Советы по сборке модулей

Собрать три модуля простейшей микроЭВМ, описанной в разделе 3.1, сравнительно несложно. Для этого нужно заготовить гетинаксовые пластинки (платы), укрепить на них необходимые детали и соединить выводы деталей между собой так, как это показано на принципиальной схеме. Таким образом, микроЭВМ может собрать даже малоопытный начинающий кружковец или радиолюбитель. А вот наладить собранную микроЭВМ, а потом попытаться ее усовершенствовать — дело довольно сложное. Налаживание всегда связано с поиском неисправностей в работе, которые неизбежно возникают из-за ошибочных соединений при выполнении монтажа. Кроме того, из большого числа деталей, входящих в схем> микроЭВМ, несколько деталей могут оказаться неисправными. Поэтому поиск места и определения характера неисправности требуют основательных знаний об устройстве каждой детали и принципе действия всей схемы в целом. Еще больше знаний и умения требуется для модернизации микроЭВМ — превращению трех собранных модулей простейшей микроЭВМ в современный персональный компьютер.

Как было указано, для облегчения сборки и налаживания микроЭВМ рекомендуется собирать в два этапа.

На первом этапе необходимо:

основательно повторить электронику по школьному курсу физики или с помощью популярной литературы;

ознакомиться с двоичным счислением, логическими операциями и принципом работы логических микросхем;

изучить принцип работы микропроцессора и микроЭВМ;

пользуясь сведениями из раздела 3.2, а также учитывая наличие деталей, нужных для сборки модулей микроЭВМ, необходимо уточнить принципиальные схемы модулей;

наметить конструктивное расположение деталей на платах модулей;

укрепить детали на платах и выполнить монтаж.

Одновременно с выполнением этих работ необходимо уделять достаточное внимание программированию. Всегда нужно помнить о том, что в работе микроЭВМ главным является программа. Аппаратная часть (модули, внешние устройства) являются лишь техническим средством, подспорьем для выполнения составленной программы. Поэтому, монтируя модули микроЭВМ, необходимо одновременно изучать систему команд МП—К580 и осваивать язык ассемблера, выполняя достаточное количество примеров написания коротких учебных программ на машинном языке и языке, ассемблера. Следует иметь в виду, что сборка микроЭВМ выполняется не только ради того, чтобы иметь собственный компьютер. МикроЭВМ изготавливается прежде всего для того, чтобы познать принцип ее работы и получить практические навыки написания и отработки программ. Опыт показывает, что те, кто собрал микроЭВМ своими руками, наладил ее, а также написал для нее и отработал достаточное количество программ, приобретают глубокие и прочные знания сложной вычислительной техники и программирования.

Первый этап сборки микроЭВМ сводится к выполнению следующих, действий:

выбор и творческая доработка принципиальных схем модулей в зависимости от поставленных задач, имеющегося опыта, наличия деталей и оборудования рабочего места;

вычерчивание выбранных принципиальных и монтажных схем модулей;

составление спецификаций деталей, материалов, инструмента, приборов, справочных данных и др.;

решение конструктивных вопросов по размещению и монтажу микросхем на платах;

предварительная проверка микросхем и других деталей, входящих в схему модулей;

установка микросхем и деталей на плате модулей;

монтаж модулей и общей шины;

подготовка блока питания;

предварительная проверка работоспособности модулей без включения микропроцессора;

10)испытание и налаживание микроЭВМ с включенным микропроцессором, изучение и неукоснительное выполнение правил техники безопасности.

Прежде чем давать советы по выполнению перечисленных работ, укажем варианты схем модулей и возможную замену деталей. Эти сведения будут полезны при творческом выборе принципиальных схем модулей.

Если читатель ограничен количеством и ассортиментом микросхем и поэтому вынужден ставить перед собой задачу-минимум собрать хоть какую-нибудь, пусть даже самую простую, но лишь бы действующую микроЭВМ, позволяющую вводить написанные программы и выполнять их, то схему микропроцессорного модуля можно значительно упростить, а многие типы микросхем, входящих в состав как микропроцессорного, так и других модулей, заменить такими, какие имеются в наличии.

Начнем с узла тактового генератора микропроцессорного модуля. Если нет кварцевого резонатора Z1 (рис. 12), то его можно заменить колебательным контуром, состоящим из индуктивности L1 и конденсатора С 1 , подключенных к микросхеме DD1 так, как эти показано на рис. 16. Катушка L1 наматывается на картонном каркасе диаметром 10 мм и имеет 32 витка провода ПЭВ-1 0,3. Отсутствие кварцевой стабилизации частоты тактового генератора приведет к тому, что микроЭВМ не сможет обеспечить точного выполнения временных задач, то есть не сможет, служить, например, секундомером, таймером или электронными часами. На выполнение других видов задач, не связанных с точным отсчетом времени, отсутствие в схеме кварца Z1 не сказывается.

Специальную микросхему типа К580ГФ24 можно заменить набором широко распространенных микросхем типа К155ЛАЗ, К155ЛА8, К155ТМ2 и др. При этом вместо одного корпуса микросхемы (К580ГФ24) придется установить пять-шесть корпусов других микросхем, но так как это выполняется не в конструкции для массового тиражирования, а в одном экземпляре личной микроЭВМ, то такая замена допустима.

На рис. 17 приведена схема тактового генератора, собранного из отдельных элементов. Микросхемы DD1.1, DD1.3, DD2.1 совместно с конденсаторами С5—С6 образуют задающий генератор, вырабатывающий прямоугольные импульсы с частотой 9 Мгц . Путем деления этой частоты с помощью элементов DD4, DD1.2, DD2.3, DD1.4 и DD2.4 на выходе 8 элемента DD2.3 и выходе 11 элементе DD2.4 получают тактовые сигналы Ф и Ф2, имеющие тактовую частоту, равную 1 Мгц . Так как на входы 22 и 15 микропроцессора (рис. 12) эти сигналы должны быть поданы, имея амплитуду порядка 10—12В , то установлены транзисторные усилители VT1 и VT2. Цепочки С7—R7 и С8—R8 служат для улучшения формы импульсов, поступающих на базы транзисторов. В связи с тем, что задающий генератор тактового узла не имеет кварцевой стабилизации частоты, следует учесть временные ограничения, о которых сказано выше. Если возникнет необходимость решения задач, связанных с точным отсчетом времени, то в схему тактового генератора можно добавить кварцевый резонатор, так как это сделано в микроЭВМ Микро-80.

Триггеры DD5 и логические элементы DD3.1 — DD3.3 выполняют дополнительную роль, формируя сигнал СТРОБ и управляя временем выдачи сигналов ГТ и СБР, поступающих с общей шины в микропроцессор. Конденсатор С 1 и резистор R1 обеспечивают" автоматический сброс счетчика команд микропроцессора при включении источника питания.

На схеме рис. 17 возле каждого входа и выхода, изображенного в виде стрелки (СВР, ГТ, СТРОБ, СИНХРО, Ф1, Ф2, +5В , ОВ и+12 В), рядом со стрелкой в скобках указан номер вывода микросхемы К580ГФ24, который заменяет собой этот выход или вход.

Все выводы со стрелкой, изображенные на рис. 17 слева, подключается к разъему ХР 1 общей шины, а те, которые нарисованы справа, к микропроцессору.

Рассмотрим вариант схемы канала формирования управляющих сигналов ЧТЗУ, ЗПЗУ, ЧТВВ и ЗПВВ. Укажем, что имеются Микро ЭВМ, которые обходятся без формирования упомянутых управляющих сигналов. У этих микроЭВМ устройство ввода или вывода выполняется в виде условной ячейки памяти, номер (адрес) которой лежит в неиспользуемой области памяти, не соответствующей адресу рабочих ячеек ОЗУ или ПЗУ.

Микропроцессор при обращении к устройству ввода (вывода) устанавливает на адресной шине адрес ячейки памяти, условно принятой за устройство ввода (вывода), и по сигналу ЧТЗУ (ЗПЗУ) обменивается с ней данными. При этом в качестве сигналов ЧТЗУ и ЗПЗУ используются сигналы ПМ и ВД, формируемые самим микропроцессором.

Ниже будет подробно описан такой способ ввода—вывода данных. Если воспользоваться им, то можно полностью исключить из схемы микропроцессорного модуля (рис. 12) всю верхнюю правую часть, представляющую собой канал управляющих сигналов ЧТЗУ, ЗПЗУ, ЧТВВ и ЗПВВ.

Временно отказаться от канала четырех управляющих сигналов можно и тогда, когда читатель пожелает досрочно увидеть плоды своего труда и поставит перед собой задачу-минимум: получить микроЭВМ, позволяющую работать пока только с памятью (допускающую ввод с пульта управления в память написанную программу и ее выполнение в пошаговом или автоматическом режимах). В этом случае для управления процессами записи и чтения нужны только два управляющих сигнала ЗПЗУ и ЧТЗУ, получить которые можно из сигналов ВД и ПМ так, как это, показано на рис. 18. При этом нужно только не забыть соединить накоротко выводы 12 и 13 шинного формирователя DD12 (рис. 12), чтобы сигнал ПЗХ мог пройти с вывода 8 микросхемы DD3.4 на разъем ХР 1 .

В нижней правой части схемы рис. 12 изображен канал коммутации сигналов адресной шины. В этом канале установлено четыре шинных формирователя (DD5—DD8) типа К589АП16.

На рис. 19 приведена схема адресного канала, собранная на микросхемах К155ЛП8. В качестве шинного формирователя очень удобно применять специальную микросхему типа К580ВА86. Однако эта микросхема выпускается в ограниченном количестве и ее трудно приобрести. Если нет перечисленных выше типов микросхем, то адресный канал можно собрать на популярных логических микросхемах типа К155ЛА8 и К155ЛН1 так, как это показано на рис. 20. Слева от этого рисунка (рис. 20, а) изображена микросхема К589АП16, а справа представлена схема (рис. 20, б) замены одного канала (А1—В1.) К589АП16.

Следовательно, чтобы заменить всю микросхему К589АП16, нужно собрать четыре схемы, приведенных на рис. 20, б. Вместо микросхемы К.155ЛН1 можно использовать К155ЛАЗ или К155ЛА8. При этом неиспользуемые входы (эти микросхемы двухвходовые, а разрешается подключать только один вход) следует подключить через резистор R = 1 КОм к выводу источника питания +5 В.

На рис. 20, в показано, как заменить шинные формирователи DD9 и DD10, установленные в канале шины данных рис. 12. Здесь для замены одного корпуса микросхемы К589АП16 также нужно собрать четыре схемы, изображенные на рис. 20, в.

В настоящее время промышленность выпускает микропроцессор типа К580ИК80А в пластмассовом или керамическом корпусе, имеющем 40 выводов. Несколько лет тому назад микропроцессор К580 выпускался в корпусе, имеющем 48 выводов, из которых восемь выводов не использовались.

Если читатель приобретет микропроцессор, имеющий 48 выводов, то следует иметь в виду, что номера его выводов не соответствуют номерам выводов микропроцессора, имеющего 40 выводов. В Приложении приведены справочные данные для обоих типов микропроцессоров, пользуясь которыми можно выполнить правильное подключение выводов своего микропроцессора.

Чтобы предохранить дорогостоящий микропроцессор от возможного повреждения из-за ошибок в монтаже модулей или в результате неправильно поданных сигналов при первоначальном включении и налаживании микроЭВМ, целесообразно включать микропроцессор в схему модуля при помощи переходной панельки, установив на плате микропроцессорного модуля панельку, имеющую 40 гнезд, и включая в эту панельку микропроцессор только после тщательной проверки всех напряжений и сигналов на ее выводах . Хотя переходные контакты панельки могут стать причиной дополнительных неисправностей в работе модуля, такая конструкция все же оправдывает себя при налаживании микроЭВМ.

Собирая сложный микропроцессорный модуль в условиях кружка, иногда бывает целесообразно выполнять конструкцию модуля в виде отдельных съемных узлов, смонтированных на небольших платах, заканчивающихся штыревыми разъемами, а на плате модуля устанавливать гнездовые разъемы для включения узлов в схему. Такая конструкция сборного модуля позволяет производить изготовление узлов параллельно отдельными группами кружковцев, состоящими из 2—3 человек. Таким образом, микропроцессорный модуль изготовляется в кружке во много раз быстрее, а главное — он допускает возможность последующей замены деталей, модификацию и переделку в соответствие с новыми создавшимися условиями.

Разъемная конструкция модуля может оказаться полезной и для начинающего радиолюбителя. Смонтировав отдельный узел, он сможет понести его в местный радиоклуб и там наладить.

Рассмотрим, как можно, заменить микросхемы в модулях памяти и управления другими типами. Шинные формирователи этих модулей допускают замену микросхем К589АП16 на микросхемы, типы которых указаны для шинных формирователей микропроцессорного модуля.

Вместо микросхем К565РУ2 модуля памяти можно устанавливать другие типы, рекомендуемые заводом изготовителем для ОЗУ статического типа. Особенности их включения в схему приводятся в заводском паспорте и в справочнике по полупроводниковым приборам [30].

Вместо переключателей типа МТ 1 , установленных в модуле управления, можно использовать любые другие переключающие тумблеры или кнопки, позволяющие включать в схему одно из двух напряжений (высокого или низкого уровня). Светодиоды также можно заменить светодиодами любого типа или, в крайнем случае, обычными лампочками для карманного фонаря. При этом лампочки лучше подключать к шинам с помощью транзисторных ключей, а не логических элементов. Светодиоды, лампочки, логические микросхемы и транзисторные ключи цепей индикации можно питать отдельно нестабилизированным напряжением +5 В.

В заключение заметим, что замена типов микросхем может привести к значительному изменению величины тока, потребляемого модулями. Поэтому, пользуясь табл. 8 Приложения, необходимо подсчитать общий расход тока питания вновь установленных микросхем, определить суммарно потребляемый ток каждым модулем и внести соответствующие коррективы в схему блока питания, если этот ток будет превышать данные, указанные в табл. 3.2.