652 CPU-kaart Een zelfstandige single board computer op eurokaart-formaat. Dat is waarschijnlijk de beste omschrijving die we van deze CPU-kaart kunnen geven. De CPU-kaart is zodanig opgezet dat ze bijzonder universeel is. Met andere woorden: je kunt er alle kanten mee op. De keus van de 652 microprocessor is daarbij niet vreemd: dit type is al lang bekend van de junior computer. Het voordeel daarvan is dat er direkt een hoop hardware en software (van de junior) beschikbaar is voor deze 652 CPUkaart. 652 CPU-kaart De 652 CPU-kaart kan zonder meer één van de meest veelzijdige kaarten uit het Elektuur-microprocessorprogramma worden genoemd. En dat beslist niet zonder reden. Voordat we de CPU-kaart nader gaan bekijken zullen we een aantal toepassingsmogelijkheden noemen. Dat geeft waarschijnlijk een goede indruk van de veelzijdigheid. Gebruik als single board besturingscomputer is mogelijk, bijvoorbeeld voor machinebesturing of procesbewaking. Of pas hem toe als morse-dekoder, telefoonkiezer, simulator-emulator, PROM/EPROM programmer, enzovoorts enzovoorts. Alleen gebrek aan fantasie kan ons hierin beperken. Verder kan de CPU-kaart worden gebruikt in kombinatie met andere pp-kaarten. De kombinatie van CPU-kaart met VDU-kaart levert bijvoorbeeld een universele terminal (elders beschreven in dit nummer), terwijl een CPU-kaart samen met een VDU-kaart, een dynamische RAM-kaart en een floppydisk interface een intelligente terminal vormt. Hiervoor verwijzen we ook naar het artikel van de VDU-kaart uit Elektuur september, waar een dergelijke opzet al besproken werd. Het blokschema Nu weer terug naar de CPU-kaart zelf. We zullen alle "features" hier niet nog eens opnoemen, die kunt u vinden in het kader aan het begin van dit artikel. Belangrijker is de totaalopzet van de CPU-kaart. Omdat het schema zelf nogal ondoorzichtig is zullen we eerst kijken naar het blokschema, weergegeven in figuur 1. Geheel rechts staat de microprocessor, een 652 of de CMOS low power versie hiervan, de 65CO2 (zie oktober-nummer). Een klokgenerator levert de frekwenties 1, 2 en MHz, zodat men de gewenste klokfrekwentie eenvoudig kan kiezen door het leggen van een draadbrug. Alle adreslijnen van de CPU zijn zowel gewoon als geïriverteerd beschikbaar en allemaal gebufferd. Ook voor de datalijnen zijn buffers aanwezig. De lijnen van de control-bus zijn niet gebufferd, maar dat is gewoonlijk ook niet nodig. Er zijn twee VIA's type 6522 (Versatile Interface Adapters) aanwezig. Voor meer bijzonderheden over de opbouw en werking van deze vrij komplexe IC's verwijzen we naar het VIA-boek. We vermelden hier alleen even dat elke VIA beschikt over twee bidirektionele poorten A en B, vier handshake-lijnen (met handshakelijnen wordt data-verkeer geregeld), twee zestien-bits counters/timers en een achtbits I/O-schuifregister. De 6551 ACIA (Asynchronous Communication Interface Adapter) is eveneens een zeer veelzijdig IC. In dit geval wordt de ACIA gebruikt voor de RS 232/ V2 interface. Het IC zorgt voor de baudrate, parallel/serie-omzetting, foutdetektie etc. etc. De ACIA zorgt dus voor de seriële data-overdracht. Tussen de ACIA en de RS 232 konnektor zijn nog wat poorten opgenomen die zorgen voor de noodzakelijke nivo-aanpassingen (RS 232 werkt met een positieve en een negatieve voedingsspanning). 11-36
1 652 CPU-kaart adres dekoder C CS 6522 VIA > port A parallel keyboard port A 1 handshake aansluiting "....=.} port B S- handshake > port B Centronicsaansluiting AO Al5 A..A15 adresbus 6522 VIA > port A 1 port A f handshake port B : handshake ACIA + display programmering adresbus buffer < > port B 12 V, c 5., co AO Al5 I) CPU 652 65CO2 databus buffer databus adres dekoder 6551 ACIA RAM 5516 556 6116 616 nivo- aanpassing 2K*8 81.8 (1) o RS 232/V2 aansluiting klokgenerator reset logika N /I- EPROM 2716 2732 276 27128 2K*8 K*8 8K*8 16K*8 8318-1 Op de CPU-kaart is plaats voor één RAM-IC en één EPROM-IC. Voor de RAM heeft men de keuze tussen een 2 Kbyte en een 8 Kbyte CMOS-geheugen. Ook voor de EPROM zijn er diverse mogelijkheden:2 Kbyte, Kbyte, 8 Kbyte en 16 Kbyte. De VIA's en de ACIA hebben een gemeenschappelijke en de geheugen-ic's elk een eigen adresdekoder. Verder zijn alle IC 's gekoppeld met de adres- en databus en (met uitzondering van de EPROM) met de control-bus. Een reset-schakeling zorgt ervoor dat de processor automatisch gereset wordt bij het inschakelen van de voedingsspanning. Door middel van de drukknop kan men ook een reset met de hand bewerkstelligen (manual reset). De kaart bezit een 6-polige konnektor voor aansluiting op de Elektuur-bus. Op deze konnektor zijn aangesloten: control- 652 CPU-kaart features 652/65CO2 CPU 2 x 6522 VIA 1 x 6551 ACIA 2 K of 8 K RAM 2 K, K, 8 K of 16 K EPROM volledige adresdekodering geheel gebufferde data- en adresbus 6-polige Elektuur-bus DMA mogelijkheid 1, 2 en MHz klokfrekwentie 8-bit ports 16-bit timers 2 seriële dataports 8 handshake-lijnen parallel keyboard aansluiting Centronics-aansluiting RS 232/V2-aansluiting alle 1/-lijnen op konnektors uitgevoerd Figuur 1. Het blokschema van de 652 CPU-kaart. Opvallend zijn de vele aansluitmogelijkheden. 11-37
652 CPU-kaart 2a.12 V DO 7c re: 26o 1~.~. In~MMIEMI InZ~MM 7 o 61 rj IC13 N35... N ((r7 ")~ -. 17 15 6 13 8 1 IC12 31161 5112111 1 15 A > > E R7 R6 R3 R5 R 17 15 6 13 8 11 17 15 6 13 8 11 A2 1 1 12 13 1 15 16 17 1 19 2 22 232 25 ABO IRO RES NMI NC7161 RDY 8 6, =C NC,IAM./ NCIOSCI SYNC 37 ;,,,n o Wei 136 3 (65CO2) 1 6 7 7 26 1C1 ó N 3.. N. \ - 15,17, / zon.'/ 2 15 1 51- Al 15 519 12 25 IC6 op EPROM 2716 2732 276 27128 All 11.6 1 GNO wo I. u vcc lo. 5516 556 2 ' (6166 16) 6 B 19 N 67 23 AI 1 11 2,, G D 27 \ - - -- 15 15 A B 51 C 71 AR E 15 F 7 G 8 73 H A8 J 15 CD. R1 R1 1115 v 81 55 IC2 1 DH PO rnis isrg 7:7 RAM J Pr DO J31 7 5 V SV FF1 CLK mg 12. c, FF2 a ot! R18 Dl R 7 1518 Cl 1= C2 rn RES 51...56=1C7=7LSO FFI,FF2=IC8=7LS7 N7...N1=1C9=7LSO1 N11...N18=1C1=7LS2 N19...N26=1C11=7LS2 N27...53=1C12=7LS2 N35...N2=IC13=7LS2 N3...558=IC1=7LS25 N59 = IC15 =75133(7ALS133) N6=1C16.7153 561=IC17=7LS3 N69... N73 = 7/6 IC2 = 715617155/ e.12 e.5 e / 2 1111111111(5 IC7 IC8 IC9 IC1 IC11 IC12 IC13 IC1 IC15 IC16 IC17 IC2 T?9 8318 2a 11-38 bus, gebufferde adres- en databus, +12 V, + en 12 V. Tenslotte nog iets over de VIA-aansluitingen. Port A van de eerste VIA wordt gebruikt voor een parallel-keyboard-aansluiting en port B voor een Centronics-aansluiting. Port A en B van de tweede VIA worden gebruikt voor het programmeren (via kortsluitstekkertjes) van de ACIA, van het beeldformaat (alleen in kombinatie met de VDU-kaart) en nog enkele andere zaken. Al deze mogelijkheden zijn vermeld in tabel 1. Het elektrische schema Na de beschrijving van het blokschema zal het "echte" schema niet veel vragen meer oproepen. Hier zien we weer de processor IC1, met daarnaast de tri state buffers N11... N58 voor de data- en adresbus. De kristalgenerator is opgezet met twee poor-
2b 652 CPU-kaart cm 632 CS2 CS1 PA] 1 C2 CA2 Do 6522 D62 N62... N6 = k IC18 = 188 (SN75188) N65... N68 = IC19 = 189 (SN 75189) efi Clg D7 12E, P8 11 12 3 15 16 P87 17 12 V R2 6 63 IflOFS RES RAN' jj (1>2. DO ACICMD PA7 2 D1...D8 19 2 21 22 9 2 PL7 1 D7 ig int+ AC CTL PA? 89...516 AO 12 V +5v# OVØ_L 12v CAI CA2 IC3 6522 18 CB1 16 15 1 13 PAO 2 c. 1 5 V ',r, P8 P81 P82 P83 P8 P87 P86 P85 8318 2b ten, Nl en N2, gevolgd door twee delers FF1 en FF2. Via de kortsluitkonnektor PL1 kan men de gewenste frekwentie voor de processor instellen. Door de punten M en N door te verbinden worden de flipflops buiten spel gezet (bijvoorbeeld bij gebruik van een andere klok). Vlakbij de klokgenerator zien we ook de resetschakeling, waarvan N71, N72 en N73 deel uitmaken. Bij het inschakelen van de 5 V voedingsspanning zorgt de RC-kombinatie R17/C1 ervoor dat de resetingang van de CPU pas na,5 sekonde wordt vrijgegeven. Op de punten P en Q kan men eventueel een drukknopschakelaar (verbreekkontakt) aansluiten voor "manual reset". De adresdekoder voor de VIA's IC2 en IC3 en de ACIA IC wordt gevormd door N59. De adresdekoder voor de RAM IC5 is N6 en de dekoder voor de EPROM IC6 is N61. Op de ACIA is een kristal aangesloten dat dient voor het opwekken van de verschil- Figuur 2. Als men de blokken van het blokschema vervangt door de IC's, dan heeft men al bijna het hier afgebeelde "echte" schema. Door de vele verbindingslijnen lijkt het ingewikkelder. 11-39
652 CPU-kaart 3 r -.2.J~~ 1331E1-1 soldeerzijde ~ B ~MI ~ / ~. d r s e d e sa e s \ 19 s -a a _p~i o jr ~" as,~as 2_1 * OR/W' 12' AQ Al 2A2 *A3 2 11 p a c, - Figuur 3. De dubbelzijdige print waarop CPU, RAM, EPROM, klokgenerator en reset-logika zijn ondergebracht. 11- lende baudrates. N62... N68 zijn RS 232 nivo-aanpassers. Zij vertalen de symmetrische signalen van de RS 232 lijnen naar asymmetrische (5 V) signalen voor de CPU en omgekeerd. Verder valt er niet veel te vertellen. Ja, misschien dat er vrij veel konnektors in het schema getekend zijn, maar dat is (helaas) noodzakelijk in verband met de universele opzet en de voorprogrammeringsmogelijkheden. De schakeling "trekt" in de normale uitvoering (alles "gewone" IC's) 1 ma bij + en 12 V en 1... 1,5 A bij +5 V. Ook is het mogelijk om een CMOS-CPU te gebruiken en ook voor de perifere bouwstenen CMOS-exemplaren te nemen. Het stroomverbruik wordt dan gereduceerd tot 1 ma zodat het mogelijk wordt om de zaak uit batterijen of akku's te voeden. Opbouw Figuur 3 en tonen de printen voor de CPU-kaart. Twee printen voor een single board computer? Hoe valt dat te rijmen?
komponentenzijde Onderdelenlijst Weerstanden: R1,R2,R11... R16 = 7 t R3... R1,R18,R19= 5k6 R17= 1 k R2... R23 = 39 k Kondensatoren: Cl = 711/6 V C2,C7 C2 = 1 n C3... C6 = 1 n Halfgeleiders: Dl... 16 = IN 18 IC1 = 652 (65CO2) IC2,1C3 = 6522 (65C22) IC = 6551 (65C51) IC5 = 5516, 556 (6116, 616) IC6 = 2716, 2732, 276, 27128 IC7 = 7LSO IC8 = 7LS7 IC9 = 7LS1 IC1... IC13 = 7LS2 IC1 = 7LS25 IC15 = 7S133 (7A LS133) IC16,1C17 = 7LS3 IC18 = 188 (SN 75188) IC19 = 189 (SN 75189) IC2 = 7LS6 (7LS5) Diversen: X1 = kristal 1,832 MHz X2 = kristal MHz 6-polige konnektor volgens DIN 1612, male konnektorstrips (zelf op maat te maken) bijvoorbeeld Molex 2x 862A-12 (1-89- 181) ( x 2 kontakten) lx 862A-12 (1-83- 1321) (16 x 2 kontakten) ± 25 kortsluitstekkertjes nummer 7589 Tabel 1. PL6 zie artikel universele terminal beeldformaat, alleen in kombinatie met de V DU-kaart konnektor doorverbinding PL1 PL2 PL3 zie tabel la PL zie tabel la PL5 funktieomschrijving parallel-keyboard aansluiting Centronics-aansluiting ACI A-programmering: 5, 6, 7 of 8 databits 1, 1.5 of 2 stopbits interne/externe klok ACI A-programmeri ng: enable/disable-interrupt enable/disable I RQ-line transmitter-control normal/echo-mode even/odd/no panty mark/space-panty uitgevoerde port-lijnen en stuu rl ij nen PL7 PL8 PL9 PL1 PL13 PL11 PL12 PL1 1-2 3- toepassingsafhankelijk toepassingsafhankelijk 5-6 1-2 3- M-N P-Q RS232 aansluiting low speed modem high speed VT 52-terminal RAM adresdekodering (zie voor voorbeeld artikelover universele terminal) EPROM adresdekodering (zie b.v. universele terminal) klokfrekwentie: MHz 2 MHz 1 MHz doorverbinden bij gebruik van externe klok evt. verbreekschakelaar voor manu al reset, anders een draadbrug (auto power-on res.) Helaas, door de universele opzet waardoor met kortsluitstekkers de kaart hardwarematig voorgeprogrammeerd kan worden moesten we wat water bij de wijn doen. Alles kon niet meer op één enkele print met eurokaart-formaat ondergebracht worden. Het is daarom een sandwich-konstruktie geworden van een grote (eurokaart) en een kleine print. Beide printen zijn dubbelzijdig, dus kontroleer vóór de montage van de onderdelen met een ohmmeter de doorgemetalliseerde gaten. Is dit in orde bevonden dan kunnen alle weerstanden, kondensatoren, kristallen en voetjes voor de IC's op de printen worden gesoldeerd. Ook alle konnektoren (inklusief de 6 polige buskonnektor) kunnen worden gemonteerd. Heel goed bruikbaar zijn konnektoren van Fischer Metroplast, type SL2. Hievoor zijn namelijk kortsluitbrugjes CABO IZ verkrijgbaar. Zo kunnen op eenvoudige wijze, zonder dat men direkt naar de soldeerbout hoeft te grijpen, doorverbindingen gemaakt wor- Tabel 1. De vele konnektors van de CPU-kaart met hun funktieomschrijving. 11-1
652 CPU-kaart soldeerzijde r" <(ere o" C 1331E1-2 _J O 7 : 7'e =aa,c." 1 19 1 r Figuur. Deze print wordt boven op de grote print gemonteerd en bevat de twee VIA's en de ACIA met omringend kleingoed. 11-2 de 7 72 'S... 16 den. Dergelijke konnektoren met kortsluitstekkers worden trouwens ook door verschillende andere fabrikanten geleverd. We noemen hier slechts één voorbeeld. Als alles is vastgesoldeerd kunnen de IC's in de voetjes op de grote print worden geplaatst. Bij gebruik van een 2716 of 2732 EPROM wordt het 2-pens IC "achter" in de 28-pens voet gestoken. Pen 1 van het IC komt dus in gat 3 van de voet. Dan worden, afhankelijk van de wensen van de gebruiker en met behulp van tabel 1, de kortsluitverbindingen gemaakt. Vervolgens wordt de kleine print met gebruikmaking van drie afstandsbusjes op de grote gemonteerd en worden de nodige verbindingen tussen beide printen gemaakt met korte stukjes draad. Die verbindingen betreffen de punten DO... D7, AO.... A3, CSO, CS1, ZS2, (132', R/W', RES, IRQ, +12 V, 12 V, +5 V en 1. Tenslotte worden ook op de kleine print de IC's en
komponenten-zijde 652 CPU-kaart IIL=,1,y) y/ Tabel la PL3 (vervolg) ACIA programmering 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 konnektor kontaktnummers fu n ktieomschrijv ing PL 1-2 3-5-6 PL3 1-2 (= open) 1 1 (= gesloten) aantal stopbits: 1 stopbit 2 stopbits (1.5 bij 5 bits woordlengte) 1 1 1 1 3-5-6 woordlengte: 1 1 1 8 bits 1 7 bits 1 6 bits 1 1 5 bits 7-8 baudrate-generator: extern intern 7-8 9-1 11-12 1 9-1 11-12 13-1 15-16 baudrate: 1 5 baud 1 1 75 baud 1 1 19,92 baud 1 1 1 13,58 baud 1 1 15 baud 13-1 1 1 3 baud 1 1 1 6 baud 1 12 baud 1 1 18 baud 15-16 1 1 2 baud 1 1 1 36 baud 8 baud 72 baud 96 baud 192 baud 16x externe klok pariteitsbit: geen ( = don't care) odd even mark space mode: normal echo transm itter-controls: transmitter interrupt disabled RTS-level high, transmit. off transmit. int. enabled RTS-level low, transmit. on transmit. int. disabled RTS-Ievel low, transmit. on transmit. int. disabled RTS-Ievel low, transmit. break I R Q-interrupt: enabled disabled receiver + interrupts: disable enable de kortsluitstekkers geplaatst. Passende konnektoren zoals een Centronics- of RS 232-konnektor kunen naar behoefte worden toegevoegd. Vergeet ook niet om de adresdekoder N59 met draadstukken aan te sluiten. Daarmee is de CPU-kaart helemaal klaar. De keuze van de geheugenkapaciteit van de EPROM en de RAM en het programma dat de EPROM zal bevatten hangt natuurlijk af van de toepassing en de totaalopzet van het systeem waarbinnen de CPU-kaart behoort te funktioneren. Tot slot wijzen we nog eens op tabel 1. Daarin is op overzichtelijke wijze aangegeven welke doorverbinding(en) gemaakt moeten worden voor een bepaalde toepassing. Bij een zo veelzijdige schakeling als de 652 CPU-kaart is zo'n tabel heel belangrijk! Tabel la. Nadere uitwerking van de ACIA-programmering die plaatsvindt door middel van kortsluitverbindingen in konnektor PL3 en PL. 11-3