Giới thiệu về Xây dựng mộtMàn hình CRTBộ chuyển đổi

Trong thế giới trò chơi cổ điển, hiếm có thứ gì gợi lên nhiều hoài niệm như màn hình CRT cổ điển. Những màn hình cổ điển này là một phần không thể thiếu trong trải nghiệm chơi các trò chơi điện tử cổ điển. Nếu bạn từng muốn kết nối một máy tính hiện đại với máy arcade thì bạn đã đến đúng nơi. Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ khám phá cách tạo một tùy chỉnhBộ điều hợp màn hình CRT arcade 24-bitgiao tiếp với máy tính qua USB. Dự án này nhằm mục đích thổi sức sống mới vào các máy arcade cổ điển đồng thời nâng cao chất lượng hình ảnh.

Hiểu các yêu cầu về màn hình CRT

CRT được sử dụng trong RCade có đầu nối JAMMA, tiêu chuẩn dành cho trò chơi điện tử cho phép kết nối dễ dàng nhiều thành phần khác nhau. Một bộ chuyển đổi VGA tiêu chuẩn sẽ không đủ. Đây là lý do tại sao:

Độ phân giải không chuẩn:CRT hoạt động ở độ phân giải không chuẩn 336x262 pixel. Nhiều bộ điều hợp hiển thị không thể xử lý các độ phân giải như vậy, thường được mặc định là 640x480 trở lên.
Giới hạn độ sâu màu:Raspberry Pi ban đầu chúng tôi sử dụng chỉ hỗ trợ màu 18 bit, dẫn đến dải màu đáng chú ý và thiếu độ sống động trên CRT.
Nhu cầu về tính di động:Chúng tôi muốn sử dụng máy tính xách tay thay vì máy tính để bàn, điều này đã giới hạn các tùy chọn của chúng tôi ở giao diện USB thay vì thẻ PCI-e.

Những hạn chế này nhấn mạnh sự cần thiết của một giải pháp tùy chỉnh có thể tạo ra bất kỳ độ phân giải nào mà chúng tôi mong muốn đồng thời cải thiện độ sâu màu. Bằng cách tạo bộ chuyển đổi của riêng mình, chúng tôi có thể đảm bảo rằng CRT được tận dụng hết tiềm năng của nó, mang lại trải nghiệm chơi game phong phú hơn.

Đối với những người không quen thuộc với công nghệ CRT, điều cần thiết là phải hiểu rằng những màn hình này hoạt động khác với màn hình LCD hoặc LED hiện đại. CRT yêu cầu định dạng tín hiệu và thời gian cụ thể để tạo ra hình ảnh, đó là lý do tại sao các bộ điều hợp thông thường thường thiếu. Mục tiêu của dự án của chúng tôi là điều chỉnh giải pháp của chúng tôi để đáp ứng những nhu cầu đặc biệt này.

VGA là gì và nó hoạt động như thế nào?

VGA, hay Video Graphics Array, là một giao thức báo hiệu mô phỏng gần giống cách hoạt động của CRT. Bên trong màn hình CRT, ba súng điện tử đại diện cho các màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam kết hợp với nhau để tạo ra quang phổ màu sắc đầy đủ. Nam châm điện ở cổ ống điều khiển chùm tia điện tử để vẽ hình ảnh theo từng đường thẳng. Quá trình này rất quan trọng để tạo ra hình ảnh mà chúng ta nhìn thấy trên màn hình.

Để giao tiếp hiệu quả với CRT, kết nối VGA sẽ gửi tín hiệu analog cho từng kênh màu cùng với tín hiệu đồng bộ ngang (HSYNC) và dọc (VSYNC). Dưới đây là tổng quan ngắn gọn về các thành phần này:

Yêu cầu chính đối với Bộ điều hợp CRT

🖥️

Độ phân giải không chuẩn
Hỗ trợ 336x262 pixel

🎨

Độ sâu màu
Yêu cầu đầu ra màu 24-bit

💻

Giao diện USB
Tương thích với máy tính xách tay

🔌

Đầu nối JAMMA
Tiêu chuẩn cho kết nối arcade

🔧

Giải pháp tùy chỉnh
Xây dựng để phù hợp với nhu cầu riêng biệt

Tín hiệu R, G, B:Các tín hiệu này kiểm soát cường độ của các màu đỏ, lục và lam hiển thị trên màn hình. Mỗi kênh màu phải được điều chỉnh chính xác để đạt được màu sắc mong muốn.
Tín hiệu HSYNC:Tín hiệu này đồng bộ hóa quá trình quét ngang của chùm tia điện tử. Nó cho biết khi nào chùm tia sẽ bắt đầu một dòng mới.
Tín hiệu VSYNC:Tín hiệu này quản lý quá trình quét dọc, cho phép CRT biết khi nào cần chuyển sang khung hình tiếp theo. Nó cho biết khi nào bắt đầu vẽ một khung mới.

Việc đồng bộ hóa đảm bảo hình ảnh được hiển thị chính xác và không bị biến dạng. Nếu những tín hiệu này không được định thời chính xác, hình ảnh có thể bị lệch, dẫn đến hiện tượng nhấp nháy hoặc rách hình. Tất cả những gì chúng ta cần là những tín hiệu này chạy ở thời điểm chính xác, nghe có vẻ đơn giản nhưng có thể khó thực hiện chính xác.

Hơn nữa, việc hiểu rõ các tiêu chuẩn VGA là điều cần thiết đối với bất kỳ ai muốn làm việc với công nghệ CRT. Thông số kỹ thuật của VGA nêu rõ mức thời gian và điện áp cho tín hiệu, các mức này khác nhau tùy thuộc vào độ phân giải và tốc độ làm mới. Vì vậy, việc làm quen với các thông số kỹ thuật này sẽ hỗ trợ rất nhiều cho việc triển khai thành công.

Lần thử đầu tiên: Sử dụng PIO của RP2040

Raspberry Pi RP2040 là một bộ vi điều khiển tuyệt vời mang lại nhiều tiềm năng cho các dự án như của chúng tôi. Nó có giá cả phải chăng và được trang bị nhiều tính năng, bao gồm hệ thống Đầu vào/Đầu ra có thể lập trình (PIO), hoàn hảo cho nhu cầu của chúng tôi. PIO cho phép bạn viết mã giống như tập hợp thực thi theo một chu trình chính xác, khiến nó trở nên lý tưởng để tạo các giao thức tùy chỉnh như VGA.

Dưới đây là bảng phân tích các ưu điểm của PIO:

Hiệu quả về chi phí:Với mức giá khoảng 1 USD, RP2040 là một lựa chọn tiết kiệm cho những người có sở thích cũng như nhà phát triển.
Xử lý hiệu quả:Với RAM 264 KB, nó có thể xử lý đồng thời nhiều tác vụ, điều này rất quan trọng để tạo tín hiệu VGA.
Khả năng tùy chỉnh:PIO cho phép điều khiển chính xác các chân GPIO, cho phép điều chế tín hiệu VGA khi cần thiết.

Dưới đây là một cái nhìn thoáng qua về mã PIO của chúng tôi trông như thế nào:

// Định thời VGA
// 1. Thấp cho 336 pixel
// 2. Cao cho 30 pixel
// 3. Thấp cho 34 pixel
// 4. Lặp lại

Mã này được thiết kế để tạo ra thời gian cần thiết cho tín hiệu VGA. Bằng cách tận dụng những điểm mạnh của RP2040, chúng tôi mong muốn tạo ra đầu ra VGA đáng tin cậy và hiệu quả, có thể điều chỉnh khi cần cho các độ phân giải khác nhau.

Một trong những thách thức chính mà chúng tôi gặp phải là đảm bảo rằng thời gian giữa các tín hiệu là chính xác. Bất kỳ sự chậm trễ nào cũng có thể dẫn đến hiện tượng giả hình trên màn hình. Do đó, việc kiểm tra và lặp lại mã là một phần quan trọng của quá trình phát triển.

Các thành phần cần thiết cho dự án

Trước khi bắt đầu xây dựng, hãy thu thập các thành phần cần thiết. Có các công cụ và bộ phận phù hợp sẽ giúp quá trình diễn ra suôn sẻ hơn nhiều. Dưới đây là danh sách những gì bạn cần:

Raspberry PiRP2040:Bộ vi điều khiển này sẽ đóng vai trò là trung tâm của dự án của chúng tôi, xử lý tất cả quá trình xử lý tín hiệu.
Bộ chuyển đổi JAMMA sang VGA:Bộ chuyển đổi này sẽ kết nối CRT với Raspberry Pi, cho phép giao tiếp giữa hai thiết bị.
Giao diện USB:Để liên lạc với máy tính xách tay hoặc máy tính, cho phép chúng tôi gửi lệnh và nhận dữ liệu.
Nguồn điện:Để cấp nguồn cho Raspberry Pi và mọi thiết bị ngoại vi, đảm bảo mọi thứ hoạt động trơn tru.
Dây điện và Breadboard:Để tạo mẫu và kết nối các thành phần với nhau, đơn giản hóa quá trình lắp ráp.

Sau khi có tất cả các thành phần, bạn có thể bắt đầu lắp ráp bộ điều hợp màn hình! Đảm bảo kiểm tra kỹ xem bạn có tất cả các công cụ và thành phần cần thiết hay không trước khi bắt đầu để tránh bị gián đoạn trong quá trình xây dựng.

Kết nối các thành phần

Với tất cả các bộ phận đã sẵn sàng, đã đến lúc kết nối mọi thứ. Hãy làm theo các bước sau để thiết lập bộ điều hợp hiển thị của bạn:

Kết nối Raspberry Pi RP2040 với bảng mạch bánh mì. Đảm bảo rằng các chân nguồn và nối đất được nối dây chính xác.
Đấu dây đầu nối JAMMA vào bộ chuyển đổi VGA, đảm bảo tuân theo các thông số kỹ thuật sơ đồ chân cho cả hai thành phần.
Kết nối giao diện USB với Raspberry Pi để hỗ trợ giao tiếp với máy tính.
Đảm bảo tất cả các kết nối đều chắc chắn và được cách điện đúng cách để tránh đoản mạch hoặc ngắt kết nối.

Sau khi mọi thứ được kết nối, bạn có thể bắt đầu lập trình RP2040 để tạo tín hiệu VGA. Mã này sẽ kiểm soát cách hiển thị hình ảnh trên CRT. Hãy tỉ mỉ trong hệ thống dây điện của bạn và kiểm tra kỹ từng kết nối để tránh sự cố trong quá trình thử nghiệm.

Các bước xây dựng bộ điều hợp CRT

Đánh giá yêu cầu

Xác định nhu cầu về độ phân giải và màu sắc

Chọn thành phần

Chọn bộ phận phần cứng phù hợp

Mạch thiết kế

Tạo sơ đồ kết nối

Lắp ráp bộ chuyển đổi

Kết hợp các thành phần phần cứng

Kiểm tra chức năng

Đảm bảo hiển thị đúng trên CRT

Việc tạo sơ đồ kết nối của bạn cũng rất hữu ích. Điều này có thể dùng làm tài liệu tham khảo trong quá trình khắc phục sự cố và giúp bạn hình dung toàn bộ hệ thống.

Lập trình RP2040 cho đầu ra VGA

Bây giờ đến phần thú vị: lập trình RP2040! Mục đích là tạo ra một chương trình gửi thời gian chính xác cho tín hiệu VGA. Điều này liên quan đến việc tạo ra thời gian chính xác cho tín hiệu R, G, B, HSYNC và VSYNC. Nếu bạn không quen với việc lập trình bộ vi điều khiển, đừng lo lắng; chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn những điều cơ bản.

Đây là đoạn mã đơn giản hóa để minh họa cách bạn có thể thiết lập điều này:

thiết lập trống () {
  // Khởi tạo tín hiệu VGA
  pinMode(R_PIN, OUTPUT);
  pinMode(G_PIN, OUTPUT);
  pinMode(B_PIN, OUTPUT);
  pinMode(HSYNC_PIN, OUTPUT);
  pinMode(VSYNC_PIN, OUTPUT);
}

vòng lặp trống () {
  // Đặt màu sắc và tín hiệu đồng bộ
  digitalWrite(R_PIN, CAO);
  digitalWrite(G_PIN, THẤP);
  digitalWrite(B_PIN, CAO);
  // Tạo tín hiệu HSYNC và VSYNC
}

Đây chỉ là cấu trúc cơ bản nhưng nó cho bạn ý tưởng về cách bắt đầu. Bạn sẽ cần điều chỉnh thời gian và tín hiệu dựa trên yêu cầu cụ thể của mình, chẳng hạn như độ phân giải và tốc độ làm mới mà bạn mong muốn đạt được.

Đối với người mới bắt đầu, việc xem xét các thư viện hoặc dự án hiện có có thể giúp đơn giản hóa một số chương trình có thể hữu ích. Các cộng đồng và diễn đàn trực tuyến cũng có thể là nguồn tài nguyên vô giá để khắc phục sự cố và tư vấn.

Kiểm tra và khắc phục sự cố

Khi mã của bạn đã sẵn sàng, đã đến lúc kiểm tra thiết lập của bạn. Kết nối bộ chuyển đổi với CRT của bạn và cấp nguồn cho mọi thứ. Nếu mọi việc suôn sẻ, bạn sẽ thấy hình ảnh hiển thị trên màn hình! Tuy nhiên, mọi thứ có thể không hoạt động hoàn hảo trong lần thử đầu tiên. Dưới đây là một số vấn đề phổ biến bạn có thể gặp phải:

Không hiển thị:Kiểm tra các kết nối của bạn và đảm bảo nguồn điện đang hoạt động. Kết nối lỏng lẻo có thể ngăn CRT nhận tín hiệu.
Hình ảnh bị biến dạng:Điều chỉnh thời gian trong mã của bạn để đảm bảo đồng bộ hóa. Nếu tín hiệu HSYNC hoặc VSYNC tắt, hình ảnh có thể bị lệch.
Vấn đề về màu sắc:Xác minh rằng tín hiệu R, G và B được nối dây và lập trình chính xác. Tín hiệu màu không chính xác có thể dẫn đến biểu diễn màu không chính xác.

Đừng nản lòng nếu mọi việc không suôn sẻ ngay lập tức. Khắc phục sự cố là một phần của quá trình! Giữ một cuốn sổ tay để ghi lại bất kỳ thay đổi nào bạn thực hiện, vì điều này có thể giúp theo dõi giải pháp nào hiệu quả và giải pháp nào không.

Ngoài ra, hãy cân nhắc thử nghiệm với các độ phân giải và tốc độ làm mới khác nhau để xem CRT phản hồi như thế nào. Điều này có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về các giới hạn trong thiết lập của bạn và giúp tinh chỉnh cách tiếp cận của bạn.

Kết luận: Đưa trò chơi cổ điển trở lại cuộc sống

Xây dựng mộtBộ điều hợp màn hình CRT arcade 24-bitkhông chỉ là một dự án thú vị; đó là cách kết nối công nghệ hiện đại với trò chơi cổ điển. Bằng cách làm theo các bước được nêu trong hướng dẫn này, bạn có thể tạo bộ điều hợp giúp nâng cao trải nghiệm chơi trò chơi của mình trên màn hình CRT. Dự án này cho phép bạn đánh giá cao sự phức tạp của cả công nghệ cổ điển và bộ vi điều khiển hiện đại.

Hãy nhớ rằng các thành phần chính là Raspberry Pi RP2040, đầu nối JAMMA và giao diện USB. Với một số chương trình và khắc phục sự cố, bạn sẽ làm cho máy arcade của mình hoạt động trở lại!

Sẵn sàng để bắt đầu? Tập hợp các thành phần của bạn và hòa mình vào thế giới trò chơi cổ điển. Đối với những người quan tâm đến việc nâng cao hơn nữa kỹ năng công nghệ của mình, hãy xemhướng dẫn dịch nhị phân hoàn chỉnh!