СЕКРЕТЫ ИГРОВОГО ПОРТА IBM PC (Часть 1)
С. РЮМИК, г. Чернигов, Украина
К стандартным средствам ввода команд и данных современного персонального компьютера (ПК) относятся, прежде всего, клавиатура и манипулятор "мышь". Своим появлением и совершенствованием джойстик обязан компьютерным играм. Для его подключения ПК снабжают специальным, так называемым "игровым" портом. В статье рассмотрены особенности джойстиков и их адаптеров для IBM-совместимых ПК, предложено несколько вариантов доработки джойстиков и конструкция самодельного игрового адаптера.
Существует множество вариантов игровых манипуляторов для видеоприставок и ПК. В обиходе любой из них часто именуют джойстиком. Это слово, пришедшее из английских детских сказок (в них так называют волшебную палочку), было использовано в рекламных целях, но прижилось и стало нарицательным. Точно так же любой копировальный аппарат у нас сегодня называют "ксероксом", а звуковую карту - "саунд бластером".
"Союз" джойстика с ПК был заключен не сразу. Для работы с простейшими игровыми программами в ЭВМ первых поколений хватало нескольких кнопок на пульте управления. Мощный толчок развитию игровых манипуляторов дали телевизионные игровые автоматы. В 70-х годах в Японии и США их устанавливали в людных местах, аркадах (переходах) торговых центров. Не случайно название "аркадные" прочно закрепилось за играми тех лет. Они имели простой и понятный каждому сюжет - собирай больше, езжай дальше, стреляй точнее. Массовый ажиотаж и зрелищность привели к разработке игр-симуляторов полетов на самолете или автомобильных гонок с управлением, максимально приближенным к оригиналу. Так появились игровые автоматы с "авиационными" ручками управления (прообразами джойстиков), штурвалами, автомобильными рулями. Одной из первых освоила это направление фирма Atari, которая в дальнейшем распространила свой опыт на бытовые компьютеры.
ПК фирмы IBM первоначально предназначались для коммерческих, инженерных и образовательных целей. Речь об "игрушках" не шла. Сама фирма IBM выпуском периферийных устройств не занималась. Игровые адаптеры и джойстики для PC рекламировали, лишь как свидетельство больших потенциальных возможностей машин. Однако конкуренция со стороны домашних компьютеров ("ZX-Spectrum", "Commodore-64", "Apple") заставила уделить этому направлению больше внимания. С 1984 г. в BIOS IBM PC/AT введена специальная подпрограмма обслуживания игрового порта и подключенного к нему джойстика.
Различают четыре основных вида игровых манипуляторов для IBM PC:
обычные джойстики с рукояткой, игровые планшеты или геймпэды (gamepad) с упругой крестовиной (нажатием на нее в разных направлениях управляют игрой), имитаторы авиационного штурвала или автомобильного руля с педалями. Закон управления объектом с помощью манипулятора может быть пропорциональным (параметр изменяется пропорционально углу отклонения органа управления или силе воздействия на него) или дискретным (по принципу "нажат" - "отпущен"). Устройства с пропорциональным управлением в обиходе называют аналоговыми, а с дискретным - цифровыми.
Пропорциональное управление производится по двум (обычный джойстик, геймпэд) или. трем-четырем (руль, штурвал) параметрам. Их часто называют "осями", так как первыми двумя обычно задают повороты объекта в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Для дискретного управления служат кнопки, число которых может быть от двух до четырех, не считая кнопок автоповтора, имитирующих многократное нажатие основных. Встречаются манипуляторы, снабженные большим числом кнопок, в том числе с программируемыми функциями, но они требуют специализированных адаптеров и программного обеспечения. Бывают эти устройства и необычной конструкции, например, в виде перстня, надеваемого на палец, или с сенсорным шариком вместо крестовины. Существуют джойстики с ответной реакцией (force feedback), позволяющие "чувствовать" управляемый объект по вибрации рукоятки управления или прикладываемому к ней усилию. С компьютером манипуляторы обычно соединяют кабелем, хотя существуют и беспроводные, передающие данные по инфракрасному каналу.
Рукоятку обычного IBM-джойстика можно отклонять в двух взаимно перпендикулярных направлениях, соответствующих перемещению объекта игры вверх-вниз и влево-вправо. Внутри устройства находятся два переменных резистора, движки которых связаны с рукояткой. Когда ее отклоняют по первой оси, изменяется сопротивление одного из них, по второй - другого. Направлениям влево и вверх соответствует уменьшение сопротивления, а вправо и вниз - его увеличение. Часто джойстик снабжают так называемыми "триммерами", с помощью которых при отпущенной рукоятке добиваются неподвижности объекта или его точной установки в исходное положение. Они могут корректировать положение рукоятки механически или изменять сопротивление дополнительных резисторов, включенных последовательно с основными. На рукоятке, а иногда рядом с ней, имеются кнопки, с помощью которых ведется "стрельба", подаются команды старта, прыжка и т. п.
Процессор ПК взаимодействует с джойстиком через игровой адаптер. По мере совершенствования ПК его конструктивное оформление менялось. Для IBM PC/XT и IBM PC/AT он представлял собой специализированную плату (gamecard), вставляемую в один из слотов шины ISA. В машинах с процессором 80286 адаптер был частью платы ввода/вывода (I/O card), содержащей также адаптеры параллельного и последовательных портов, а в первых вариантах ПК с процессорами 80386 и 80486 - "мультикарты", на которую были вынесены еще и контроллеры дисководов и"винчестера".
Сегодня почти все, что находилось на "мультикарте", входит в состав системной (материнской) платы. К сожалению, кроме игрового адаптера. Его чаще всего размещают на звуковой плате (Sound Blaster), причем свободные контакты разъема используют для соединения ПК с электромузыкальными инструментами по интерфейсу MIDI. Встречаются и нестандартные решения. Иногда джойстик подключают к разъему клавиатуры или к плате графического ускорителя. Некоторые фирмы снабжают выпускаемые игровые манипуляторы (как правило, с расширенными функциями) платами адаптеров и программным обеспечением собственной разработки. В дальнейшем в бытовых ПК предполагается вообще отказаться от специализированных интерфейсов. Все периферийные устройства, в том числе игровые манипуляторы, будут рассчитаны на соединение с шиной универсального последовательного интерфейса (USB). Подобные джойстики уже можно встретить в продаже.
Стандартный разъем игрового порта - 15-гнездная розетка DB-15F - служит надежным признаком наличия в ПК игрового адаптера, так как в других целях используется редко. На рис. 1 она показана со стороны гнезд. К цепям Х1, Y1, Х2, Y2 подключают переменные резисторы, к цепям А1, В1, А2, В2 - кнопки. В розетке адаптера, совмещенного со звуковой платой, контакты 12 и 15 служат соответственно выходом и входом сигналов интерфейса MIDI. В некоторых адаптерах контакт 8 остается свободным, 12 - соединен с общим проводом, 15 - с источником питания +5 В или свободен.
По схеме, показанной на рис. 2, к игровому порту можно подключить два стандартных джойстика, причем вместо контакта 12, предложенного в статье Кармызова А. "Интерфейсы IBM PC" ("Радио", 1996, № 11, с. 24-26), рекомендуется пользоваться контактом 5. На рынке и в описаниях игр кабель для такого подключения часто называют Y-образным. Вилку DB-15M зарубежного производства можно заменить отечественной РП15-15Ш, однако следует учесть, что контакты последней пронумерованы в обратном порядке: 15 - 1, 14 - 2, ..., 1 - 15. В статье на всех схемах и рисунках указаны номера контактов импортных разъемов.
Puc.2
Длительное время игровые программы для IBM PC ориентировались на управление с помощью клавиатуры и "мыши". Пропорциональный джойстик должен был помогать в играх-симуляторах, обеспечивая плавность и точность движения. Сегодня в игровой индустрии произошли изменения, связанные с широким внедрением игровых видеоприставок. "Приставочные" игры требуют от игрока в первую очередь быстрой реакции на ситуацию. Особая точность здесь не нужна, а пропорциональное управление оказывается слишком медленным. Фактическим стандартом для видеоприставок стали дискретные (кнопочные) геймпэды. Замена рукоятки крестовиной позволила сократить время реакции, ведь микродвижения большого пальца намного быстрее кистевых движений руки. К тому же такой манипулятор проще и дешевле пропорционального (аналогового).
Для замены пропорционального IBM-джойстика дискретным удобно дработать геймпэд от какой-либо видеоприставки. Схема простейшего джойстика на такой основе приведена на рис. 3. От геймпэда используют корпус, кнопки из токопроводящей резины и их контакты на печатной плате.
Puc.3
В исходном состоянии кнопки SB1- SB8 разомкнуты, транзисторы VT1, VT2 открыты. Сопротивление цепей между выводами 1, 3 и 1,6 вилки ХР1 при установке движков подстроечных резисторов R1 и R2 в среднее положение равно примерно половине их номинала (около 50 кОм), что эквивалентно нейтральному положению рукоятки стандартного джойстика.
При нажатии на кнопки SB1 или SB3 сопротивление соответствующей цепи становится минимальным, а на SB2 или SB4 - максимальным, так как транзистор VT1 или VT2 закрывается вследствие соединения выводов базы и эмиттера. Номинальное сопротивление подстроечных резисторов R1 и R2 может находиться в пределах 47...220 кОм. Допустима замена каждого из них двумя постоянными резисторами. Кнопки SB5- SB8 при замыкании подают на входы игрового адаптера уровни логического 0.
Радио 12/1999, с.29-30.