Verwendete IO-Ports bzw. Hardware:
fehlt: *)HINWEIS zur Spule: Minifilter 21 Wdg. Kern MF 330 orange.
Jürgen Peters IG Heimcomputer am IZ
Jean-Bertrand-Str. 11 der TU Dresden
Radebeul
8122 Stand: 16. 4. 1989
Zusatzleiterplatte 64-Zeichen-Bildschirm Z 1013
Die im folgenden beschriebene Zusatzleiterplatte für den Mikro-
rechnerbausatz Z 1013 realisiert umschaltbar die Funktionen:
- Bildschirmformat 32*32 oder 64*16 (Zeichen*Zeile)
- Taktfrequenz 2 oder 4 MHz
- Steuersignal für Umschaltung des Zeichengenerators
- Steuersignal für ROM-Abschaltung
- vollständige Dekodierung des I/O-Dekoders A 27
- Beschleunigung der Signale /CAS und /WR.
1. Software-Schnittstellen
Für die softwaremäßige Umschaltung der einzelnen Zusatzfunk-
tionen wurden D-FF (DL 074) eingesetzt, da es damit möglich ist,
über die R/S-Eingänge das FF auch mit Tastern gegen Masse defi-
niert zu setzen. Die D-Eingänge der vier FF liegen am Datenbus
an D7, D6, D5 und D4. Diese Zuordnung wurde gewählt, weil durch
A 47 (D 175) die anderen Datenleitungen bereits mit einer TTL-
Last belegt sind. Für die Zuordnung der Datenbits wurden inner-
halb der IG Heimcomputer Dresden folgende Festlegungen, die als
Normvorschlag gelten, getroffen:
D7 - Umschaltung des Bildformates 32*32 oder 64*16
D6 - Umschaltung der Taktfrequenz 2 MHz oder 4 MHz
D5 - Umschaltung des Zeichengenerators ( 2. Zeichensatz )
D4 - ROM-Abschaltung
Als I/O-Adresse wurde die 4 festgelegt. Weiterhin soll mit der
Ausgabe des Datenbytes 00H auf die I/O-Adresse 4 der Grundzu-
stand des Rechners (32*32 Zeichen, 2 MHz, Originalzeichensatz
und aktives Monitor-ROM) erreicht werden. Auf der gleichen I/O-
Adresse ist das Rücklesen des aktuellen Zustandes (d. h. die
Stellung der FF) möglich. Damit ist über AND- oder OR-Befehle
ein definiertes Setzen oder mit XOR-Befehlen ein Umschalten der
Funktionen einfach möglich. Für das Rücklesen wird ein DL 257
(VI 2) eingesetzt. Die Leitung /IOSEL 1 (Pin 2 von A 27) wird
mit /RD oder /WR verknüpft und ergibt dann die Steuersignale
zum Einspeichern des Datenwortes bzw. zur Durchschaltung der
Q-Ausgänge der FF auf den Datenbus.
2. Funktion der Bildschirmumschaltung
Die Umschaltung des Bildschirmformates von 32 Zeilen mit 32
Zeichen in ein Format mit 64 Zeichen in 16 Zeilen ist vor allem
für eine effektive Textverarbeitung erforderlich. Dabei sollte
diese Umschaltung software- und hardwaremäßig möglich sein.
Das Prinzip beruht darauf, die Bildpunktfrequenz von 8 MHz auf
12 MHz zu erhöhen und einen Teiler für die Adressen des Bildwie-
derholspeichers von 1:2 in 1:3 umzuschalten. Damit werden in
einer Fernsehzeile 64 Zeichen mit je 8 Punkten dargestellt.
Die ausgenutzte Bildschirmbreite steigt damit auf 4:3 im Ver-
gleich zum bisherigen quadratischen Bild und entspricht damit
auch dem normalen Bildschirmformat. Mit dieser Schaltung wäre
eigentlich eine Darstellung von 32 Zeilen mit jeweils 64 Zei-
chen einfach realisierbar. Es wurde aber darauf verzichtet, da
dann ein doppelt so großer Bildwiederholspeicher erforderlich
wäre und die Lesbarkeit von Texten, für die diese Funktion ja
in erster Linie gedacht ist, schlechter ist. Außerdem wären
wesentlich mehr Trennstellen auf der Leiterplatte erforderlich.
Die graphischen Darstellungen erscheinen auch nicht sinnvoll,
da die Zeichen verzerrt sind.
Es werden hier die Zwischenzeilen dunkel getastet. Mit dieser
Lösung sind auch kaum softwaremäßige Anpassungen erforderlich,
da der Bildwiederholspeicher mit seiner Adressierung nicht
verändert wird.
Die Bildpunktfrequenz von 12 MHz wird mit einem LC-Oszillator
erzeugt. Die Stabilität ist für diesen Anwendungsfall völlig
ausreichend. Natürlich ist auch ein Quarz einsetzbar. Je nach
Bildformat wird über die Gatterschaltung VI 10 entweder die
8 MHz- oder die 12 MHz-Bildpunktfrequenz gewählt. VI 3 bildet
zusammen mit A 20 einen Teiler durch 3 (bei 64 Zeichen). VI 4
(DL 257) schaltet je nach gewähltem Format die entsprechenden
Leitungen um. Der Ausgang 3 des freien Gatters von A 32 wird
zum Ausgang 11 dieses Schaltkreises parallel geschaltet. An den
Eingängen 1,2 wird das Dunkelsteuersignal vom Multiplexer aus
für die Zwischenzeilen gelegt. Durch die Negation des Bildsig-
nals (einschließlich der Austastsignale) mit dem verbleibenden
Gatter ist mit einem Umschalter auch schwarze Schrift auf weißem
Grund möglich. Gegebenfalls ist für die negierte Darstellung
R 26 zu vergrößern, um eine sichere Synchronisation des Fernseh-
gerätes zu erreichen, da durch die fehlenden Schwarzschultern
das BAS-Signal nicht mehr normgerecht ist.
3. Taktumschaltung
Mit der wahlweisen Änderung der Bildpunktfrequenz muß die Rech-
nertaktfrequenz davon unabhängig erzeugt werden, da sonst die
seriellen Schnittstellen (Tonband oder Drucker) nicht mehr
funktionsfähig wären. Der 8 MHz-Quarztakt wird durch VI 9 durch
4 geteilt. Über eine Torschaltung (VI 8) wird jeweils ein Aus-
gang des FF auf die Taktleitung geschaltet. Mit dieser Konfigu-
ration ist die softwaremäßige Umschaltung mit OUT-Befehlen si-
cher möglich. Eine manuelle Umschaltung der Taktfrequenz über
die RS-Eingänge von VI 7 ist zwar möglich und im Muster auch
vorgesehen, aber dabei tritt manchmal eine Verfälschung des
RAM-Inhaltes ein.
4. Weitere Steuersignale
Für die Umschaltung des Zeichengenerators (z. B. mit negierter
Darstellung bei gesetztem 7. Bit für die Kursordarstellung in
Textsystemen) und des MEMDI-Signals für eine Abschaltung des ROM
sind je ein FF der beiden Schaltkreise VI 3 und VI 1 vorgesehen.
Durch Einbeziehung der Adressen A5, A6 und A7 sowie des negier-
ten /M1-Signals für die Auswahl des I/O-Dekoders A 27 wird mit
/IORQ eine vollständige Adreßdekodierung durch VI 5 erreicht.
Die letzte Funktion, die für den Betrieb des Rechners mit einer
Taktfrequenz von 4 MHz erforderlich ist, geht auf eine Schal-
tung von Stölzer zurück. Auf der Leiterplatte ist dafür der
VI 1 (1/2 DL 074) und die Verbindung mit /RD vorgesehen.
5. Hinweise zum Aufbau
Die Leiterplatte ist so konzipiert, daß sie über der Grundlei-
terplatte mit 4 M2-Schrauben befestigt werden kann. die Spule
des 12 MHz-Oszillators liegt dabei über dem Quarz. Für die er-
forderlichen Befestigungslöcher in der Grundplatte sind die
Koordinaten (10;17,5) (10;52,5) (107,5;10) und (107,5;40) be-
zogen auf die Kontur der Leiterplatte mit dem (0;0)-Punkt an
der Ecke mit dem Quarz vorgesehen. Es wurde versucht, mit einem
Minimum an Leiterzugunterbrechungen auszukommen, obwohl die Zahl
der erforderlichen Anschlüsse hoch ist. Neben der Entfernung der
Brücke E1 (Taktanschluß x26) sind nur noch 4 Leitungen für die
Umschaltung des Bildformates durchzutrennen.
Der Einsatz eines 2732 für den Zeichengenerator erfordert wei-
tere 2 Trennstellen, da die /CS-Leitung doppelt an 5V geführt
ist. Für die Beschleunigung der Signale /CAS und /WR nach Stöl-
zer ist die Leitung zwischen Pin 9 von A 6 und dem neuen Takt-
anschluß x26 an der entfernten Brücke E1 durchzutrennen. Die
Einspeisung des 8-MHz-Signals an Pin 9 von A 6 erfolgt durch
Verbindung mit Pin 6 dieses Schaltkreises A 6. Die Anschlüsse
x1 und x2 erfolgen direkt an den entsprechenden Pins von A17.
Für den Aufbau ist es zweckmäßig, zunächst die Leiterplatte
vollständig zu bestücken und mit einer separaten Stromversor-
gung den Oszillator auf 12 MHz voreinzustellen. Die typische
Stromaufnahme der Schaltung liegt bei 50 mA. Danach ist ein
stufenweiser Einbau günstig. Zuerst werden die vier Trennstel-
len für die Bildformatumschaltung angebracht. Die Brücke E1 für
den Takt wird auch entfernt. Nach den Anschlüssen für die Um-
schaltung des Bildformates und des Taktes wird diese Funktion
geprüft, indem das zugehörige FF (VI 7) manuell umgeschaltet
wird. Wenn die Änderungen an A 32 noch nicht erfolgt sind, wer-
den die Zeilen bei 64 Zeichen doppelt geschrieben. Wenn dieser
Teil richtig funktioniert, werden die Datenleitungen D4 ... D7
sowie /RD , /WR und /IOSEL 1 angeschlossen. Nach einer Funk-
tionsüberprüfung dieses Arbeitsstandes wird die Beschleunigung
der Signale /CAS und /WR realisiert.
Mit den einfachen Testprogrammen
INIT: LD A,00H 3E 00
OUT 4 D3 04
RST 38 FF
NEGAT: LD A,0FFH 3E FF
OUT 4 D3 04
RST 38H FF
UMSCH: IN 4 DB 04
CPL 2F
OUT 4 D3 04
RST 38H FF
kann die Funktion der softwaremäßigen Umschaltung überprüft
werden.
Als letztes wird die vollständige I/O-Dekodierung realisiert.
Dazu werden anstelle der Brücke E2 die Anschlüsse x38 und x39
angelötet.
Bauelemente bzw. Gatter, die auf der Grundleiterplatte bereits
vorhanden sind, sind im Schaltbild gestrichelt dargestellt und
entsprechend der Stromlaufpläne gekennzeichnet. Beim Entwurf
des Layoutes wurden die nicht benötigten Eingänge (A0 ... A3)
des Multiplexers DL 257 (VI 2) mit für Verbindungen genutzt, um
eine einfachere Leiterzugführung zu erreichen. Der Ersatz von
L1 und C1 durch einen Quarz ist im Leiterzugbild berücksichtigt.
Die einzelnen Funktionsblöcke sind im Schaltbild zusätzlich ein-
gerahmt.
Zur Erleichterung des Nachbaues folgen noch einige Hinweise:
- Für die Betriebsspannung und Masse sind keine extra Anschlüs-
se auf der Platte gekennzeichnet (die Leiterzugführungen auf
der Bestückungsseite eignen sich dafür).
- Die Spule L1 hat 21 Wdg. (Minifilter Mf 330). Zum leichteren
Abgleich der 12 MHz bei anderen Spulendaten ist für C1 die
Parallelschaltung eines zweiten Kondensators auf der Leiter-
platte vorgesehen.
- C5 und C6 unterdrücken Spikes, die durch Gatterlaufzeiten
entstehen und sichern so das exakte Teilerverhältnis.
- Die Anschlüsse x40 und x41 stellen die Signale /RD und /WR
noch einmal getrieben für weitere Erweiterungen bereit. Sie
sind im Muster nicht angeschlossen.
- Die FF für die Zeichengeneratorumschaltung bzw. für die ROM-
Abschaltung speichern nur die Ansteuersignale für diese Er-
weiterungen. Die entsprechende Schaltungsauslegung ist indi-
viduell zu lösen.
- x11 (/RESET) wird parallel zum /RESET der CPU angeschlossen.
- Die Anschlüsse x12 bis x23 der Speicher-FF brauchen nur bei
Bedarf angeschlossen werden. (Die Eingänge, wenn manuell über
Schalter umgeschaltet werden soll und die Ausgänge, wenn die
entsprechenden Erweiterungen angesteuert werden.)
- Die etwas dunkleren Streifen der dunkelgestasteten Zeilen
sind auf die niedrigere Impedanz der parallel geschalteten
Ausgänge von A 32 zurückzuführen. Wenn es stört, muß das
Signal noch einmal durch ein Gatter getrieben werden. Bei der
negierten Darstellung tritt der Effekt schon nicht mehr auf.
- Werden einzelne Funktionen nicht genutzt (z. B. Taktfrequenz-
umschaltung), so sollten die entsprechenden Eingänge des
Muxers für das Rücklesen auf L-Potential gelegt werden. Sonst
kann beim Rücklesen eine falsche Konfiguration erkannt werden,
die bei der seriellen Schnittstelle zur falschen Zeitkonstan-
ten oder beim Bildschirmdruck zum falschen Druckformat führen
kann.
- Die Schaltung wurde bereits mehrfach erfolgreich aufgebaut.
Dabei wurden Schaltkreise verschiedener Hersteller (DDR, SU)
verwendet. Zu beachten ist, daß in der Nähe der Oszillator-
spule keine Leitungen mit größeren Wechselströmen (Betriebs-
spannungszuführungen vom und zum Netztrafo) verlaufen, da es
durch das Wechselfeld zu Frequenzmodulationen mit der Netzfre-
quenz führt. Dadurch können Bildstörungen (Verzerrungen) auf-
treten. Die Bauelementewerte sind ziemlich unkritisch. Ledig-
lich die Oszillatorfrequenz muß sich auf 12 MHz einstellen
lassen und die Amplitude muß so groß sein, daß am Gatteraus-
gang (Pin 8) von VI 10 eine möglichst symmetrische Spannung
entsteht.
- Der Masseanschluß für die Zusatzbaugruppe ist mit großem
Querschnitt auszuführen, andernfalls kann es im 64-Zeichen-
modus zu einem unstabilen Bild kommen.
- Die Trennstelle für die Beschleunigung von /CAS und /WR wurde
schon oben beschrieben. Für die einzelnen Trennstellen Tr 1
bis Tr 4 wird versucht, die durchzutrennenden Leiterzüge auf
der Leiterplatte zu beschreiben. Dazu werden gegebenfalls die
wesentlichen Lötaugen symbolisch dargestellt. Das Doppelkreuz
( # ) symbolisiert die Trennstelle.
Tr 1: Trennen des Leiterzuges auf der Leiterseite zwischen den
Schaltkreisen A 5 und A 6. Die beiden anliegenden Durch-
kontaktierungen ergeben die Anschlüsse x24 und x25:
o o o o o o o o
1 7
A 5
14 8
o o o o o o o o
x25 x24
o---#-------o
Tr 1
o o o o o o o o
1 7
A 6
14 8
o o o o o o o o
Tr 2: Trennen auf der Leiterseite bei A 20 zwischen Pin 10 und
Pin 13. Der Anschluß von x27 erfolgt entweder auf der
Leiterseite oder auf der B-Seite direkt am Pin 10.
Tr 3: Trennen auf der Leiterseite:
Der schräge Teil des zu unterbrechenden Leiterzuges zu dem
Lötauge, das für den Anschluß x30 genutzt werden, kann aus
drucktechnischen Gründen nicht dargestellt werden.
o o o o o o o o o o o o o o
1 7 1 7
A 20 A 11
14 8 14 8
o o o o o o o o o o o o o o
o x30
x29
---------#---------------o
o o o o o o o o o o o o o o
1 7 1 7
A 21 A 12
14 8 14 8
o o o o o o o o o o o o o o
Tr 4: Der Leiterzug muß auf der B-Seite durchtrennt werden. Für
x32 kann das Lötauge zwischen Masseleitung und Pin 7 von
A 42 genutzt werden. Die Trennstelle liegt zweckmäßig zwi-
schen A 43 und A 44, wo der Leiterzug mit größerem Abstand
parallel zur Masseleitung verläuft. Der Anschluß x31 kann
entweder auf diesem Leiterzug oder direkt am Pin 11 von
A 5 erfolgen.
Der Aufbau dieser Schaltung und die Belebung erfordern eine
ausreichende Schaltungskenntnis des Mikrorechnerbausatzes und
der Funktion der Bilderzeugung, so daß der Nachbau nur dem ver-
sierten Amateur empfohlen wird. Die relativ geringe Zahl von
auf der Leiterplatte zu trennenden Leiterzüge ermöglicht die
industrielle Reparatur, indem die Trennstellen überbrückt wer-
den und alle zusätzlichen Anschlüsse wieder entfernt werden.
ACHTUNG: Im Layout der Leiterplatte ist erst jetzt (April 89)
ein Fehler festgestellt worden. Der nichtnegierte Ausgang von
VI 1 des Flip-Flop für die ROM-Abschaltung (Pin 9) muß mit
Pin 13 von VI 2 verbunden werden. Auf der Leiterplatte ist irr-
tümlich Pin 8 anstelle von Pin 9 von VI 1 angeschlossen. Das
geänderte Layout ist mit " 1.1 " gekennzeichnet. Dieser Fehler
führt beim Rücklesen des Zustandes zu einer falschen Aussage
und bei der Ausgabe dieses Wertes wird dann das Flip-Flop
falsch gesetzt. Dieser Layoutfehler ist auch noch in den Licht-
pausen des Tagungsmaterials enthalten.