Introduktion till byggnad aCRT-skärmAdapter

I retrospelvärlden är det få saker som väcker så mycket nostalgi som de klassiska CRT-skärmarna. Dessa gammaldags skärmar är en del av upplevelsen av att spela vintage arkadspel. Om du någonsin har velat ansluta en modern dator till en arkadmaskin, är du på rätt plats. I den här guiden kommer vi att utforska hur du skapar en anpassad24-bitars arkad CRT-skärmadaptersom ansluter till en dator via USB. Detta projekt syftar till att blåsa nytt liv i klassiska arkadmaskiner och samtidigt förbättra den visuella kvaliteten.

Förstå kraven på CRT-skärm

CRT som används i RCade har en JAMMA-kontakt, en standard för arkadspel som möjliggör enkel anslutning av olika komponenter. En vanlig VGA-adapter skulle inte räcka. Här är varför:

Icke-standardiserade upplösningar:CRT arbetar med en icke-standardiserad upplösning på 336x262 pixlar. Många bildskärmsadaptrar kan inte hantera sådana upplösningar, ofta som standard till 640x480 eller högre.
Färgdjupsbegränsningar:Raspberry Pi som vi använde från början stöder bara 18-bitars färg, vilket leder till märkbara färgband och brist på livfullhet på CRT.
Bärbarhetsbehov:Vi ville använda en bärbar dator istället för en stationär, vilket begränsade våra alternativ till ett USB-gränssnitt snarare än ett PCI-e-kort.

Dessa begränsningar underströk behovet av en anpassad lösning som kunde producera vilken upplösning vi önskade samtidigt som färgdjupet förbättrades. Genom att skapa vår egen adapter kunde vi säkerställa att CRT utnyttjades till sin fulla potential, vilket ger en rikare spelupplevelse.

För de som inte är bekanta med CRT-teknik är det viktigt att förstå att dessa skärmar fungerar annorlunda än moderna LCD- eller LED-skärmar. CRT kräver specifika timing- och signalformat för att producera bilder, vilket är anledningen till att generiska adaptrar ofta kommer till korta. Målet med vårt projekt var att skräddarsy vår lösning för att möta dessa unika behov.

Vad är VGA och hur fungerar det?

VGA, eller Video Graphics Array, är ett signaleringsprotokoll som nära efterliknar hur en CRT fungerar. Inuti en CRT representerar tre elektronkanoner de röda, gröna och blå färgerna som kombineras för att skapa hela spektrat av nyanser. Elektromagneter i rörets hals styr elektronstrålen för att rita bilder linje för linje. Denna process är avgörande för att producera de bilder vi ser på skärmen.

För att effektivt kommunicera med CRT:n skickar VGA-anslutningen analoga signaler för varje färgkanal tillsammans med horisontella (HSYNC) och vertikala (VSYNC) synkroniseringssignaler. Här är en kort översikt över dessa komponenter:

Viktiga krav för CRT-adapter

🖥️

Icke-standardiserad upplösning
Stöder 336x262 pixlar

🎨

Färgdjup
Kräver 24-bitars färgutdata

💻

USB-gränssnitt
Kompatibel med bärbara datorer

🔌

JAMMA-kontakt
Standard för arkadanslutningar

🔧

Anpassad lösning
Bygg för att passa unika behov

R, G, B Signaler:Dessa signaler styr intensiteten av de röda, gröna och blå färgerna som visas på skärmen. Varje färgkanal måste justeras exakt för att uppnå önskad färgeffekt.
HSYNC-signal:Denna signal synkroniserar den horisontella avsökningen av elektronstrålen. Den indikerar när strålen ska starta en ny linje.
VSYNC-signal:Denna signal hanterar den vertikala skanningen, vilket gör att CRT:n vet när den ska gå till nästa bildruta. Den indikerar när man ska börja rita en ny ram.

Synkroniseringen säkerställer att bilden visas korrekt och utan förvrängning. Om dessa signaler inte är korrekt tidsinställda kan bilden bli feljusterad, vilket leder till att den flimrar eller går sönder. Allt vi behöver är dessa signaler som körs vid exakta tidpunkter, vilket låter enkelt men kan vara svårt att implementera korrekt.

Dessutom är det viktigt att förstå VGA-standarder för alla som vill arbeta med CRT-teknik. VGA-specifikationen beskriver timing och spänningsnivåer för signaler, som varierar beroende på upplösning och uppdateringsfrekvens. Därför kommer förtrogenhet med dessa specifikationer att vara till stor hjälp för framgångsrik implementering.

Första försöket: Använda RP2040:s PIO

Raspberry Pi RP2040 är en fantastisk mikrokontroller som erbjuder mycket potential för projekt som vårt. Det är prisvärt och kommer packat med funktioner, inklusive ett PIO-system (Programmable Input/Output), som är perfekt för våra behov. PIO låter dig skriva assembly-liknande kod som körs i en exakt cykel, vilket gör den idealisk för att skapa anpassade protokoll som VGA.

Här är en uppdelning av PIO:s fördelar:

Kostnadseffektiv:För cirka $1 är RP2040 ett ekonomiskt val för både amatörer och utvecklare.
Effektiv bearbetning:Med 264 KB RAM-minne kan den hantera flera uppgifter samtidigt, vilket är avgörande för att generera VGA-signaler.
Anpassningsbarhet:PIO möjliggör exakt kontroll över GPIO-stift, vilket möjliggör modulering av VGA-signaler efter behov.

Här är en glimt av hur vår PIO-kod såg ut:

// VGA-timing
// 1. Låg för 336 pixlar
// 2. Hög för 30 pixlar
// 3. Låg för 34 pixlar
// 4. Upprepa

Koden designades för att generera den nödvändiga timingen för VGA-signalerna. Genom att utnyttja styrkorna hos RP2040, strävade vi efter att skapa en pålitlig och effektiv VGA-utgång som kunde justeras efter behov för olika upplösningar.

En av de viktigaste utmaningarna vi stod inför var att se till att tidpunkten mellan signalerna var exakt. Eventuella förseningar kan resultera i visuella artefakter på skärmen. Därför var testning och iteration av koden en avgörande del av utvecklingsprocessen.

Komponenter som behövs för projektet

Innan vi börjar bygga, låt oss samla de nödvändiga komponenterna. Att ha rätt verktyg och delar kommer att göra processen mycket smidigare. Här är en lista över vad du behöver:

Raspberry PiRP2040:Denna mikrokontroller kommer att fungera som hjärtat i vårt projekt och hantera all signalbehandling.
JAMMA till VGA-omvandlare:Denna omvandlare kommer att ansluta CRT till Raspberry Pi, vilket möjliggör kommunikation mellan de två.
USB-gränssnitt:För kommunikation med en bärbar dator eller dator, så att vi kan skicka kommandon och ta emot data.
Strömförsörjning:För att driva Raspberry Pi och eventuell kringutrustning, se till att allt fungerar smidigt.
Kablar och brödbräda:För prototypframställning och sammankoppling av komponenter, vilket förenklar monteringsprocessen.

När du har alla komponenter kan du börja montera bildskärmsadaptern! Se till att dubbelkolla att du har alla nödvändiga verktyg och komponenter innan du börjar för att undvika avbrott under byggprocessen.

Anslutning av komponenterna

Med alla delar redo är det dags att koppla ihop allt. Följ dessa steg för att ställa in din bildskärmsadapter:

Anslut Raspberry Pi RP2040 till brödbrädan. Se till att ström- och jordstiften är korrekt anslutna.
Anslut JAMMA-kontakten till VGA-omvandlaren och se till att följa pinout-specifikationerna för båda komponenterna.
Anslut USB-gränssnittet till Raspberry Pi för att underlätta kommunikationen med datorn.
Se till att alla anslutningar är säkra och ordentligt isolerade för att förhindra kortslutning eller frånkoppling.

När allt är anslutet kan du börja programmera RP2040 för att generera VGA-signaler. Denna kod kommer att styra hur bilderna visas på CRT. Var noggrann med dina kablar och dubbelkolla varje anslutning för att undvika problem under testning.

Steg för att bygga CRT-adapter

Bedöm krav

Identifiera behov av upplösning och färg

Välj Komponenter

Välj lämpliga hårdvarudelar

Design krets

Skapa schema för anslutningar

Montera adapter

Sätt ihop hårdvarukomponenter

Testa funktionalitet

Säkerställ korrekt visning på CRT

Det är också bra att skapa ett schematiskt diagram över dina anslutningar. Detta kan fungera som en referens vid felsökning och hjälpa dig att visualisera hela systemet.

Programmering av RP2040 för VGA-utgång

Nu kommer den roliga delen: programmering av RP2040! Målet är att skapa ett program som skickar rätt timing för VGA-signalerna. Detta involverar generering av exakt timing för R-, G-, B-, HSYNC- och VSYNC-signalerna. Om du inte är bekant med att programmera mikrokontroller, oroa dig inte; vi går igenom grunderna.

Här är ett förenklat kodavsnitt för att illustrera hur du kan ställa in detta:

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

void loop() {
  // Ställ in färger och synkroniseringssignaler
  digitalWrite(R_PIN, HIGH);
  digitalWrite(G_PIN, LOW);
  digitalWrite(B_PIN, HIGH);
  // Generera HSYNC- och VSYNC-signaler
}

Detta är bara en grundläggande struktur, men det ger dig en uppfattning om hur du ska börja. Du måste justera timingen och signalerna baserat på dina specifika krav, såsom upplösningen och uppdateringsfrekvensen du vill uppnå.

För nybörjare kan det vara användbart att titta på bibliotek eller befintliga projekt som kan hjälpa till att förenkla en del av programmeringen. Onlinegemenskaper och forum kan också vara ovärderliga resurser för felsökning och råd.

Testning och felsökning

När din kod är klar är det dags att testa din installation. Anslut adaptern till din CRT och sätt på allt. Om allt går bra bör du se bilder som visas på skärmen! Men saker och ting kanske inte fungerar perfekt vid första försöket. Här är några vanliga problem du kan stöta på:

Ingen skärm:Kontrollera dina anslutningar och se till att strömförsörjningen fungerar. En lös anslutning kan hindra CRT från att ta emot signaler.
Förvrängd bild:Justera timingen i din kod för att säkerställa synkronisering. Om HSYNC- eller VSYNC-signalerna är avstängda kan bilden se skev ut.
Färgproblem:Kontrollera att R-, G- och B-signalerna är korrekt anslutna och programmerade. Felaktiga färgsignaler kan leda till felaktig färgrepresentation.

Bli inte avskräckt om saker och ting inte fungerar direkt. Felsökning är en del av processen! Ha en anteckningsbok till hands för att anteckna eventuella ändringar du gör, eftersom det kan hjälpa till att spåra vilka lösningar som fungerade och vilka som inte gjorde det.

Dessutom, överväg att testa med olika upplösningar och uppdateringsfrekvenser för att se hur CRT svarar. Detta kan ge insikt i gränserna för din installation och hjälpa till att förfina ditt tillvägagångssätt.

Slutsats: Väck retrogaming tillbaka till livet

Bygga a24-bitars arkad CRT-skärmadapterär inte bara ett roligt projekt; det är ett sätt att koppla modern teknik med klassiskt spelande. Genom att följa stegen som beskrivs i den här guiden kan du skapa en adapter som förbättrar din spelupplevelse på en CRT-skärm. Detta projekt låter dig uppskatta krångligheterna med både vintageteknik och moderna mikrokontroller.

Kom ihåg att nyckelkomponenterna är en Raspberry Pi RP2040, en JAMMA-kontakt och ett USB-gränssnitt. Med lite programmering och felsökning kommer du att återuppliva din arkadmaskin!

Redo att komma igång? Samla dina komponenter och dyk in i en värld av retrospel. För dem som är intresserade av att ytterligare förbättra sina tekniska färdigheter, kolla in vårkomplett binär översättningsguide!