30、Atari 7800 Hacking与电子工程基础全解析-优快云博客

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Atari 7800 Hacking与电子工程基础全解析

1. Atari 7800 测试与使用

完成对 Atari 7800 的改造后，就可以进行测试了。具体操作步骤如下：
1. 将 7800 连接到视频源。
2. 插入 2600 或 7800 游戏卡带。
3. 将合适的电源插入新添加的电源插孔。
4. 打开系统，尽情享受游戏！

2. Atari 7800 其他改造方法

除了上述基本操作，还有许多其他有趣的改造方法：

2.1 复合与 S - Video 输出改造

虽然 Atari 7800 的标准 RF 输出比 2600 稍好，但可以通过复合和/或 S - Video 改造进一步提升。Jay Tilton（ http://home.earthlink.net/~resqsoft/7800_mod.htm ）和 Mark Graybill（ www.geocities.com/atari7800mod/7800_vidmod_construction.html ）都为 7800 开发了视频改造方案。

2.2 控制器改造

Sega Genesis 控制器改造 ：Atari 7800 的控制器设计在长时间使用时可能不太舒适。由于 7800 采用了行业标准的 DB - 9 连接器，与 2600 控制器向后兼容，同时 Sega Genesis 和 Sega Master System 控制器也使用 DB - 9 连接器，因此可以对其进行改造以支持 7800 的两个射击按钮。具体改造说明可在 Atari 2600 FAQ（ www.atariage.com/2600/faq/index.html#sega ）中找到。如果不想改造现有 Sega 控制器，John Soper 发布了三种不同版本的适配器制作原理图和说明（ www94.pair.com/jsoper/7800_gen_adap.html ）。
NES 控制板改造 ：任天堂 NES 控制板也可以进行改造，使其能与 Atari 7800 配合使用并支持两个射击按钮。完整说明可在 www.atariage.com/2600/archives/nes_atari.html 找到。

2.3 DevOS 改造与电缆制作

Atari 7800 内置的基本输入/输出系统（BIOS）可以替换为 Eckhard Stolberg 创建的开发操作系统（DevOS）。安装 DevOS 后，7800 可以通过并行端口电缆将 7800 和 2600 卡带的内容传输到 PC。完整的改造和电缆制作信息可在 Eckhard Stolberg 的 VCS 工作坊页面（ http://home.arcor.de/estolberg/tools/index.html ）找到。

2.4 自制游戏开发

Atari 7800 的自制游戏开发相对较少，主要原因是 Atari 使用了卡带验证密钥来防止第三方未经授权发布游戏。验证密钥的工作原理是：系统开机并插入卡带后，7800 BIOS 会对卡带数据和加密密钥执行数学算法，根据计算结果判断是否为有效的 7800 卡带。不过，Atari 开发者用于生成验证密钥的原始 Atari ST 实用程序已发布，现在也有基于 PC 的实用程序。

尽管面临挑战，但 Atari 7800 在开发系统和工具方面有一定优势，Atari 为其创建了专门的开发系统。目前虽然还没有完成的新自制游戏，但已经发布了一些实用和开发卡带，如：
- 7800/2600 监控卡带 ：可以直接在控制台开发和调试软件，通过串口电缆和终端软件，在 PC 或 Atari ST 上编写软件并上传到 7800。
- Atari 7800 高分卡带 ：原计划于 1984 年随系统发布，但项目取消。该卡带可让游戏保存和加载高分，最初有 9 款 Atari 7800 游戏支持此功能。
- Cuttle Cart 2 ：是 Cuttle Cart 的升级版，允许使用家用电脑将大量 2600 和 7800 游戏复制到多媒体卡（MMC），插入 7800 后可通过复杂的菜单系统选择游戏、查看手册、修改设置，还可通过串口加载游戏二进制文件，非常适合游戏开发和调试。

3. Atari 7800 网络资源

以下是一些优质的 Atari 7800 网络资源：
- AtariAge ： www.atariage.com 包含丰富的 Atari 游戏系统信息，特别是 7800 相关内容，还有 7800 论坛供玩家交流。
- Atari 历史博物馆 ： www.atarimuseum.com 全面介绍 Atari 历史，有大量 7800 的历史资料。
- 高级 Atari 游戏研究协会 ： www.atari7800.com 专注于 Atari 7800 ProSystem，提供大量 7800 信息。
- The Atari 7800 Page ： www.atari7800.org 由 Atari 7800 粉丝 Mitchell Orman 运营，是最古老的 7800 网站之一。
- AtariProtos.com ： www.AtariProtos.com 致力于挖掘 Atari 原型的秘密，有许多 7800 原型游戏的评测。
- B&C ComputerVisions ： www.myatari.com 为 Atari 游戏和计算社区服务近 20 年，库存超过 5000 种 Atari 相关产品。
- Best Electronics ： www.best - electronics - ca.com 提供大量 Atari 游戏系统和电脑的替换零件和配件，有超过 200 页的印刷目录。

4. 电子工程基础 - 基础知识

4.1 比特、字节和半字节

电子电路和计算机以二进制格式存储信息，二进制是一种基数为 2 的编号系统，只有 0 和 1，每个 0 或 1 称为一个比特（bit）。常见的十进制是基数为 10 的系统，由 0 到 9 的数字组成。
- 4 个比特组成一个半字节（nibble）。
- 8 个比特组成一个字节（byte）。
- 16 个比特通常定义为一个字（word），不过在不同系统架构中，字的定义可能不同。

比特组越大，能表示的信息就越多。例如，一个比特只能表示两种组合（0 或 1），一个半字节能表示 16 种可能组合（十进制 0 到 15），一个字节能表示 256 种可能组合（十进制 0 到 255），一个字能表示 65536 种可能组合（十进制 0 到 65535）。

十六进制（hex）常用于数字计算领域表示二进制数字组，它是基数为 16 的系统，使用 0 到 9 和 A 到 F 作为基本单位。一个十六进制数字可以表示 4 个比特（一个半字节），两个十六进制数字可以表示 8 个比特（一个字节）。以下是十进制、二进制和十六进制的等价数值表：
| 十进制 | 二进制 | 十六进制 |
| — | — | — |
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
| 2 | 10 | 2 |
| 3 | 11 | 3 |
| 4 | 100 | 4 |
| 5 | 101 | 5 |
| 6 | 110 | 6 |
| 7 | 111 | 7 |
| 8 | 1000 | 8 |
| 9 | 1001 | 9 |
| 10 | 1010 | A |
| 11 | 1011 | B |
| 12 | 1100 | C |
| 13 | 1101 | D |
| 14 | 1110 | E |
| 15 | 1111 | F |
| 16 | 10000 | 10 |
|… |… |… |

4.2 ASCII 字符集

美国信息交换标准代码（ASCII）是计算机系统中存储字符的常用代码。标准 ASCII 字符集使用 1 个字节对应 128 个不同的字母、数字、标点符号和特殊字符。扩展 ASCII 字符集使用字节的全部 256 个字符范围，用于表示外语、图形和数学中的特殊字符。以下是标准 ASCII 字符集的部分内容：
| 十六进制 | 符号 | 十六进制 | 符号 | 十六进制 | 符号 | 十六进制 | 符号 |
| — | — | — | — | — | — | — | — |
| 0x00 | NUL (null) | 0x20 | SP (space) | 0x40 | @ | 0x60 | ’ (Single quote) |
| 0x01 | SOH (start of heading) | 0x21 |! | 0x41 | A | 0x61 | a |
| 0x02 | STX (start of text) | 0x22 | “ | 0x42 | B | 0x62 | b |
|… |… |… |… |… |… |… |… |

4.3 阅读原理图

原理图是电路的电气路线图，阅读基本原理图是一项有用的技能。在原理图上，每个电路组件都有自己独特的符号，不同国家可能使用不同的符号，甚至一种部件可能有多个符号。每个组件还会分配一个部件标识（如 R1、C4 或 SW2），用于区分同一类型和值的两个部件。以下是一些基本电子组件的标识和原理图符号：
| 组件 | 标识 | 符号 |
| — | — | — |
| 电阻器 | R | 特定符号 |
| 电位器（可变电阻器） | R | 特定符号 |
| 电容器（非极性） | C | 特定符号 |
| 电容器（极性） | C | 特定符号 |
| 二极管 | D | 特定符号 |
| LED | D | 特定符号 |
| 光电二极管 | D | 特定符号 |
| 晶体管（NPN） | Q | 特定符号 |
| 晶体管（PNP） | Q | 特定符号 |
| 晶体 | Y | 特定符号 |
| 开关 | SW | 特定符号 |
| 按钮开关 | SW | 特定符号 |
| 扬声器 | LS | 特定符号 |
| 保险丝 | F | 特定符号 |
| 电池 | BT | 特定符号 |
| 接地 | 无 | 特定符号 |

下面是一个使用基本原理图符号的示例电路：一个由电池供电、由开关控制的发光二极管（LED）。当开关关闭时，电流无法从电池流过电路，LED 不亮；当开关打开时，电流流动，LED 点亮。

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([电池]):::startend --> B(开关):::process
    B --> C(电阻):::process
    C --> D(LED):::process
    D --> E(接地):::process

5. 电子工程基础 - 电压、电流和电阻

5.1 电压、电流和功率

电压（Voltage），也称为电位差，是将正电荷从电路中较低电位（更负的点）移动到较高电位（更正的点）所需的功（能量），单位是伏特（V），用符号 V、E 或 U 表示。电流（Current）是通过给定点的电子流动速率，单位是安培（A），用符号 I 表示。基尔霍夫电流定律指出，流入某一点的电流总和等于流出该点的电流总和。

功率（Power）是某一时刻正在进行的工作量的“快照”，单位是瓦特（W）。功率的计算公式为：
[P = V \times I]
其中：
- (P) 表示功率（W）。
- (V) 表示电压（V）。
- (I) 表示电流（A）。

需要注意的是，描述电压时应使用“在电路中两点之间或跨接在两点之间”，描述电流时应使用“通过设备或连接”。当测量或引用电路中单个给定点的电压时，是相对于接地（通常为 0V）定义的。

5.2 直流电和交流电

直流电（DC） ：直流电只沿一个方向通过导体流动，是稳定信号或脉冲。最常见的直流电源是电池，除了电源或电机电路外，电子电路中更常用直流电压。
交流电（AC） ：交流电通过导体在两个方向上流动，更难分析和处理。最常见的交流电源是家庭中的电源插座，在美国和加拿大，这些插座提供 120V AC，频率为 60Hz（每秒周期数），其他地区使用不同的交流电压和线路频率。

描述交流信号的几个术语：
- 峰值电压（VPEAK） ：交流信号相对于参考中心点的最大正和负点。
- 峰 - 峰电压（VPP） ：交流信号从最正到最负点的总电压摆动。
- 均方根电压（VRMS） ：描述交流电压最常用的术语，由于交流信号不断变化，均方根测量是确定交流电压做功量的最准确方法。

对于典型的正弦交流信号，有以下公式：
- 平均交流电压（VAVG） = 0.637 x VPEAK = 0.9 x VRMS
- VPEAK = 1.414 x VRMS = 1.57 x VAVG
- VRMS = 0.707 x VPEAK = 1.11 x VAVG
- VPP = 2 x VPEAK

5.3 电阻

电阻可以用水在管道中流动的简单类比来描述：如果管道狭窄（高电阻），水（电流）的流动将受到限制；如果管道较大（低电阻），水（电流）可以更容易地流过。如果增加压力（电压），更多的电流将被迫通过导体。任何被阻止流动的电流（例如电阻高时）将以热量的形式耗散。电阻是任何电气设备都具有的重要电气特性，电阻器是用于创建固定电阻值的设备。

5.4 欧姆定律

欧姆定律由乔治·西蒙·欧姆在 19 世纪初证明，它是电子学的基本公式，描述了理想导体中电压、电流和电阻之间的关系。电流与施加的电压成正比，与电路电阻成反比。欧姆定律可以表示为以下方程：
[V = I \times R]
[I = \frac{V}{R}]
[R = \frac{V}{I}]

综上所述，无论是 Atari 7800 的改造与开发，还是电子工程基础知识，都有丰富的内容和应用。通过了解这些知识，我们可以更好地进行硬件改造和电子电路设计。

6. 电子工程基础 - 基本器件理论

6.1 电阻器

6.2 电容器

电容器是能够储存电荷的器件。它由两个导体板和中间的绝缘介质组成。电容器在电路中可以起到滤波、耦合、旁路等作用。根据绝缘介质的不同，电容器可分为陶瓷电容器、云母电容器、电解电容器等。
- 陶瓷电容器：体积小，稳定性好，常用于高频电路。
- 云母电容器：精度高，性能稳定，但价格较高。
- 电解电容器：容量大，常用于电源滤波等场合，但有极性，使用时需注意正负极。

6.3 二极管

二极管是一种具有单向导电性的器件。它由一个 P 型半导体和一个 N 型半导体组成，中间形成一个 PN 结。当二极管正向偏置时（P 极接正电压，N 极接负电压），电流可以通过；当反向偏置时，电流几乎为零。常见的二极管有普通二极管、发光二极管（LED）、光电二极管等。
- 普通二极管：用于整流、限幅等电路。
- 发光二极管：通电时会发光，常用于指示灯、显示屏等。
- 光电二极管：可以将光信号转换为电信号，常用于光通信、光检测等领域。

6.4 晶体管

晶体管是一种重要的半导体器件，可用于放大、开关等电路。常见的晶体管有 NPN 型和 PNP 型。晶体管由发射极（E）、基极（B）和集电极（C）三个电极组成。通过控制基极电流，可以控制集电极和发射极之间的电流。例如，在放大电路中，小的基极电流变化可以引起大的集电极电流变化，从而实现信号的放大。

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A(输入信号):::process --> B(晶体管放大电路):::process
    B --> C(输出放大信号):::process

7. 电子工程基础 - 焊接技术

7.1 焊接工具和材料

焊接需要使用一些工具和材料，常见的有：
- 烙铁：用于加热焊料，使其熔化。烙铁的功率和温度应根据焊接对象进行选择。
- 焊料：通常是锡铅合金，用于连接电子元件。
- 助焊剂：可以去除金属表面的氧化物，提高焊接质量。

7.2 焊接步骤

焊接的基本步骤如下：
1. 准备工作：清洁焊接部位，确保表面无氧化物和杂质。将烙铁预热到合适的温度。
2. 涂抹助焊剂：在焊接部位涂抹适量的助焊剂。
3. 加热焊接部位：将烙铁头放在焊接部位，加热几秒钟，使焊接部位达到合适的温度。
4. 添加焊料：将焊料接触加热的焊接部位，使焊料熔化并流入焊接部位。
5. 移除烙铁和焊料：当焊料充分覆盖焊接部位后，先移除焊料，再移除烙铁。
6. 检查焊接质量：检查焊接部位是否牢固、光滑，有无虚焊、短路等问题。

7.3 常见焊接问题及解决方法

问题	原因	解决方法
虚焊	焊接部位加热不足、焊料不足或助焊剂使用不当	重新加热焊接部位，添加适量的焊料和助焊剂
短路	焊料过多或焊接部位距离过近	用烙铁将多余的焊料移除，调整焊接部位的距离
焊点不光滑	烙铁温度过高或焊接速度过快	调整烙铁温度，减慢焊接速度