构建一个简介显像管显示器适配器

在复古游戏的世界里，很少有东西能像经典的 CRT 显示器那样唤起人们的怀旧之情。这些老式屏幕是玩老式街机游戏体验不可或缺的一部分。如果您曾经想将现代计算机连接到街机，那么您来对地方了。在本指南中，我们将探讨如何创建自定义24 位街机 CRT 显示适配器通过 USB 与计算机连接。该项目旨在为经典街机注入新的生命，同时提高视觉质量。

了解 CRT 显示要求

RCade 中使用的 CRT 具有 JAMMA 连接器，这是街机游戏的标准，可以轻松连接各种组件。标准 VGA 适配器是不够的。原因如下：

非标准分辨率：CRT 以 336x262 像素的非标准分辨率运行。许多显示适配器无法处理此类分辨率，通常默认为 640x480 或更高。
颜色深度限制：我们最初使用的 Raspberry Pi 仅支持 18 位颜色，导致在 CRT 上出现明显的色带并且缺乏活力。
便携性需求：我们想使用笔记本电脑而不是台式机，这将我们的选择限制为 USB 接口而不是 PCI-e 卡。

这些限制强调了对定制解决方案的需求，该解决方案可以输出我们所需的任何分辨率，同时提高颜色深度。通过创建我们自己的适配器，我们可以确保充分利用 CRT 的潜力，提供更丰富的游戏体验。

对于那些不熟悉 CRT 技术的人来说，有必要了解这些显示器的工作原理与现代 LCD 或 LED 屏幕不同。 CRT 需要特定的时序和信号格式来生成图像，这就是通用适配器常常达不到要求的原因。我们项目的目标是定制我们的解决方案以满足这些独特的需求。

什么是 VGA 及其工作原理？

VGA（即视频图形阵列）是一种非常模仿 CRT 操作方式的信号协议。在 CRT 内部，三支电子枪代表红、绿、蓝，它们结合起来形成全光谱的色调。管颈中的电磁体控制电子束，逐行绘制图像。这个过程对于生成我们在屏幕上看到的图像至关重要。

为了与 CRT 有效通信，VGA 连接发送每个颜色通道的模拟信号以及水平 (HSYNC) 和垂直 (VSYNC) 同步信号。以下是这些组件的简要概述：

CRT 适配器的关键要求

🖥️

非标准分辨率
支持 336x262 像素

🎨

颜色深度
需要 24 位颜色输出

💻

USB接口
与笔记本电脑兼容

🔌

JAMMA连接器
街机连接标准

🔧

定制解决方案
满足独特需求

R、G、B 信号：这些信号控制屏幕上显示的红色、绿色和蓝色的强度。必须精确调整每个颜色通道以获得所需的颜色输出。
水平同步信号：该信号同步电子束的水平扫描。它指示光束何时应开始新的一行。
垂直同步信号：该信号管理垂直扫描，使 CRT 知道何时移动到下一帧。它指示何时开始绘制新框架。

同步可确保图像正确显示且不失真。如果这些信号的定时不准确，图像可能会错位，导致闪烁或撕裂。我们所需要的只是这些信号在精确的时间运行，这听起来很简单，但正确实现可能很棘手。

此外，了解 VGA 标准对于任何想要使用 CRT 技术的人来说都是至关重要的。 VGA 规范概述了信号的时序和电压电平，这些时序和电压电平根据分辨率和刷新率而变化。因此，熟悉这些规范将极大地有助于成功实施。

第一次尝试：使用RP2040的PIO

Raspberry Pi RP2040 是一款出色的微控制器，为我们这样的项目提供了巨大的潜力。它价格实惠，功能齐全，包括可编程输入/输出 (PIO) 系统，非常适合我们的需求。 PIO 允许您编写以精确周期执行的类似汇编的代码，使其成为创建 VGA 等自定义协议的理想选择。

以下是 PIO 优势的详细说明：

性价比高：RP2040 的价格约为 1 美元，对于爱好者和开发人员来说是一个经济的选择。
高效处理：凭借 264 KB RAM，它可以同时处理多个任务，这对于生成 VGA 信号至关重要。
可定制性：PIO 可以精确控制 GPIO 引脚，从而根据需要调制 VGA 信号。

下面是我们的 PIO 代码的外观：

// VGA 时序
// 1. 336 像素为低
// 2. 30 像素高
// 3. 34 像素为低
// 4. 重复

该代码旨在为 VGA 信号生成必要的时序。通过利用 RP2040 的优势，我们的目标是创建可靠、高效的 VGA 输出，可以根据不同分辨率的需要进行调整。

我们面临的主要挑战之一是确保信号之间的计时精确。任何延迟都可能导致屏幕上出现视觉伪影。因此，对代码进行测试和迭代是开发过程的关键部分。

项目所需的组件

在开始构建之前，让我们收集必要的组件。拥有合适的工具和零件将使过程更加顺利。以下是您需要的清单：

树莓派RP2040：该微控制器将作为我们项目的核心，处理所有信号处理。
JAMMA 至 VGA 转换器:该转换器将 CRT 连接到 Raspberry Pi，从而实现两者之间的通信。
USB接口：用于与笔记本电脑或计算机通信，使我们能够发送命令和接收数据。
电源供应：为 Raspberry Pi 和任何外围设备供电，确保一切顺利运行。
电线和面包板：用于原型设计并将组件连接在一起，简化组装过程。

准备好所有组件后，您就可以开始组装显示适配器了！在开始之前，请务必仔细检查您是否拥有所有必要的工具和组件，以避免构建过程中出现中断。

连接组件

所有部件准备就绪后，就可以连接所有部件了。请按照以下步骤设置您的显示适配器：

将 Raspberry Pi RP2040 连接到面包板。确保电源和接地引脚接线正确。
将 JAMMA 连接器连接到 VGA 转换器，确保遵循两个组件的引脚排列规范。
将USB接口连接到树莓派，方便与电脑通讯。
确保所有连接均安全且正确绝缘，以防止短路或断开。

连接好所有内容后，您就可以开始对 RP2040 进行编程以生成 VGA 信号。该代码将控制图像在 CRT 上的显示方式。接线时要小心谨慎，并仔细检查每个连接，以避免测试期间出现问题。

构建 CRT 适配器的步骤

评估需求

确定分辨率和颜色需求

选择组件

选择合适的五金配件

设计电路

创建连接原理图

组装适配器

将硬件组件放在一起

测试功能

确保 CRT 上正确显示

创建连接示意图也很有帮助。这可以作为故障排除时的参考，并帮助您可视化整个系统。

对 RP2040 进行 VGA 输出编程

现在到了有趣的部分：对 RP2040 进行编程！目标是创建一个程序来发送正确的 VGA 信号时序。这涉及为 R、G、B、HSYNC 和 VSYNC 信号生成精确的定时。如果您不熟悉微控制器编程，请不要担心；我们将引导您了解基础知识。

下面是一个简化的代码片段，用于说明如何进行设置：

无效设置（）{
  // 初始化VGA信号
  pinMode(R_PIN, 输出);
  pinMode(G_PIN, 输出);
  pinMode(B_PIN, 输出);
  pinMode(HSYNC_PIN, 输出);
  pinMode(VSYNC_PIN, 输出);
}

无效循环（）{
  // 设置颜色和同步信号
  digitalWrite(R_PIN, 高);
  digitalWrite(G_PIN, 低);
  digitalWrite(B_PIN, 高);
  // 生成 HSYNC 和 VSYNC 信号
}

这只是一个基本结构，但它让您了解如何开始。您需要根据您的具体要求（例如您想要实现的分辨率和刷新率）调整时序和信号。

对于初学者来说，研究有助于简化某些编程的库或现有项目可能会很有用。在线社区和论坛也可以成为故障排除和建议的宝贵资源。

测试和故障排除

代码准备就绪后，就可以测试您的设置了。将适配器连接到 CRT 并启动所有设备。如果一切顺利，您应该会看到屏幕上显示图像！然而，第一次尝试可能并不完美。以下是您可能会遇到的一些常见问题：

无显示：检查连接并确保电源正常工作。连接松动可能会导致 CRT 无法接收信号。
图像扭曲：调整代码中的计时以确保同步。如果 HSYNC 或 VSYNC 信号关闭，图像可能会出现倾斜。
颜色问题：验证 R、G 和 B 信号是否正确接线和编程。不正确的颜色信号可能导致颜色表示不准确。

如果事情不能立即发挥作用，请不要灰心。故障排除是该过程的一部分！手边准备一个笔记本，记下您所做的任何更改，因为这可以帮助跟踪哪些解决方案有效，哪些无效。

此外，请考虑使用不同的分辨率和刷新率进行测试，以了解 CRT 的响应情况。这可以深入了解您的设置的局限性，并帮助完善您的方法。

结论：让复古游戏重获新生

建设一个24 位街机 CRT 显示适配器不仅仅是一个有趣的项目；这是将现代技术与经典游戏联系起来的一种方式。通过遵循本指南中概述的步骤，您可以创建一个适配器来增强您在 CRT 显示器上的游戏体验。该项目可让您欣赏老式技术和现代微控制器的复杂性。

请记住，关键组件是 Raspberry Pi RP2040、JAMMA 连接器和 USB 接口。通过一些编程和故障排除，您将使您的街机重新焕发活力！

准备好开始了吗？收集您的组件并潜入复古游戏的世界。对于那些有兴趣进一步提高技术技能的人，请查看我们的完整的二进制翻译指南！