Pocket Pong Oeroude game in moderne hardware

Transcriptie

1 Pocket Pong Oeroude game in moderne hardware We noemen het tegenwoordig vaak computerspelletjes, maar van origine zijn het eigenlijk videogames, klassiekers zoals Pong en Pacman. Het concept van deze spelletjes is al tamelijk oud: begin 0-er jaren werd de videogame bedacht. In dit artikel geven we zo n ouderwets videospel een modern (computer-) jasje. elektuur - /00

2 +V +V x BCB Je zou haast vergeten dat de eerste elektronische spellen op een TV werden gespeeld. En bijna was het zelfs niet eens zo ver gekomen. In bedacht TV-technicus Ralph Baer dat het wel aardig zou zijn om de televisie te gebruiken als beeldscherm bij een elektronisch spel. Zijn baas zag echter niets in deze toepassing en het idee ging de prullenbak in. Maar jaren later begon het toch weer te kriebelen: Baer begon in met het bouwen van zijn eerste prototypen. De videogame was geboren. Dan het spelletje waar het hier over gaat: Atari s Pong. Ook dit spel is een afgeleide van een van de originele ideeën van Baer. In werd begonnen met het ontwerpen van de eerste versies voor thuis. In tegenstelling tot andere fabrikanten deed Atari een gouden greep: er werd voor Pong een zogenaamd application specific integrated circuit (ASIC) ontworpen. Op deze manier kon de kostprijs erg laag blijven, terwijl de functionaliteiten (o.a. digitale on-screen score, geluidseffecten) niet onder deden voor de concurrentie. In werd Pong in een homeversie gelanceerd. Nu, jaar later, doen we het nog eens dunnetjes over. Deze keer niet met een TV, maar met een LED-matrix als beeldscherm. Schakeling In feite volgen we dezelfde werkwijze als Atari destijds: We ontwerpen een IC specifiek voor één toepassing. Gelukkig betekent dit tegenwoordig niet meer dat we een compleet nieuwe schakeling hoeven te ontwerpen om er vervolgens een chip van te laten bakken. We nemen natuurlijk een microprocessor; met de software kunnen we dan het IC precies laten doen wat we willen. Hier werken we met een PICF, een 0-pens IC met K programmageheugen en onder andere een 0-bits A/D-converter aan boord. K P K P P 00k C 00µ 0V P R k R k 00k S T +V 0Ω 0Ω R +V R C 00n C 00n S BCB BZ 0k R DMUX C0 HC Deze processor is niet het enige IC in de schakeling, zoals te zien is in figuur a. IC, een -naar--decoder, zorgt samen met IC en IC voor de aansturing van het display. Dit display bestaat uit twee delen: de -segmentdisplays LD en LD waarop de score wordt bijgehouden en een LED-matrix (D D) waarop het eigenlijke spel gespeeld wordt. Aan de linker en rechter kant van dit veld bewegen de virtuele rackets of batjes, waar mee de elektronische bal heen en weer gekaatst kan worden. BZ zorgt voor de geluidseffecten. Dit is een DC-buzzer die via T wordt aangestuurd. C en R zorgen voor afdoende ontkoppeling van de voedingsspanning. De opzet van de voeding rond IC, een vaste spanningsregelaar, is uit het boekje. D dient als beveiliging tegen het verwisselen van de polariteit. U kunt het beste een netadapter ( V) gebruiken. De PIC neemt S 0k R 0k R 0 0 MCLR/VPP RB/PGD RA0/AN0 RB/PGC RA/AN RB/PGM IC RB RA/AN/VREF- RB/P RA/AN/VREF+ RB/INT RA/T0CKI RB/INT RA/AN/SS/LVDIN RB0/INT0 RE0/RD/AN RE/WR/AN RD/PSP RE/CS/AN RD/PSP RD/PSP PICF RC0/TOSO/TCKI RD/PSP RC/TOSI/P RC/RX/DT RC/P RC/TX/CK RC/SCK/SCL RC/SDO /PSP0 RC/SDI/SDA RD/PSP RD/PSP RD/PSP C 00n 0D OSC C p +V IC 0 G 0 OSC 0 0 X Figuur a. De microcontroller treedt op als scheidsrechter. MHz C p C 00n 0 0 C 00n 0 0 T Ω T R I I I I hooguit enkele milliampères op, het benodigde vermogen is dus voornamelijk afhankelijk van de stroom door de LED s. Door de gemultiplexte aansturing valt de gemiddelde stroomopname hiervan wel mee, die ligt in de buurt van ma. Display Ω +VS IC 0 O O O O I O ULN0 I O I O I O VEE I I I I T R Ω +VS IC 0 O O O O I O ULN0 I O I O I O VEE T R Ω Zowel de kathodes van de LED s in de -segment-displays als die van de matrix (figuur b) zijn aangesloten via ULN0-drivers (IC en IC). De anodes zijn via transistoren (T T) op de processor aangesloten. In principe had dit ook wel zonder die transistoren gekund, want de uitgangen van deze PIC kunnen maximaal ma leveren. Bij high-efficiency-led s kan dit genoeg zijn, maar bij gewone types is bij deze stroom de helderheid en dus de speelbaarheid aan de matige kant. Bij de gegeven dimensionering (met transistoren en R R = Ω) T R Ω C0 C C C C C C C T R C0 C C C C C C C Ω T R0 IC D N00 0 +V C0 0µ V C 0µ V Ω C0 C C C C C0 C C R T Ω R R R R R R R R R0 K 0 K C C C C C C C C 0 /00 - elektuur

3 RD RD RD Onderdelenlijst RD RD RD RD D D D D D D D D D D0 D D D D D D D D D D0 D D D D D D D D D D0 D D Weerstanden: R,R = k R...R = 0 k R = 0 Ω R...R = Ω P,P = 00 k instel K RD RD RD RD 0 RD RD RD RD RD RD RD RD RD RD D D D CD0 CD CD CD D D D D D0 D D D D D D D D D D0 D D D D D D D D D D0 D D D D Condensatoren: C,C = 00 n C,C = p C = 00 µ/0 V radiaal RD RD RD RD RD RD RD CD0 CD CD CD CD CD0 CD CD loopt er een stroom van ongeveer ma door de LED s. De waarde van R R kan overigens zonder probleem aangepast worden. Met de beroemde wet van Ohm berekent u gemakkelijk een nieuwe waarde. Ga uit van V voedingsspanning en trek hier de collector/emitter-spanning (0, V), de brandspanning van de LED s (voor rode LED s ongeveer, V) én de spanningsval over de darlingtontrapjes in de ULN0-driver (ongeveer V) van af. Dan moet er dus, V over de weerstand komen te staan. Als de gewenste stroom bijvoorbeeld 0 ma is, volgt met V = I R dus, = 0,00 R, oftewel,/0,00 = 0 Ω. Bediening K 0 D D D D D0 D D De bediening van het spel geschiedt met twee potmeters en twee schakelaars. S dient om een bal te serveren. CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD D RD RD RD RD RD RD RD D D D D D D D D0 D D D D D D D CD CD CD0 0 a b c d e LD LTS0E f g dp CD RD RD RD RD RD RD RD 0 a b c d e LD LTS0E f g dp Figuur b. Een flinke hoeveelheid LED s vervangt bij dit spel het beeldscherm. CD S is de keuzeschakelaar voor de snelheid. Als deze gesloten is, gaat de bal sneller en is de moeilijkheidsgraad dus hoger. Er is verder nog een aansluiting voor een derde schakelaar (S), maar die wordt bij dit spel niet gebruikt. Voor P en P kunnen gewone draaipotmeters genomen worden om de stand van de batjes te veranderen, maar wellicht werken schuifpotmeters hiervoor wat handiger. Nog interessanter is natuurlijk het gebruik van een echte joystick. Analoge PC-joysticks bevatten in het algemeen twee potmeters: een voor het opnemen van de stand in de horizontale richting en een voor de verticale richting. Meestal wordt een potmeter van 0 k toegepast, waarvan alleen het bereik kω wordt gebruikt. Omdat in deze schakeling uitgegaan wordt van een waarde van k, kan als een joystick aangesloten D wordt eventueel een weerstandje parallel aan de ingang (tussen + V en pen resp. pen van de processor) worden geschakeld om de weerstandswaarde te verlagen. De resulterende weerstand van een parallelschakeling volgt uit: /R totaal = /R + /R. Als dus een waarde gewenst is van k en, zoals in het geval van een joystick, R = 0 kω, dan geldt: /R = /R-/R totaal. Hieruit volgt R =, kω. Met de dichtstbijzijnde waarde uit de E-reeks, k, zal het wel goed gaan. Overigens zijn op de - pens sub-d-connector van een joystick pen en pen de aansluitingen voor de horizontale richting, pen en pen die voor de verticale richting. R/C en R/C dienen om het krakende potmeter-effect op te vangen. Opbouw De print (figuur ) bestaat uit twee delen die met een stukje flatcable met elkaar verbonden worden. Het meeste werk is natuurlijk het opbouwen van de LED-matrix. Hoewel dit verder een gemakkelijk klusje lijkt, willen wij u toch met klem aanraden de polariteit van de LED s te controleren. Niets is vervelender dan de beroemde consequente fout - zeker als het verkeerd om gesoldeerde LED s betreft. Meestal is het grootste vlak binnenin de LED de kathode (streepje in het symbool) en is dit het korte pootje. Maar meestal betekent niet altijd! Met een geleidingstester is de polariteit natuurlijk gemakkelijk eenduidig vast te stellen. De oriëntatie van de -segment-displays lijkt misschien verkeerd te zijn, maar als u ze op de print plaatst volgens de gegeven opdruk in figuur, dan werkt het correct. Verder moet u uiteraard letten op de polariteit van de transistoren en elco s. Ook de IC s moeten op de juiste manier op de print terecht komen. Conelektuur - /00

4 C...C = 00 n C = 0 µ/ V radiaal C0 = 0 µ/ V radiaal Halfgeleiders: D D = rode high-efficiency LED mm, bijv. HLMP-D0 van HP (Farnell-nr. -0) D = N00 LD,LD = LTS0E LiteOn T...T = BCB IC = PICF-I/P IC = HC (HCT of ) IC,IC = ULN0 IC = 0 Diversen: K = P = k potmeter lineair, mono, + -polige SIL-header K = P = k potmeter lineair, mono, + -polige SIL-header K,K = -polige boxheader K,K = -polige flatcable-connector voor printmontage S = druktoets x maak S = niet aanwezig S = schakelaar x maak X = kristal MHz BZ = DC-buzzer V troleer de processor dubbel, want dit is toch de duurste component in de schakeling. Wij raden u aan de schakeling in een kastje in te bouwen, waarin dan schakelaars, aansluiting voor voeding, potmeters én de LED s een plaatsje vinden. Een rood filter voor de uitsparing voor de matrix en de score-aanduiding geeft het geheel een fraaie finish. Eventueel kunt u de voeding ook vervangen door penlights. Houd in dit geval wel rekening met de stroom door de LED s. R R kunnen dan eventueel verhoogd worden om de batterijen te sparen. Software Nu rest nog de programmatuur in de PIC, deze keer dus een PICF. Aangezien het hier om een spelletje gaat waarbij de kosten niet te hoog mogen oplopen, hebben we gezocht naar een zeer eenvoudige programmer waarmee iedereen de PIC zelf vanuit de PC kan programmeren. Elders in dit nummer vindt u hierover een artikel met nadere uitleg. De software is, zoals u inmiddels van ons gewend bent, gratis van de elektuur-website te downloaden (nr. 000-). Ontwerp: Andy Morell Tekst: David Daamen (000) T C T K K T P K + D D D D D D D D BZ - R R R R0 R R R R R D D0 D D D D D D S R D D D D0 D D D D T T T T T T T T P K D D D D D D0 D D C R R D D D D D D D D0 IC D D D D D D D D C X C C C C D D0 D D D D D D C R R R S S D D D D0 D D D D D D D D D D0 D D IC IC D D D D D D D D0 C0 D D D D D D D D C LD 000- Figuur. De print bestaat uit twee delen die via twee flatcables met elkaar worden verbonden. D IC IC LD K + 0 K Advertentie /00 - elektuur

5 000- (C) ELEKTOR non reflected

6 reflected ELEKTOR (C) 000-