Žiūrėti kompiuterį Z80: 6 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Anksčiau aš parašiau vadovą, kaip sukurti Z80 pagrįstą kompiuterį, ir sukūriau grandinę, kad ji būtų kuo paprastesnė, kad ją būtų galima sukurti kuo paprasčiau. Aš taip pat parašiau nedidelę programą, naudodamas tą pačią paprastumo idėją. Šis dizainas veikė gana gerai, bet aš nesu juo visiškai patenkintas. Pradėjau perrašyti jai skirtą programą, kuri leido ją užprogramuoti vykdymo metu. Tai leido man išbandyti kodo gabalus, neskiriant jo EEPROM, o tai savo ruožtu pareikalaus man perprogramuoti EEPROM. Man tai neatrodė linksma idėja. Tada pradėjau galvoti apie atminties vietas. Jei norėčiau prijungti techninės įrangos dalį (daugiausia IO), kodo dalis gali viršyti sistemai skirtos atminties. Atminkite, kad dizainas naudojo tik apatinį adreso magistralės baitą, o apatinis aukšto baito bitas buvo naudojamas norint pasirinkti tarp ROM ir RAM vietų. Tai reiškė, kad turėjau naudoti tik 253 baitus vietos. Galbūt jūs klausiate, kodėl 253, o ne 256. Taip yra todėl, kad mano naujas kodas rašytinės programos pabaigoje įveda tris baitus duomenų (tai bus aptarta vėliau, kai pakeičiau, kad veiktų naujas dizainas).

n

Grįžau prie savo senų schemų ir pažiūrėjau, kas dar vyksta. Radau nedidelį atminties atrankos grandinės trūkumą, kurį užmaskuosiu, kai ten pateksiu. Supaprastinta versija: visos rašymo užklausos iš tikrųjų būtų vykdomos, nors ji visada buvo įdėta į RAM. Tikriausiai dėl to nebuvo verta nerimauti, bet šį kartą norėjau tai padaryti tinkamai. Ir su tuo aš pradėjau piešti naują schemą. Prie šio puslapio pridėtos dvi nuotraukos yra prieš ir po faktinės grandinės. Išvaliau tiek daug spagečių laidų, tai nėra juokinga.

n

Jei sekėte mano pirminį pareiškimą ir planuojate sekti kartu su šiuo, jūs manęs nekęsite. Jei pradedate nuo naujo, jums pasisekė. Tiesiog paimkite sąrašo dalis (arba jų atitikmenis) ir sekite.

Priedai:

LM7805 - 5 voltų reguliatoriusZ80 - procesorius; sistemos smegenysAT28C64B - EEPROM. „Nuolatinė“duomenų saugykla, naudojama kompiuterio programinei įrangai IDT6116SA - SRAM; naudojamas vartotojo kodui ir (arba) bendram duomenų saugojimuiNE555 - Sistemos laikrodis74HC374 - „Octal D -Latch“su /OE; naudojamas kaip įvesties lustas74LS273 - Octal D -Latch su /MR; išvesties mikroschema TLC59211 - LED tvarkyklės mikroschema (naudojama taip, kad 74LS273 galėtų valdyti šviesos diodus, nes ji viena nepajėgi išvesti dabartinės išvesties) MC14572 - tai „Linijos tvarkyklės“mikroschema, tačiau pastebėjau, kad ji puikiai tinka atminties valdymo logikai. Jame yra 4 keitikliai ir NAND ir NOR vartai, įmontuoti 74LS32 - Quad OR gateCD4001 - Quad NOR gateCD4040 - 12 Stage Ripple Counter; Nubrėžtas, bet neįdiegtas laikrodžio skirstytuvas (skirtas sistemai veikti mažesniu laikrodžio greičiu) 555 laikmačio grandinė, todėl naudokite viską, ko norite. Kitas naudojamas šviesos diodams valdyti, todėl taip pat pakeiskite, jei norite 8, aš naudoju juostos diagramą (HDSP -4836) 4 Kondensatoriai - du naudojami LM7805; 0,22uF ir 0,1uF. Vienas skirtas 555 laikmačiui, todėl naudokite tai, kas, jūsų nuomone, yra teisinga. Paskutinis skirtas įjungimo iš naujo nustatymui; 100uF2 N. O. Spaudimo mygtukai - vienas naudojamas įvesti, kitas - iš naujo nustatyti 8 SPST DIP jungikliai - duomenų įvedimas; Aš naudojau „Piano Key styleWire“. Daug ir daug laidų

n

PASTABA: MC14572 per skylę versija yra pasenusi, tačiau SMD versija vis dar aktyvi (net „ne naujo dizaino“būsena), todėl gali tekti įsigyti plokštę, kad galėtumėte ja naudotis. Vietoj MC14572 galima naudoti antrąjį 74LS32 (žr. Ankstesnės „ible“schemos „atminties pasirinkimo grandinę“)

1 veiksmas: greita pakeitimų ir schemų apžvalga

Kaip skaityti schemas: rodyklė, nukreipta į lustą, yra įvestis: įvestis>-Rodyklė, nukreipta nuo mikroschemos, yra išvestis: išvestis <-autobusai naudoja eilutę, o ne rodyklę: magistralė |-

n

Dauguma žetonų buvo nubrėžti naudojant tikslius kaiščius. Ant šių lustų buvo nupieštas nedidelis kritimas. Daugumoje lustų taip pat yra kaiščių numeriai ir etiketės. Jie gali būti šiek tiek sunkiai skaitomi. Mano pieštukas darėsi nuobodus.

n

Kalbant apie grandinių jungtis, naujojo dizaino išdėstymas iš esmės nesikeičia nuo pradinio. Prijungiau apatinį adreso aukštąjį baitą prie atminties, o tada naudoju žemą viršutinio griovelio bitą (A12) RAM/ROM pasirinkimui. Tai reiškė, kad ROM erdvė padidėjo nuo 0000-00FF iki 0000-0FFF. Avinų erdvė padidėjo nuo 0100-01FF iki 1000-1FFF. Aš taip pat pakeičiau atminties valdymo logiką, kad būtų geresnis dizainas, ir pridėjau du naujus būsenos šviesos diodus (ir tam tikrą klijų logiką). Aš taip pat nubraižiau (bet ne laidą) laikrodžio daliklio grandinę. Jis turėjo atlikti dvi funkcijas. Akivaizdi funkcija yra padalinti laikrodžio dažnį žemyn. Kita funkcija skirta PWM (impulso pločio moduliacijai), nes 555 nesukuria bangų, kurių darbo ciklas yra 50%. Šioje grandinėje tai tikrai nesvarbu, tačiau jei norite naudoti laikrodį kai kuriems šviesos diodams valdyti, tikrai pastebėsite efektus (vienas (-ų) šviesos diodų (-ų) rinkinys bus silpnesnis nei kitas). Visa kita grandinė iš esmės nesikeičia.

2 veiksmas: procesorius, atmintis ir atminties valdymas

Tai yra ta dalis, kurioje mano ankstesnės versijos skaitytojai manęs nekenčia. Pradinėje konstrukcijoje aš tiesiog šiek tiek mečiau dalis ant lentos toje vietoje, kur atrodė, kad jos nesukels problemų dėl laidų prijungimo. Rezultatas atrodė taip, tarsi kažkas ant jo išmestų lėkštę spagečių ir būtų tarsi „laidai“! Norėjau jį šiek tiek išvalyti, todėl pradėjau plėšydamas viską, išskyrus procesorių, RAM ir ROM. Aš ištraukiau beveik visą įvesties grandinę, išvesties grandinę ir klijų logiką. Man buvo beveik skaudu tai padaryti, bet tai buvo būtina. Aš palikau nepažeistus visus duomenų ryšius ir apatinį adreso magistralės baitą. Tada aš prijungiau kitus keturis adreso magistralės (A8-A11) bitus prie ROM lusto. Šį kartą pasirūpinau apeiti mikroschemą, kad būtų lengviau prisitraukti perprogramavimui. Aš taip pat peršoko adresų jungtis iki RAM lusto.

n

Nespėjus to padaryti, dabar turėjau įjungti atminties valdymo logiką. Pradinėje schemoje aš prijungiau procesoriaus /MREQ liniją tiesiai prie /CE prie abiejų atminties lustų, tada prijungiau /WR prie RAM /WE. Tada turėjau CPU /RD ir /MREQ logiškai ARBA kartu, taip pat A9. Iš esmės jis buvo nustatytas taip, kad visos atminties užklausos suaktyvintų ir RAM, ir ROM, tačiau A9 buvo naudojamas norint pasirinkti, kuris iš lustų /OE buvo pasirinktas. Tai buvo gerai ir viskas todėl, kad lustai liks neaktyvūs, kol nebus pateikta atminties užklausa, o tada tik vienas /OE bus aktyvus skaitymo užklausos metu. Tai užkirto kelią susikalbėjimui, tačiau įvedė nepatogų niuansą. Kadangi A9 buvo naudojamas tik norint nustatyti, kuris lustas išvedė duomenis, ir kadangi procesorius turėjo tiesioginę prieigą prie RAM /WE kaiščio, visos ir visos rašymo užklausos bus įvykdytos. Tai buvo gerai ROM, nes jo rašymo režimą slopina susiejimas /WE tiesiogiai su 5 V maitinimo šaltiniu. Tačiau RAM bus rašoma nepriklausomai nuo A9. Tai reiškė, kad bandymas rašyti į ROM vietos vietą bus įrašytas į tą pačią RAM vietos vietą.

n

Vienas iš sprendimų būtų perjungti valdymo logiką taip, kad procesorius turėtų tiesioginę prieigą prie lustų /OE ir /WE kaiščių, o tada naudojant MREQ ir A12 pasirinkti, kurie lustai /CE buvo varomi. Aš ėmiausi šios idėjos, bet užuot naudojęs keturis NOR vartus ir keitiklį, kaip ir originalus dizainas, radau nepatogią mažą mikroschemą, kuri puikiai tinka šiai užduočiai. Turėjau sukurti grandinę, kurioje būtų naudojami tik lusto turimi loginiai vartai, tačiau tai buvo pakankamai paprasta. A12 tiekiamas tiesiai į NAND vartus ir NOR vartus. /MREQ tiekiamas į NOR vartus, o jo komplimentas - į NAND vartus. NAND vartai naudojami vairuoti /CE RAM, o NOR išvestis apverčiama ir naudojama ROM /CE vairuoti. Dėl to /MREQ turi būti mažas prieš pasirenkant bet kurį lustą, o tada A12 pasirenka, kuris iš jų bus pasirinktas. Naudojant šią sąranką, bet kokios rašymo užklausos į ROM nieko nepadarys. Tai taip pat taupo energiją, nes aktyvus tik vienas lustas, o ne abu. Kalbant apie patį loginį lustą, mes vis dar turime du nenaudojamus keitiklius. Vienas pripras vėliau, bet mes ten nuvyksime.

3 žingsnis: sistemos būsenos šviesos diodai

Prieš pradėdamas šį projektą, bandžiau prisijungti prie tam tikro IC, tačiau turėjau problemų. Nežinodamas, kas vyksta, aš naudoju skydelio tvirtinimo šviesos diodą, kad galėčiau zonduoti (vienas iš tų mazgų, kuriuose yra įmontuotas rezistorius). Tai davė man nostalgijos idėją, kuri vis dar naudojama: būsenos šviesos diodai rodė, ar atmintis skaitoma, ar rašoma. Jis turėjo būti naudojamas kartu su įvesties šviesos diodu, kurį jau turėjau. Įvesties šviesos diodas buvo prijungtas prie /WAIT signalo generatoriaus, kad mums parodytų, jog sistema laukia įvesties (aš ten pateksiu, nesijaudinkite). Aš svarsčiau pridėti šviesos diodą, nurodantį IO rašymą, bet supratau, kad išėjimo šviesos diodų keitimas jau būtų puikus to rodiklis. Pagalvojus, gal dar pridėsiu. Nepaisant to, manau, kad naudinga žinoti, ar atmintis skaitoma, ar rašoma. Bet kokiu atveju tai naudinga programos derinimui. Aš iš tikrųjų labai ją panaudojau bandydamas priversti savo programą veikti: „kodėl ji rašo atmintyje? Tai dar neturėtų daryti!"

n

Šiems šviesos diodams valdyti naudoju keturių NOR vartus. Aš naudoju visus vartus. Būsenos signalams generuoti buvo naudojami tik du, tačiau lustas neturi maitinimo galimybių iš tikrųjų valdyti šviesos diodus. Jie sugeba nuskęsti tiek energijos, todėl kitus du NOR vartus naudojau kaip keitiklius ir prijungiau šviesos diodus. Kadangi vienas šviesos diodas naudojamas skaityti, o kitas - rašymui, o skaitymo ir rašymo užklausa neįvyks tuo pačiu metu, man pavyko išsisukti naudojant tik vieną rezistorių abiem šviesos diodams. Kalbant apie signalus, kuriuos man reikėjo iššifruoti, tai taip pat buvo pakankamai paprasta. Norėjau, kad būtų parodytos visos atminties skaitymo užklausos, todėl pirmųjų NOR vartų įėjimuose buvo /MREQ ir /RD. Rašymo būsena buvo šiek tiek sudėtingesnė, bet tokia pat lengva. Aš vis dar naudoju /MREQ kaip vieną įvestį, tačiau naudojant /WR kaip kitą, atsirastų nedidelis niuansas, kurio norėjau išvengti. Būtų nurodytos VISOS rašymo užklausos. Aš norėjau tik tų, kurie iš tikrųjų išgyveno. Taigi kaip aš tai daryčiau? Na, pamenate, kaip aš nustatiau sistemą, kad būtų galima parašyti tik RAM? Aš naudoju RAM /CE kaip kitą įėjimą į NOR vartus. Tai reiškia, kad šviesos diodas užsidegs tik tada, kai pasirenkama RAM ir pateikiama rašymo užklausa. Kalbant apie LED spalvą, kaip skaitymo indikatorių pasirinkau oranžinę (bet radau tik geltoną), o raudoną - kaip rašymo indikatorių.

4 žingsnis: įvestis ir išvestis

Ankstesniame žingsnyje galbūt pastebėjote, kad kai kuriuos likusius komponentus jau pridėjau prie lentos. Aš rezervavau vietą, kad netyčia neįdėčiau laidų ten, kur norėjau komponento (taigi turėčiau rasti naują minėto komponento vietą). Galbūt pastebėjote, kad įvesties jungiklius palikau vietoje ir prijungiau prie maitinimo šaltinio. Nusprendžiau, kad pradinė vieta buvo tobula vieta, ir nusprendžiau išvesties šviesos diodus pastatyti šalia (aukščiau). Dešinėje juostos ekrano pusėje yra įvesties skląstis. Virš to yra išvesties skląstis, o kairėje - LED tvarkyklė. Pradėjau prijungdamas ekraną prie tvarkyklės, nes tai buvo lengviausia padaryti. Tada jungiau jungiklius prie įvesties skląsčio įvesties pusės. Tada aš prijungiau išvesties skląsčio išėjimo pusę prie LED tvarkyklės. Tai gali atrodyti nepatogus nurodymas prijungti šiuos laidus, tačiau tai buvo priežastis. Išvesties skląsčio įvestis turėjo būti prijungta prie duomenų magistralės, taip pat įvesties skląsčio išėjimas. Idėja buvo prijungti įvesties skląsčio išėjimus prie išvesties skląsčio įėjimų, ką aš padariau. Tada man beliko tą netvarką prijungti prie duomenų magistralės. Nesvarbu, kur šie ryšiai buvo fiziškai, nes jie visi bus prijungti elektra. Dabar kompiuteris beveik baigtas.

5 veiksmas: įvesties ir išvesties nustatymas ir užbaigimas

Atsiprašome, šio žingsnio nuotraukų nėra. Nuotraukų ieškokite ankstesniame žingsnyje.

n

Galbūt pastebėjote paskutinėje ankstesnio veiksmo nuotraukoje, kad aš turėjau žalią mygtuką ir kitą loginį lustą. Lustas yra ARBA vartai. /WAIT signalui generuoti naudojami du vartai. Na, vienas generuoja signalą iš procesoriaus OR-ing /IORQ ir /RD. Išvestis tiekiama į antruosius vartus, kur dar kartą paspaudžiamas mygtukas ARBA. Mygtukas padidina vartų įvestį, todėl išvestis yra aukšta. Ši išvestis tiekiama į procesorių /WAIT kaištį. Nespaudžiamas rezistorius įvestį laiko žemą. Iš pradžių naudojau 10K rezistorių, bet LS32 iš tikrųjų išvedė įtampą įėjime. Rezistorius nenukrito pakankamai žemai ir turėjau jį pakeisti 1K. Bet kokiu atveju idėja yra ta, kad kai pateikiama IO skaitymo užklausa, pirmasis ir antrasis OR vartai liepia procesoriui palaukti. Nustačius įvesties jungiklius į viską, ko norite, paspaudžiate mygtuką ir CPU išeina iš laukimo būsenos. Žalias „įvesties“šviesos diodas, kaip aš jį pavadinau ankstesniame žingsnyje, yra prijungtas taip, kad kai /WAIT kaištis nusileis, jis užsidegs.

n

Bet mes dar nebaigėme. Įvesties klavišui reikia signalo, kad jis žinotų, kada duomenų įvestis yra teisinga ir turėtų būti perduota procesoriui. Šis laikrodžio kaištis yra aktyvus. Anksčiau mes tiesiog prijungėme jį prie mygtuko. Tai vis dar tinkama parinktis, tačiau šį kartą pasirinkau ją įdėti į tą pačią išvestį kaip ir antrieji OR vartai. Šis IC taip pat turi /OE kaištį, kurį reikia varyti. Jei jis būtų laikomas aukštai, jis niekada neįterptų duomenų į magistralę. Jei jis būtų laikomas žemai, jis visada vairuotų autobusą. Norėdami tai išspręsti, aš tiesiog naudojau trečius ARBA vartus. Įėjimai yra /IORQ ir /RD, o išėjimas eina tiesiai į skląsčio /OE.

n

Išvesties skląsčiui taip pat reikia įjungti laikrodžio kaištį. Vėlgi, jis yra aktyvus. Savo schemoje aš nupiešiau ketvirtus ARBA vartus, tiesiogiai varantį kaištį, naudojant /IORQ ir /WR. Tai reiškė, kad laikrodžio kaištis bus laikomas aukštai, kol bus pateiktas rašymo prašymas, tada jis vėl nusileis, tada vėl bus aukštas. Tai tikriausiai būtų buvę gerai, nes duomenų magistralėje vis tiek būtų buvę galiojančių duomenų iškart po bandymo rašyti, tačiau inžineriniu požiūriu tai buvo šiukšlių dizainas. Aš nepastebėjau šios klaidos, kol nufotografavau paskutines nuotraukas, bet aš suplėšiau tą ryšį ir tada padėjau OR vartų išvestį į vieną iš nenaudojamų keitiklių iš atminties valdymo logikos, tada prijungiau jos išvestį prie laikrodžio kaiščio. Aš taip pat pataisiau schemą ir radau kitą padarytą klaidą. Aš taip pat pataisiau.

n

Kai visa tai buvo padaryta, turėjau atlikti labai nedaug darbo: iš naujo nustatyti grandinę. Pridėjau mygtuką prie plokštės ir naudoju 10K rezistorių, kad viena pusė būtų aukštai. Kita pusė eina tiesiai į žemę. Aukštai laikoma pusė yra /RESET išvestis, kuri atiteko kiekvienam lustui su /RESET kaiščiu (procesorius ir išvesties skląstis). Norėdami iš naujo nustatyti įjungimą, prie /RESET išvesties pridėjau kondensatorių. Idėja yra ta, kad dėl didelės vertės rezistoriaus santykinai didelis kondensatorius lėtai įkraunamas ir tam tikrus laikrodžio ciklus laiko žemai /RESET kaiščius (procesoriui reikia keturių laikrodžio ciklų). Tikriausiai jau galite atspėti, kokia yra neigiama šios grandinės pusė. Tai tas pats neigiamas kaip ir ankstesnė versija, nes tai ta pati grandinė. Paspaudus mygtuką, kondensatorius iš esmės yra trumpas per mygtuką. Tai blogai tiek dangteliui, tiek mygtukui, taigi, jei norite, kad jūsų pastatas būtų šiek tiek patvaresnis, galbūt norėsite jį pertvarkyti. Aš galvojau apie dar vieną 555 laikmatį, nustatytą monostabiliuoju režimu. Bet su tuo kompiuterio grandinė dabar baigta. Valio. Dabar jį reikia užprogramuoti.

6 žingsnis: programavimas

Šio dalyko programavimas buvo košmaras. Aš sukūriau „Arduino EEPROM“programuotoją. Tai neveikė. Aš sukūriau kitą pagal kažkieno dizainą ir kodavimą. Vis tiek neveikė. Grįžau prie išbandyto metodo rankiniu būdu rankiniu būdu nustatyti adresus ir duomenų baitus. Kažkaip tai sujaukiau. Bandžiau dar kartą ir vis tiek suklydau. Grįžau dar kartą ir atradau, kad jis buvo išjungtas vienu baitu, todėl pataisiau ir, ačiū Dievui, pagaliau pavyko.

n

Kalbant apie tikrąją programą, atrodo, kad ji yra labai sudėtinga ir sunku sekti, tačiau taip nėra. Tai gana paprasta, iš tikrųjų. Pusė jo yra skaičių kopijavimas aplink. Kitą pusę dalijasi 16 bitų matematika, sąlyginiai šuoliai ir dar daugiau skaičių kopijavimo. Taigi leiskite man pereiti ir papasakoti, kaip tai veikia.

n

Inicijavimas tiesiog nustato kai kurias registro reikšmes, kurias turi naudoti programa. Programos ciklas yra šiek tiek sudėtingesnis, bet ne daug. Pirma, jis priima įvestį į A registrą prievade 00. Tada E registras įrašomas į atmintį. Pirmose dviejose kilpose E registre yra nepageidaujamų duomenų, todėl bandome juos įrašyti į paskutinius du baitus ROM vietos, nes jie iš tikrųjų nebus parašyti; tada padidinamas adreso žymeklis (IY). Tada D išsaugota vertė perkeliama į E, kad būtų parašyta toliau. Tada A įkeliamas į D, o L, o E nukopijuojamas į H. Pirmoji lyginamoji vertė yra saugoma registruose B ir C. B ir C yra laikomi vienu 16 bitų registru, BC. Jei reikšmės yra vienodos, programa pereina tiesiai į RAM erdvę, kurioje, kaip manoma, yra vartotojo kodas. Jei kodas BC nesutampa, tada HL perkraunamas su pradinėmis D ir E reikšmėmis ir vėl lyginamas su SP reikšme taip pat, kaip buvo lyginamas su BC. Jei tai yra rungtynės, rezultatas yra tas pats, tačiau į atmintį įrašomi trys papildomi baitai. Baitai yra kodas, dėl kurio procesorius grįžta į pačią programos pradžią (programinės įrangos atstatymas). Tačiau jei antrasis palyginimas nebuvo atitiktis, programa sugrįžta į vietą, kur ji paima vertę iš vartotojo.

n

LD SP, EDBFH; exe kodas (prideda šuolį)

n

LD IY, FFEH; pradinė atminties rodyklė kodui saugoti

n

LD BC, EDC3H; exe kodas (be kilpos)

n

kilpa; surinkėjo direktyvą, todėl mums nereikia žinoti, kur atmintyje yra ši dalis

n

IN, (00H); gauti programos duomenis

n

LD (IY+00H), E; E yra kodas, kurį reikia saugoti

n

INC IY; pereiti į kitą atminties vietą

n

LD E, D; ld D į E

n

LD D, A; ld į D

n

LD H, E; ld E į H

n

LD L, D; ld D į L.

n

ARBA A; atkurti nešiojimo vėliavą

n

SBC HL, BC; grąžina 0, jei buvo įvestas exe kodas 2

n

JP Z, 1000H; jei taip, pereikite prie programos ir ją vykdykite

n

LD H, E; priešingu atveju atnaujinkite jas iki tinkamų reikšmių

n

LD L, D.

n

ARBA A; pirmasis atimtis galėjo nustatyti nešimo vėliavą. Išvalykite

n

SBC HL, SP; grąžina 0, jei buvo įvestas 1 kodas

n

JP NZ, kilpa; jei ne, pakartokite procesą (pradedant nuo vertės gavimo)

n

LD (IY+00H), C3H; priešingu atveju įveskite šuolio kodą vartotojo programos pabaigoje

n

LD (IY+01H), 00H; šuolis iš esmės veikia kaip programinės įrangos atstatymas

n

LD (IY+02H), 00H; tai yra visiškas atstatymas, jei registrai bus pakeisti

n

JP 1000H; pereikite prie ir paleiskite vartotojo programą