zjednodušený útržok kódu, ktorý ilustruje, ako to môžete nastaviť:

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

void loop() {
  // Nastavenie farieb a synchronizačných signálov
  digitalWrite(R_PIN, HIGH);
  digitalWrite(G_PIN, NÍZKY);
  digitalWrite(B_PIN, HIGH);
  // Generovanie signálov HSYNC a VSYNC
}

Toto je len základná štruktúra, ale dáva vám predstavu, ako začať. Budete musieť upraviť načasovanie a signály na základe vašich špecifických požiadaviek, ako je rozlíšenie a obnovovacia frekvencia, ktoré chcete dosiahnuť.

Pre začiatočníkov môže byť užitočné pozrieť sa do knižníc alebo existujúcich projektov, ktoré môžu pomôcť zjednodušiť niektoré programovanie. Online komunity a fóra môžu byť tiež neoceniteľnými zdrojmi na riešenie problémov a poradenstvo.

Testovanie a odstraňovanie problémov

Keď je váš kód pripravený, je čas otestovať vaše nastavenie. Pripojte adaptér k CRT a všetko zapnite. Ak všetko pôjde dobre, mali by ste vidieť obrázky zobrazené na obrazovke! Na prvý pokus však veci nemusia fungovať dokonale. Tu sú niektoré bežné problémy, s ktorými sa môžete stretnúť:

Bez zobrazenia:Skontrolujte pripojenia a uistite sa, že napájací zdroj funguje. Voľné spojenie môže brániť CRT v prijímaní signálov.
Skreslený obrázok:Upravte načasovanie v kóde, aby ste zabezpečili synchronizáciu. Ak sú signály HSYNC alebo VSYNC vypnuté, obraz môže byť skreslený.
Problémy s farbami:Skontrolujte, či sú signály R, G a B správne zapojené a naprogramované. Nesprávne farebné signály môžu viesť k nepresnému zobrazeniu farieb.

Nenechajte sa odradiť, ak veci nefungujú hneď. Riešenie problémov je súčasťou procesu! Majte poruke poznámkový blok, aby ste si zapísali všetky zmeny, ktoré vykonáte, pretože to môže pomôcť sledovať, ktoré riešenia fungovali a ktoré nie.

Okrem toho zvážte testovanie s rôznymi rozlíšeniami a obnovovacími frekvenciami, aby ste videli, ako CRT reaguje. To môže poskytnúť prehľad o limitoch vášho nastavenia a pomôcť vám vylepšiť váš prístup.

Záver: Oživenie retro hier

Budova a24-bitový arkádový adaptér CRT displejanie je len zábavný projekt; je to spôsob, ako prepojiť moderné technológie s klasickým hraním hier. Podľa krokov uvedených v tejto príručke si môžete vytvoriť adaptér, ktorý vylepší váš herný zážitok na CRT displeji. Tento projekt vám umožňuje oceniť zložitosť historických technológií a moderných mikrokontrolérov.

Pamätajte, že kľúčovými komponentmi sú Raspberry Pi RP2040, konektor JAMMA a rozhranie USB. S určitým programovaním a riešením problémov oživíte svoj arkádový stroj!

Ste pripravení začať? Zhromaždite svoje komponenty a ponorte sa do sveta retro hier. Pre tých, ktorí majú záujem o ďalšie zdokonaľovanie svojich technických zručností, pozrite si našekompletný sprievodca binárnym prekladom!