ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับอาคารกจอแสดงผลซีอาร์ทีอะแดปเตอร์

ในโลกของการเล่นเกมย้อนยุค มีบางสิ่งที่ปลุกเร้าความคิดถึงได้มากเท่ากับจอแสดงผล CRT แบบคลาสสิก หน้าจอแบบเก่าเหล่านี้เป็นส่วนสำคัญของประสบการณ์การเล่นเกมอาร์เคดแนววินเทจ หากคุณเคยต้องการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์สมัยใหม่เข้ากับเครื่องอาร์เคด แสดงว่าคุณมาถูกที่แล้ว ในคู่มือนี้ เราจะสำรวจวิธีสร้างแบบกำหนดเองอะแดปเตอร์แสดงผล CRT อาร์เคด 24 บิตที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ผ่าน USB โปรเจ็กต์นี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเติมชีวิตชีวาให้กับเครื่องอาร์เคดคลาสสิกพร้อมทั้งปรับปรุงคุณภาพของภาพ

ทำความเข้าใจข้อกำหนดการแสดงผล CRT

CRT ที่ใช้ใน RCade มีตัวเชื่อมต่อ JAMMA ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับเกมอาร์เคดที่ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อส่วนประกอบต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย อะแดปเตอร์ VGA มาตรฐานไม่เพียงพอ นี่คือเหตุผล:

ความละเอียดที่ไม่ได้มาตรฐาน:CRT ทำงานที่ความละเอียดที่ไม่ได้มาตรฐาน 336x262 พิกเซล การ์ดแสดงผลจำนวนมากไม่สามารถรองรับความละเอียดดังกล่าวได้ ซึ่งมักจะมีค่าเริ่มต้นอยู่ที่ 640x480 หรือสูงกว่า
ข้อจำกัดความลึกของสี:Raspberry Pi ที่เราใช้ในตอนแรกรองรับเฉพาะสี 18 บิต ทำให้เกิดแถบสีที่เห็นได้ชัดเจนและ CRT ขาดความมีชีวิตชีวา
ความต้องการในการพกพา:เราต้องการใช้แล็ปท็อปแทนเดสก์ท็อป ซึ่งจำกัดตัวเลือกของเราไว้เฉพาะอินเทอร์เฟซ USB แทนที่จะเป็นการ์ด PCI-e

ข้อจำกัดเหล่านี้เน้นย้ำถึงความต้องการโซลูชันแบบกำหนดเองที่สามารถแสดงความละเอียดใดๆ ที่เราต้องการในขณะที่ปรับปรุงความลึกของสี ด้วยการสร้างอะแดปเตอร์ของเราเอง เราสามารถมั่นใจได้ว่า CRT ถูกใช้อย่างเต็มศักยภาพ และมอบประสบการณ์การเล่นเกมที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น

สำหรับผู้ที่ไม่คุ้นเคยกับเทคโนโลยี CRT จำเป็นต้องเข้าใจว่าจอแสดงผลเหล่านี้ทำงานแตกต่างจากหน้าจอ LCD หรือ LED สมัยใหม่ CRT ต้องการเวลาและรูปแบบสัญญาณเฉพาะเพื่อสร้างภาพ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมอะแดปเตอร์ทั่วไปจึงขาดตลาด เป้าหมายของโครงการของเราคือการปรับแต่งโซลูชันของเราให้ตรงตามความต้องการเฉพาะเหล่านี้

VGA คืออะไรและทำงานอย่างไร?

VGA หรือ Video Graphics Array เป็นโปรโตคอลการส่งสัญญาณที่เลียนแบบวิธีการทำงานของ CRT อย่างใกล้ชิด ภายใน CRT ปืนอิเล็กตรอนสามกระบอกเป็นตัวแทนของสีแดง เขียว และน้ำเงินที่รวมกันเพื่อสร้างเฉดสีที่สมบูรณ์ แม่เหล็กไฟฟ้าที่คอของท่อจะบังคับลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อวาดภาพทีละบรรทัด กระบวนการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตภาพที่เราเห็นบนหน้าจอ

เพื่อสื่อสารกับ CRT อย่างมีประสิทธิภาพ การเชื่อมต่อ VGA จะส่งสัญญาณอะนาล็อกสำหรับแต่ละช่องสีพร้อมกับสัญญาณการซิงโครไนซ์แนวนอน (HSYNC) และแนวตั้ง (VSYNC) ต่อไปนี้เป็นภาพรวมโดยย่อของส่วนประกอบเหล่านี้:

ข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับอะแดปเตอร์ CRT

🖥️

ความละเอียดที่ไม่ได้มาตรฐาน
รองรับ 336x262 พิกเซล

🎨

ความลึกของสี
ต้องใช้เอาต์พุตสี 24 บิต

💻

อินเตอร์เฟซ USB
เข้ากันได้กับแล็ปท็อป

🔌

ตัวเชื่อมต่อ JAMMA
มาตรฐานสำหรับการเชื่อมต่ออาร์เคด

🏍

โซลูชันที่กำหนดเอง
สร้างให้เหมาะกับความต้องการเฉพาะตัว

สัญญาณ R, G, B:สัญญาณเหล่านี้จะควบคุมความเข้มของสีแดง เขียว และน้ำเงินที่แสดงบนหน้าจอ แต่ละช่องสีต้องได้รับการปรับอย่างแม่นยำเพื่อให้ได้สีที่ต้องการ
สัญญาณ HSYNC:สัญญาณนี้จะซิงโครไนซ์การสแกนแนวนอนของลำอิเล็กตรอน ระบุว่าเมื่อใดที่ลำแสงควรเริ่มบรรทัดใหม่
สัญญาณ VSYNC:สัญญาณนี้จัดการการสแกนแนวตั้ง ทำให้ CRT รู้ว่าเมื่อใดควรย้ายไปยังเฟรมถัดไป โดยระบุว่าจะเริ่มวาดเฟรมใหม่เมื่อใด

การซิงโครไนซ์ช่วยให้มั่นใจได้ว่าภาพจะแสดงอย่างถูกต้องและไม่มีการบิดเบือน หากสัญญาณเหล่านี้กำหนดเวลาไม่ถูกต้อง รูปภาพอาจอยู่ในแนวที่ไม่ตรง ทำให้เกิดการกะพริบหรือฉีกขาดได้ สิ่งที่เราต้องมีคือสัญญาณเหล่านี้ทำงานตามเวลาที่แน่นอน ซึ่งฟังดูตรงไปตรงมาแต่อาจทำได้ยากในการใช้งานอย่างถูกต้อง

นอกจากนี้ การทำความเข้าใจมาตรฐาน VGA ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับทุกคนที่ต้องการทำงานกับเทคโนโลยี CRT ข้อมูลจำเพาะ VGA สรุประยะเวลาและระดับแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณ ซึ่งจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความละเอียดและอัตราการรีเฟรช ดังนั้นความคุ้นเคยกับข้อกำหนดเหล่านี้จะช่วยให้นำไปปฏิบัติได้สำเร็จอย่างมาก

ความพยายามครั้งแรก: การใช้ PIO ของ RP2040

Raspberry Pi RP2040 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ยอดเยี่ยมที่มีศักยภาพมากมายสำหรับโครงการเช่นเรา มีราคาไม่แพงและอัดแน่นไปด้วยคุณสมบัติต่างๆ รวมถึงระบบ Programmable Input/Output (PIO) ซึ่งเหมาะกับความต้องการของเรา PIO ช่วยให้คุณสามารถเขียนโค้ดคล้ายแอสเซมบลีที่ทำงานในรอบที่แม่นยำ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างโปรโตคอลแบบกำหนดเอง เช่น VGA

ต่อไปนี้คือรายละเอียดข้อดีของ PIO:

คุ้มค่า:ด้วยราคาประมาณ 1 ดอลลาร์ RP2040 เป็นตัวเลือกที่ประหยัดสำหรับมือสมัครเล่นและนักพัฒนา
การประมวลผลที่มีประสิทธิภาพ:ด้วย RAM ขนาด 264 KB จึงสามารถจัดการงานหลายอย่างพร้อมกันได้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการสร้างสัญญาณ VGA
ความสามารถในการปรับแต่ง:PIO ช่วยให้สามารถควบคุมพิน GPIO ได้อย่างแม่นยำ ช่วยให้สามารถปรับสัญญาณ VGA ได้ตามต้องการ

มาดูกันว่ารหัส PIO ของเรามีลักษณะอย่างไร:

// ไทม์มิ่ง VGA
// 1. ต่ำสำหรับ 336 พิกเซล
// 2. สูง 30 พิกเซล
// 3. ต่ำสำหรับ 34 พิกเซล
// 4. ทำซ้ำ

รหัสได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างจังหวะที่จำเป็นสำหรับสัญญาณ VGA ด้วยการใช้ประโยชน์จากจุดแข็งของ RP2040 เรามุ่งเป้าที่จะสร้างเอาต์พุต VGA ที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถปรับได้ตามต้องการสำหรับความละเอียดที่แตกต่างกัน

ความท้าทายหลักประการหนึ่งที่เราเผชิญคือการทำให้มั่นใจว่าช่วงเวลาระหว่างสัญญาณมีความแม่นยำ ความล่าช้าอาจส่งผลให้เกิดภาพผิดปกติบนหน้าจอ ดังนั้นการทดสอบและการวนซ้ำโค้ดจึงเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการพัฒนา

ส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับโครงการ

ก่อนที่เราจะเริ่มสร้าง เรามารวบรวมส่วนประกอบที่จำเป็นกันก่อน การมีเครื่องมือและชิ้นส่วนที่เหมาะสมจะทำให้กระบวนการราบรื่นขึ้นมาก นี่คือรายการสิ่งที่คุณต้องการ:

ราสเบอร์รี่ปี่RP2040:ไมโครคอนโทรลเลอร์นี้จะทำหน้าที่เป็นหัวใจของโครงการของเรา ในการจัดการการประมวลผลสัญญาณทั้งหมด
เครื่องมือแปลง JAMMA เป็น VGA: :ตัวแปลงนี้จะเชื่อมต่อ CRT กับ Raspberry Pi เพื่อให้สามารถสื่อสารระหว่างทั้งสองได้
อินเตอร์เฟซ USB:สำหรับการสื่อสารกับโน้ตบุ๊กหรือคอมพิวเตอร์ทำให้เราสามารถส่งคำสั่งและรับข้อมูลได้
พาวเวอร์ซัพพลาย:เพื่อจ่ายไฟให้กับ Raspberry Pi และอุปกรณ์ต่อพ่วงใดๆ เพื่อให้มั่นใจว่าทุกอย่างทำงานได้อย่างราบรื่น
สายไฟและเขียงหั่นขนม:สำหรับการสร้างต้นแบบและการเชื่อมต่อส่วนประกอบต่างๆ เข้าด้วยกัน ทำให้กระบวนการประกอบง่ายขึ้น

เมื่อคุณมีส่วนประกอบทั้งหมดแล้ว คุณสามารถเริ่มประกอบอะแดปเตอร์แสดงผลได้! ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ตรวจสอบอีกครั้งว่าคุณมีเครื่องมือและส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมดก่อนที่จะเริ่มเพื่อหลีกเลี่ยงการหยุดชะงักระหว่างกระบวนการสร้าง

การเชื่อมต่อส่วนประกอบ

เมื่อทุกชิ้นส่วนพร้อมแล้ว ก็ถึงเวลาเชื่อมต่อทุกอย่าง ทำตามขั้นตอนเหล่านี้เพื่อตั้งค่าการ์ดแสดงผลของคุณ:

เชื่อมต่อ Raspberry Pi RP2040 เข้ากับเขียงหั่นขนม ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ต่อสายไฟและพินกราวด์อย่างถูกต้อง
ต่อสายขั้วต่อ JAMMA เข้ากับตัวแปลง VGA ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ปฏิบัติตามข้อกำหนดเฉพาะของ pinout สำหรับส่วนประกอบทั้งสอง
เชื่อมต่ออินเทอร์เฟซ USB เข้ากับ Raspberry Pi เพื่ออำนวยความสะดวกในการสื่อสารกับคอมพิวเตอร์
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อทั้งหมดปลอดภัยและมีฉนวนอย่างเหมาะสมเพื่อป้องกันการลัดวงจรหรือการขาดการเชื่อมต่อ

เมื่อเชื่อมต่อทุกอย่างแล้ว คุณสามารถเริ่มโปรแกรม RP2040 เพื่อสร้างสัญญาณ VGA ได้ รหัสนี้จะควบคุมวิธีการแสดงรูปภาพบน CRT พิถีพิถันในการเดินสายไฟและตรวจสอบการเชื่อมต่อแต่ละจุดอีกครั้งเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาระหว่างการทดสอบ

ขั้นตอนในการสร้างอะแดปเตอร์ CRT

ประเมินข้อกำหนด

ระบุความต้องการความละเอียดและสี

เลือกส่วนประกอบ

เลือกชิ้นส่วนฮาร์ดแวร์ที่เหมาะสม

การออกแบบวงจร

สร้างแผนผังสำหรับการเชื่อมต่อ

ประกอบอแดปเตอร์

รวบรวมส่วนประกอบฮาร์ดแวร์เข้าด้วยกัน

ทดสอบการทำงาน

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการแสดงผลที่เหมาะสมบน CRT

การสร้างแผนผังการเชื่อมต่อของคุณก็มีประโยชน์เช่นกัน ข้อมูลนี้สามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงระหว่างการแก้ไขปัญหาและช่วยให้คุณเห็นภาพทั้งระบบ

การเขียนโปรแกรม RP2040 สำหรับเอาต์พุต VGA

มาถึงส่วนที่สนุกแล้ว: การเขียนโปรแกรม RP2040! เป้าหมายคือการสร้างโปรแกรมที่ส่งสัญญาณกำหนดเวลาที่ถูกต้องสำหรับสัญญาณ VGA สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการสร้างจังหวะเวลาที่แม่นยำสำหรับสัญญาณ R, G, B, HSYNC และ VSYNC หากคุณไม่คุ้นเคยกับการเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ก็ไม่ต้องกังวล เราจะแนะนำคุณเกี่ยวกับพื้นฐานต่างๆ

ต่อไปนี้เป็นข้อมูลโค้ดที่เรียบง่ายเพื่อแสดงให้เห็นว่าคุณอาจตั้งค่านี้อย่างไร:

การตั้งค่าเป็นโมฆะ () {
  // เริ่มต้นสัญญาณ VGA
  pinMode(R_PIN, เอาท์พุต);
  pinMode(G_PIN, เอาท์พุต);
  pinMode(B_PIN, เอาท์พุต);
  pinMode(HSYNC_PIN, เอาต์พุต);
  pinMode(VSYNC_PIN, เอาท์พุต);
}

เป็นโมฆะวน() {
  // ตั้งค่าสีและสัญญาณการซิงโครไนซ์
  digitalWrite(R_PIN, สูง);
  digitalWrite(G_PIN, ต่ำ);
  digitalWrite(B_PIN, สูง);
  // สร้างสัญญาณ HSYNC และ VSYNC
}

นี่เป็นเพียงโครงสร้างพื้นฐาน แต่ช่วยให้คุณมีแนวคิดในการเริ่มต้นได้ คุณจะต้องปรับเวลาและสัญญาณตามความต้องการเฉพาะของคุณ เช่น ความละเอียดและอัตราการรีเฟรชที่คุณตั้งเป้าไว้

สำหรับผู้เริ่มต้น การพิจารณาห้องสมุดหรือโปรเจ็กต์ที่มีอยู่ซึ่งอาจช่วยลดความซับซ้อนของการเขียนโปรแกรมบางอย่างอาจเป็นประโยชน์ ชุมชนและฟอรัมออนไลน์ยังเป็นแหล่งข้อมูลอันล้ำค่าสำหรับการแก้ไขปัญหาและคำแนะนำ

การทดสอบและการแก้ไขปัญหา

เมื่อโค้ดของคุณพร้อมแล้ว ก็ถึงเวลาทดสอบการตั้งค่าของคุณ เชื่อมต่ออะแดปเตอร์เข้ากับ CRT ของคุณและเติมพลังให้กับทุกสิ่ง หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดีคุณจะเห็นภาพปรากฏบนหน้าจอ! อย่างไรก็ตาม สิ่งต่างๆ อาจทำงานได้ไม่สมบูรณ์ในการลองครั้งแรก ต่อไปนี้คือปัญหาทั่วไปบางประการที่คุณอาจพบ:

ไม่มีจอแสดงผล:ตรวจสอบการเชื่อมต่อของคุณและให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟทำงาน การเชื่อมต่อที่หลวมอาจทำให้ CRT รับสัญญาณไม่ได้
ภาพที่บิดเบี้ยว:ปรับระยะเวลาในโค้ดของคุณเพื่อให้แน่ใจว่ามีการซิงโครไนซ์กัน หากสัญญาณ HSYNC หรือ VSYNC ปิดอยู่ รูปภาพอาจดูบิดเบี้ยว
ปัญหาสี:ตรวจสอบว่าสัญญาณ R, G และ B ได้รับการต่อสายและตั้งโปรแกรมไว้อย่างถูกต้อง สัญญาณสีที่ไม่ถูกต้องอาจนำไปสู่การแสดงสีที่ไม่ถูกต้อง

อย่าท้อแท้หากสิ่งต่างๆ ไม่ได้ผลในทันที การแก้ไขปัญหาเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการ! เตรียมสมุดบันทึกไว้ใกล้มือเพื่อจดบันทึกการเปลี่ยนแปลงที่คุณทำ เนื่องจากจะช่วยติดตามว่าโซลูชันใดใช้ได้ผลและวิธีใดใช้ไม่ได้

นอกจากนี้ ให้ลองทดสอบด้วยความละเอียดและอัตราการรีเฟรชที่แตกต่างกันเพื่อดูว่า CRT ตอบสนองอย่างไร ข้อมูลนี้สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับขีดจำกัดของการตั้งค่าและช่วยปรับปรุงแนวทางของคุณ

บทสรุป: นำเกมย้อนยุคกลับมามีชีวิตอีกครั้ง

อาคารกอะแดปเตอร์แสดงผล CRT อาร์เคด 24 บิตไม่ใช่แค่โปรเจ็กต์ที่สนุกเท่านั้น เป็นวิธีการเชื่อมต่อเทคโนโลยีสมัยใหม่กับเกมคลาสสิค ด้วยการทำตามขั้นตอนที่ระบุไว้ในคู่มือนี้ คุณสามารถสร้างอะแดปเตอร์ที่ปรับปรุงประสบการณ์การเล่นเกมของคุณบนจอแสดงผล CRT โปรเจ็กต์นี้ช่วยให้คุณได้ชื่นชมความซับซ้อนของเทคโนโลยีโบราณและไมโครคอนโทรลเลอร์สมัยใหม่

โปรดจำไว้ว่าส่วนประกอบหลักคือ Raspberry Pi RP2040, ตัวเชื่อมต่อ JAMMA และอินเทอร์เฟซ USB ด้วยการเขียนโปรแกรมและการแก้ไขปัญหา คุณจะทำให้เครื่องอาร์เคดของคุณกลับมามีชีวิตอีกครั้ง!

พร้อมที่จะเริ่มต้นหรือยัง? รวบรวมส่วนประกอบของคุณและดำดิ่งสู่โลกแห่งเกมย้อนยุค สำหรับผู้ที่สนใจพัฒนาทักษะด้านเทคโนโลยีเพิ่มเติม โปรดดูของเราคู่มือการแปลไบนารีฉบับสมบูรณ์!