Uvod v gradnjo aCRT zaslonAdapter

V svetu retro iger nekaj stvari vzbudi toliko nostalgije kot klasični CRT zasloni. Ti starinski zasloni so sestavni del izkušnje igranja starinskih arkadnih iger. Če ste kdaj želeli povezati sodoben računalnik z arkadnim avtomatom, ste na pravem mestu. V tem priročniku bomo raziskali, kako ustvariti po meri24-bitni arkadni CRT zaslonski adapterki se povezuje z računalnikom preko USB. Namen tega projekta je vdahniti novo življenje klasičnim arkadnim napravam, hkrati pa izboljšati vizualno kakovost.

Razumevanje zahtev za zaslon CRT

CRT, uporabljen v RCade, ima priključek JAMMA, standard za arkadne igre, ki omogoča enostavno povezavo različnih komponent. Standardni adapter VGA ne bi zadostoval. Evo zakaj:

Nestandardne ločljivosti:CRT deluje pri nestandardni ločljivosti 336x262 slikovnih pik. Mnogi zaslonski adapterji ne prenesejo takih ločljivosti, pogosto so privzete 640x480 ali več.
Omejitve barvne globine:Raspberry Pi, ki smo ga prvotno uporabljali, podpira samo 18-bitne barve, kar vodi do opaznih barvnih pasov in pomanjkanja živahnosti na CRT.
Potrebe po prenosljivosti:Namesto namizja smo želeli uporabiti prenosni računalnik, kar je omejilo naše možnosti na vmesnik USB in ne na kartico PCI-e.

Te omejitve so poudarile potrebo po rešitvi po meri, ki bi lahko prikazala poljubno želeno ločljivost in hkrati izboljšala barvno globino. Z ustvarjanjem lastnega adapterja smo lahko zagotovili, da je bil CRT izkoriščen v celoti in ponudil bogatejšo igralno izkušnjo.

Za tiste, ki niso seznanjeni s tehnologijo CRT, je bistveno razumeti, da ti zasloni delujejo drugače kot sodobni zasloni LCD ali LED. CRT-ji zahtevajo posebne časovne in signalne formate za ustvarjanje slik, zato generični adapterji pogosto ne uspejo. Cilj našega projekta je bil prilagoditi našo rešitev za izpolnjevanje teh edinstvenih potreb.

Kaj je VGA in kako deluje?

VGA ali Video Graphics Array je signalni protokol, ki zelo posnema delovanje CRT. Znotraj CRT trije elektronski topovi predstavljajo rdečo, zeleno in modro barvo, ki skupaj ustvarijo celoten spekter odtenkov. Elektromagneti v vratu cevi usmerjajo elektronski žarek za risanje slik po vrsticah. Ta proces je ključen za ustvarjanje slik, ki jih vidimo na zaslonu.

Za učinkovito komunikacijo s CRT povezava VGA pošilja analogne signale za vsak barvni kanal skupaj s horizontalnimi (HSYNC) in vertikalnimi (VSYNC) sinhronizacijskimi signali. Tukaj je kratek pregled teh komponent:

Ključne zahteve za CRT adapter

🖥️

Nestandardna ločljivost
Podpira 336x262 slikovnih pik

🎨

Barvna globina
Zahteva 24-bitni barvni izhod

💻

USB vmesnik
Združljiv s prenosniki

🔌

JAMMA priključek
Standard za arkadne povezave

🔧

Rešitev po meri
Zgradite tako, da ustreza edinstvenim potrebam

R, G, B signali:Ti signali nadzirajo intenzivnost rdeče, zelene in modre barve, prikazane na zaslonu. Vsak barvni kanal mora biti natančno nastavljen, da se doseže želeni barvni rezultat.
Signal HSYNC:Ta signal sinhronizira horizontalno skeniranje elektronskega žarka. Označuje, kdaj naj žarek začne novo vrstico.
Signal VSYNC:Ta signal upravlja navpično skeniranje in omogoča CRT, da ve, kdaj naj se premakne na naslednji okvir. Označuje, kdaj začeti risati nov okvir.

Sinhronizacija zagotavlja, da je slika prikazana pravilno in brez popačenj. Če ti signali niso časovno natančno določeni, se lahko slika ne poravna, kar povzroči utripanje ali trganje. Vse, kar potrebujemo, so ti signali, ki tečejo ob natančnih časovnih razporedih, kar zveni preprosto, a je lahko težavno pravilno implementirati.

Poleg tega je razumevanje standardov VGA bistveno za vsakogar, ki želi delati s tehnologijo CRT. Specifikacija VGA opisuje časovne in napetostne ravni za signale, ki se razlikujejo glede na ločljivost in hitrost osveževanja. Zato bo poznavanje teh specifikacij zelo pripomoglo k uspešni implementaciji.

Prvi poskus: uporaba PIO RP2040

Raspberry Pi RP2040 je fantastičen mikrokrmilnik, ki ponuja veliko možnosti za projekte, kot je naš. Je cenovno dostopen in ima poln funkcij, vključno s programirljivim vhodno/izhodnim sistemom (PIO), ki je popoln za naše potrebe. PIO vam omogoča pisanje kode, podobne sestavu, ki se izvaja v natančnem ciklu, zaradi česar je idealen za ustvarjanje protokolov po meri, kot je VGA.

Tukaj je razčlenitev prednosti PIO:

Stroškovno učinkovito:Približno 1 USD je RP2040 ekonomična izbira tako za hobiste kot za razvijalce.
Učinkovita obdelava:Z 264 KB RAM-a lahko opravlja več nalog hkrati, kar je ključnega pomena za generiranje VGA signalov.
Prilagodljivost:PIO omogoča natančen nadzor nad zatiči GPIO, kar omogoča modulacijo signalov VGA po potrebi.

Tukaj je kratek vpogled v to, kako je izgledala naša koda PIO:

// Čas VGA
// 1. Nizka za 336 slikovnih pik
// 2. Visoko za 30 slikovnih pik
// 3. Nizka za 34 slikovnih pik
// 4. Ponovi

Koda je bila zasnovana za ustvarjanje potrebnega časa za signale VGA. Z izkoriščanjem prednosti RP2040 smo želeli ustvariti zanesljiv in učinkovit izhod VGA, ki ga je mogoče po potrebi prilagoditi za različne ločljivosti.

Eden od ključnih izzivov, s katerimi smo se soočili, je bilo zagotavljanje natančnega časovnega razporeda med signali. Kakršne koli zamude lahko povzročijo vizualne artefakte na zaslonu. Zato je bilo testiranje in ponavljanje kode ključni del razvojnega procesa.

Komponente, potrebne za projekt

Preden začnemo graditi, zberimo potrebne komponente. Če imate pravo orodje in dele, bo postopek veliko lažji. Tukaj je seznam tega, kar potrebujete:

Raspberry PiRP2040:Ta mikrokrmilnik bo služil kot srce našega projekta in bo upravljal celotno obdelavo signalov.
JAMMA v VGA pretvornik:Ta pretvornik bo povezal CRT z Raspberry Pi in omogočil komunikacijo med njima.
USB vmesnik:Za komunikacijo s prenosnikom ali računalnikom, ki nam omogoča pošiljanje ukazov in prejemanje podatkov.
Napajanje:Za napajanje Raspberry Pi in vseh zunanjih naprav, s čimer zagotovite, da vse deluje gladko.
Žice in testna plošča:Za izdelavo prototipov in povezovanje komponent, kar poenostavi postopek sestavljanja.

Ko imate vse komponente, lahko začnete sestavljati zaslonski adapter! Preden začnete, še enkrat preverite, ali imate vsa potrebna orodja in komponente, da se izognete prekinitvam med gradnjo.

Povezovanje komponent

Ko so vsi deli pripravljeni, je čas, da vse povežete. Sledite tem korakom, da nastavite svoj zaslonski adapter:

Priključite Raspberry Pi RP2040 na navigacijsko ploščo. Prepričajte se, da so napajalni in ozemljitveni zatiči pravilno ožičeni.
Priključite priključek JAMMA na pretvornik VGA, pri čemer pazite, da upoštevate specifikacije za pinout za obe komponenti.
Priključite USB vmesnik na Raspberry Pi za lažjo komunikacijo z računalnikom.
Prepričajte se, da so vse povezave varne in ustrezno izolirane, da preprečite kratke stike ali prekinitve povezave.

Ko je vse povezano, lahko začnete programirati RP2040 za ustvarjanje signalov VGA. Ta koda bo nadzorovala, kako so slike prikazane na CRT. Bodite natančni pri ožičenju in dvakrat preverite vsako povezavo, da se izognete težavam med preskušanjem.

Koraki za izdelavo CRT adapterja

Ocenite zahteve

Ugotovite potrebe po ločljivosti in barvah

Izberite Komponente

Izberite ustrezne dele strojne opreme

Design Circuit

Ustvarite shemo za povezave

Sestavite adapter

Sestavite komponente strojne opreme

Testna funkcionalnost

Zagotovite pravilen prikaz na CRT

Prav tako je koristno ustvariti shematski diagram vaših povezav. To lahko služi kot referenca med odpravljanjem težav in vam pomaga vizualizirati celoten sistem.

Programiranje RP2040 za izhod VGA

Zdaj prihaja zabavni del: programiranje RP2040! Cilj je ustvariti program, ki pošilja pravilen čas za signale VGA. To vključuje ustvarjanje natančnega časa za signale R, G, B, HSYNC in VSYNC. Če niste seznanjeni s programiranjem mikrokontrolerjev, ne skrbite; popeljali vas bomo skozi osnove.

Tukaj je poenostavljen delček kode za ponazoritev, kako lahko to nastavite:

void setup() {
  // Inicializiraj signale VGA
  pinMode(R_PIN, IZHOD);
  pinMode(G_PIN, IZHOD);
  pinMode(B_PIN, IZHOD);
  pinMode(HSYNC_PIN, IZHOD);
  pinMode(VSYNC_PIN, IZHOD);
}

void loop() {
  // Nastavite barve in sinhronizacijske signale
  digitalWrite(R_PIN, VISOKA);
  digitalWrite(G_PIN, NIZEK);
  digitalWrite(B_PIN, VISOKO);
  // Ustvarjanje signalov HSYNC in VSYNC
}

To je samo osnovna struktura, vendar vam daje idejo, kako začeti. Čas in signale boste morali prilagoditi glede na vaše posebne zahteve, kot sta ločljivost in hitrost osveževanja, ki ju želite doseči.

Za začetnike bo morda koristno preučiti knjižnice ali obstoječe projekte, ki lahko pomagajo poenostaviti nekaj programiranja. Spletne skupnosti in forumi so lahko tudi neprecenljivi viri za odpravljanje težav in nasvete.

Testiranje in odpravljanje težav

Ko je vaša koda pripravljena, je čas, da preizkusite svojo nastavitev. Priključite adapter na vaš CRT in vklopite vse. Če gre vse v redu, bi morali na zaslonu videti slike! Vendar stvari morda ne bodo delovale popolnoma v prvem poskusu. Tukaj je nekaj pogostih težav, na katere lahko naletite:

Brez zaslona:Preverite svoje povezave in se prepričajte, da napajalnik deluje. Ohlapna povezava bi lahko CRT preprečila sprejemanje signalov.
Popačena slika:Prilagodite čas v svoji kodi, da zagotovite sinhronizacijo. Če sta signala HSYNC ali VSYNC izklopljena, je lahko slika poševna.
Težave z barvami:Preverite, ali so signali R, G in B pravilno povezani in programirani. Nepravilni barvni signali lahko povzročijo netočno barvno predstavitev.

Naj vas ne obupa, če stvari ne delujejo takoj. Odpravljanje težav je del procesa! Pri roki imejte zvezek, da si zapišete vse spremembe, ki jih naredite, saj lahko tako ugotovite, katere rešitve so delovale in katere ne.

Poleg tega razmislite o testiranju z različnimi ločljivostmi in stopnjami osveževanja, da vidite, kako se CRT odziva. To lahko zagotovi vpogled v omejitve vaše nastavitve in pomaga izboljšati vaš pristop.

Zaključek: Oživitev retro iger

Stavba a24-bitni arkadni CRT zaslonski adapterni le zabaven projekt; je način za povezovanje sodobne tehnologije s klasičnim igranjem. Če sledite korakom, opisanim v tem priročniku, lahko ustvarite adapter, ki izboljša vašo igralno izkušnjo na zaslonu CRT. Ta projekt vam omogoča, da cenite zapletenost starodobne tehnologije in sodobnih mikrokontrolerjev.

Ne pozabite, ključne komponente so Raspberry Pi RP2040, priključek JAMMA in vmesnik USB. Z nekaj programiranja in odpravljanja težav boste oživili svoj arkadni stroj!

Ste pripravljeni začeti? Zberite svoje komponente in se potopite v svet retro iger. Za tiste, ki jih zanima nadaljnje izboljšanje tehnološke spretnosti, si oglejte našepopoln vodnik za binarno prevajanje!