6502-CPU-KarteElektor November 1983

Ein autonomer Ein-Platinen-Computerim Eurokarten-Format. So läßtsich diese CPU-Karte am bestenbeschreiben. Sie ist so aufgebaut, daßsie sich besonders universell einsetzenläßt. Mit anderen Worten: Sie kann soziemlich alle Aufgaben lösen. DieWahl des Prozessors fiel nicht schwer,denn der 6502 ist ein alter Bekannteraus dem Junior-Computer. Außerdemist deshalb eine Menge Hardware fürdiese 6502-CPU-Karte vorhanden.

6502 -CPU - RarteEin-Platinen-Steueru ngs-Computer

11-38

Man kann die 6502-CPU-Karte wohl zu-recht als eine der vielseitigsten Platinenaus dem Elektor-Mikroprozessor-Programmbezeichnen. Nicht ohne Grund! Bevor wirdie CPU-Karte aus der Nähe betrachten,möchten wir einigeder zahlreichen Anwen-dungsmöglichkeiten aufzählen. Das gibtvermutlich den besten Eindruck von derVielseitigkeitdieser Karte.Man kann sie als Ein-Platinen-Steuerungs-Computer einsetzen, beispielsweise für Ma-schinen-und Prozeßsteuerungen. Oder setzenSie ihn als Morse-Dekoder, Telefonnum-memspeicher und -Wähler,Simulator/Emu-lator (kleines Entwicklungssystem), PROM/EPROM-Programmiererund so weiter ein.Nur mangelnde Phantasie setzt hier dieGrenzen.Außerdem kann man die CPU-Karte auchin Verbindung mit anderen Mikroprozes-sor-Karten verwenden. Die Kombinationvon CPU- und VDU-Karte ergibt zumBeispiel ein universelles Terminal (siehe"CPU + VDU = Terminal" in diesem Heft!).CPU-Karte,VDU-Karte, eine DRAM-Karte(DRAM = dynamisches RAM) und einFloppy-Disk-Interface bilden zusammen einuniverselles Terminal. Dazu verweisen wirauf den Artikel "VDU-Karte" im September-Heft.

Das BlockschemaWirmöchten hier nicht noch einmal auf alle"Features" der CPU-Karte eingehen. Sie~ind auf der folgenden Seite aufgelistet.Wichtigerist der Aufbau der CPU-Karte.Dadas Schaltbild auf den ersten Blick zu kom-pliziert aussieht, wollen wir zunächst dasBlockschemain Bild 1 "aufdröseln".Ganz links befindet sich der Mikroprozessor,ein 6502 oder die CMOS-Low-Power-Versiondavon, der 65C02. Ein Taktgenerator liefertdie Signale mit den Frequenzen 1,2 und 4MHz, so daß man die gewünschte Taktfre-quenz einfach mit einer Drahtbrücke wählenkann. Alle Adressen-Leitungender CPUste-hen sowohlinvertiert als auch nicht-invertiertzur Verfügungund sind vollständig gepuf-fert. Auch die Daten-Leitungenwerden überPuffer geführt. Die Leitungen des Steuer-Bussind nicht gepuffert, aber das ist normaler-

weise auch nicht notwendig.Die Karte enthält zwei VIAsvom Typ6522 (VIA =Versatile Interface Adap-

ter). Genaue Informationen überAufbau und Funktion dieser Bau-

steine finden Sie im VIA-Buch.Jeder dieser VIA-,Bausteinever-

fügt über zwei Tore A und B(bidirektionale Ports), vier

sogenannte Handeshake-Leitun-gen (damit wird der Datentransport

über die Ports gesteuert), zwei 16-bit-ZählerlTimer und ein 8-bit-I/O-Schiebe-

register.Auch der ACIA vom Typ 6551 ist ein sehrvielseitigesIC (ACIA= Asynchronous Com-munication Interface Adapter). In diesemFall wird der ACIA in Verbindung mit demRS232N24-Interface eingesetzt. Das IC gibtdie Übertragungsgeschwindigkeit(Baudrate)an, sorgt für eine Parallel/Seriell-Umsetzung,signalisiertFehler und so weiter. Der ACIA

1

AG. .AIS

Aii.. AIS

Adressen-Bus

Daten-Bus

6502-CPU-Karte

Elektor November 1983

PortA

}

Tastenfeld-

Port A Parallel-

}handshake Anschluß

}PortB

}

handshake Centronics-

PortB Anschluß

PortA

}

PortA} handshake ACIA-und

Display-

}PortB Programmierunghandshake

PortB

besorgt also die serielle Daten-Übertragung.Zwischen ACIA und der RS232-Anschluß-leiste befinden sich einige Gatter, die dienotwendige Pegel-Anpassung vornehmen.Zur Erinnerung: Die RS232-Schnittstellearbeitet mit positiven und negativen Be-triebsspannungen.Auf der CPU-Karte ist außerdem nochPlatz für ein RAM-ICund ein EPROM-IC.Bei dem RAM hat man die Wahl zwischeneinem 2-K- und einem 8-K-CMOS-Speicher.Für das EPROMkann ein 2-K-, 4-K-, 8-K-oder 16-K-Typeingesetzt werden.Die VIAs und der ACIA haben einen ge-meinsamen und die Speicher-ICs je eineneigenen Adressen-Dekoder. Und alle ICssind mit dem Adressen- und dem Daten-Bus und (außer dem EPROM) auch mitdem Steuer-Busverbunden.Eine Reset-Schaltung sorgt für die auto-matische Einstellung auf den Anfangszu-

Bild 1. Das Blockschemader 6502-CPU-Karte. Diezahlreichen Anschlußmäg-lichkeiten sind wohl dasBesondere an dieser Karte.

Technische Daten der 6502-CPU-Karte

CPU 6502 oder 65C02

VIA 2 x 6522ACIA 1 x 6551RAM 2 K oder 8 K

EPROM 2 K, 4 K, 8 K oder 16 Kvollständige Adressen-Dekodierungvollständig gepufferter Adressen-Busvollständig gepufferter Daten-Bus64poliger Elektor-BusDMA-Mögl ich keitTaktfrequenz 1, 2 und 4 MHz4 S-bit-Ports

4 16-bit-Timer2 serielle Daten-Ports8 Handshake-LeitungenT astenfeld-Parallel-Anschlu ßCentronics-Anschlu ßRS232/V24-Anschlu ß

alle I/O-Leitungen auf Anschlußleisten

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CD.><

I I CPUCI)

}M 650265C02

a.

6551 8 RS 232- ffi IRS 232N24.ACIA Pegel- SchnittstelleAnpassung

"012V

Ies

RAM

I 2K55165564 I 8K61166164--

esEPROM

2K

2716

I :

27322764 16K

27128 83108-1

6502-CPU-Karte IElektor November 1983 2

5V'+

* riet..... T..'._leldxc.

AG-<1 :-<1 '-<1 ,-<1 :-<1 :-<1 :-<1 :-<1 ,-<1 :-<1:-<1 :-<1 ;---P: .'1 A-tJ, ...,...

A1. JOnIC"'.m.... F11.A8H"',IIJ~..

CI1

...lC2

....lC4

...lC3

"'"m"I"...

12V~+1ZVNI... N6 - IC7 - 74LS04FFI.FF2 -ICS - 74LS74N7... N10 - 1C9- 74LS01Nil ... NIS -ICI0 - 74LS240NIe... N26 - ICII - 74LS240N27 ... N34 - IC12 - 74LS240N35... N42 -ICI3 - 74LS240N43... N58 -ICI4 -74LS245N59 -ICI5 - 745133 (74ALSI331N60 - ICIS -74LS30N61 -IC17 -74LS30N69 ...N73 -'" IC20-74LS06 (74LS051

6V~+IV

~ov

13101.28

stand des Prozessors beim Einschalten derBetriebsspannung. Mit einem Taster kannman diesen Zustand auch per Hand herstel-len (Manual Reset). Die Karte enthält eine64polige Messerleistezum Anschluß an denElektor-Bus. An diese Anschlußleiste sindSteuer-Bus,gepufferter Adressen-Bus,gepuf-ferter Daten-Bus und die Betriebsspannun-gen +12 V, +5 V und -12 V angeschlossen.Schließlich noch etwas zu den VIA-Anschlüs-sen. Port A des ersten VIA wird mit einemTastenfeld-Parallel-Anschlußund Port B miteinem Centronics-Anschlußverbunden_PortA und Port B des zweiten VIA werden zumProgrammieren des ACIA (mit Kurzschluß-

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steckern), des Bildformats (nur in Verbin-dung mit der VDU-Karte) und für einigeandere Aufgaben verwendet. Diese "anderenAufgaben" sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Die SchaltungMit Hilfe des Blockschemaskann man sichauch im Schalbild (Bild 2) zurechtfinden.Der Mikroprozessorist mit ICl bezeichnet.Zwischen Prozessor und Adressen- undDaten-Busliegendie Tri-State-PufferNll . .. . N58. Der Taktgenerator ist mit denbeiden Gattern NI und N2 aufgebaut. DasTaktsignal gelangt über die beiden TeilerFFl und FF2 an den Prozessor. Mit Stecker

CS1

aö1<4

Ci2103

IRQ.ES.I'tr<l>r

.12V d @12V

+5VP 0 5 V

OV~

6502-CPU-KarteElektor November 1983

N62 ...N64 - % IC18 = 1488 (SN75188)N65 ... N68 = IC19 -1489 (SN 751891

PL3ACICMD ,r:-:b DI...DO

PL4

12VI+

C'O

PL6

100n

12V'-83108 . 2b

PL14 kann man die gewünschte Taktfre-quenz einstellen. Werdendie Punkte MundN miteinander verbunden, dann sind dieFlipflops außer Betrieb, und man kanneinen völliganderen Takt anlegen.Die Reset-Schaltung besteht aus N71, N72und N73. Das Netzwerk R17/Cl sorgt dafür,daß der Reset-Eingangdes Prozessors etwa0,5 Sekunden nach Einschalten der 5-V-Betriebsspannung freigegeben wird. An diePunkte P und Q kann man wahlweiseeinenTaster mit Ruhekontakt (!) für die Möglich-keit des "Manual Reset" anschließen. Beiautomatischem Reset werden die PunkteP und Q kurzgeschlossen!

Den Adressen-Dekoderfür die VIAs IC2 undIC3 und den ACIA IC4 bildet N59. N60ist der Adressen-Dekoderftirdas RAM IC5,und N61 bildet den Adressen-Dekoderfürdas EPROMIC6.An den ACIA ist ein Quarz angeschlossen,der in Verbindung mit dem internen Oszil-lator und Teiler die verschiedenen Über-tragungsgeschwindigkeitenerzeugt. Mit denGattern N62 . . . N68 erfolgt die Pegelan-passung für die RS232-Schnittstelle. Hiererfolgt die "Übersetzung" der symme-trischen Signale von der Schnittstelle nachden asymmetrischen (5 V) ftirden Prozessorund umgekehrt.

Bild 2. Ersetzt man dieBlöcke in Bild 1 durchICs, dann entsteht fast dievollständige Schaltung.Nur die zahlreichen Ver-bindungsleitungen sindhier etwas verwirrend.

11-41

Bild 3. Die doppelseitige,große Platine mit CPU,RAM, EPROM. Takt-generator und Reset-Schaltung.

Die Schaltung enthält einige Anschluß-leisten, die normalerweise nicht auf einerProzessor-Kartezu finden sind, die aber hiernotwendig sind, damit die Anwendungs-undProgrammiermöglichkeiten recht universellsein können.Die Karte zieht in der Normal-Version(ohneCMOS-CPU)100 mA an +/-12 V und 1 .... 1,5 A an +5 V. Man kann auch die CMOS-CPU einsetzen und auch für die anderen

Bausteine CMOS-Typenwählen. Der Strom-verbrauch reduziert sichdann auf insgesamtetwa 100 mA, so daß sogar Batterie- oderAkku-Betrieb möglichwird.

Der AufbauIn den Bildern3 und 4 sind Layouts undBestückungsplänefür die beiden Platinen derCPU-Kartezu erkennen. Zwei Platinen füreinen Ein-Platinen-Computer?Wiereimt sich

11-42

Bestückungsseite

Stückliste Kondensatoren:

C1 =47 1l/6 V TantalC2,C7 . . . C20 = 100 nC3...C6=1n

Widerstände:

R1,R2,R11 ... R16=470n

R3... R10,R18,R19 =5k6

R17 = 10 kR20 . . . R23 = 39 k

Halbleiter:D1 . . . D16 = 1N4148IC1 =6502 (65C021IC2,IC3 = 6522 (65C221

IC4 = 6551 (65C511IC5 = 5516, 5564 (6116,

61641IC6 = 2716, 2732, 2764,

27128IC7 = 74LS04IC8 = 74LS74IC9 = 74LS01IC10 . . . IC13 = 74LS240

IC14 = 74LS245IC15 = 745133

(74ALS133)IC16,IC17 = 74LS30IC18 = 1488 (SN 751881

. IC19 = 1489 (SN 75189)IC20 = 74LS06 (74LS051

außerdem :

X1 = 1,8432-MHz-QuarzX2 = 4-MHz-Quarz64polige Messerleiste nach

DIN41612evtl. Steckverbinder (Kurz-

schlußsteckerlPlatine 83108-1Platine 83108-2

Tabelle 1.

Anschluß.leiste

Verbindung

PL1

PL2

entfällt

entfällt

PL3 siehe Tabelle 1a

PL4 siehe Tabelle 1a

PL5

PL6

entfällt

siehe "CPU + VDU =Terminal"

in diesem Heft

entfälltPL7

Funktion

Tastenfeld-Parallel-Anschluß

Centronics-Anschluß

AClA-Programmierung :Baudrate (50 . . . 19200 Bdl

5,6, 7, 8 Datenbits1; 1,5; 2 StoppbitsTakt intern/extern

ACIA.Programmierung:Interrupt enable/disableIRQ-Leitung enable/disableTransm itter-SteuerungParität gerade/gleich/ungeradeParität "mark/space"Betriebsart "normal/echo"

Port- und Steuerleitungen

Bildformat in Verbindungmit VDU-Karte

RS232-Anschluß

Anschluß-leiste

PL8

PL9PL10PL13

PL 11PL12

PL14

Verbindung

1-23-4

abhängig von der An-wendung, siehe z. B."CPU + VDU =Terminal" in diesem

Heft

abhängig von der An-wendung, siehe z.B."CPU + VDU =Terminal" in diesem

Heft

5-61-23-4

M-N

P-Q

Funktion

"langsames Modem"schnelles" VT 52-Terminal

Adressen-Dekodierung RAM

Adressen-Dekodierung EPROM

Taktfrequenz4MHz2MHz1 MHz

externer Takt

autom. Power-on-Reset;evtl. Manual-Resetmit Taster (Ruhekontakt!)

das zusammen? Leider rührte die universelleAuslegung der Schaltung wegen der zahl-reichen Steckverbindungen, mit denen dieKarte hardwaremäßigvorprogrammiert wer-den kann, auch zu einem großen Platzbedarf.Mit einfachen Worten: Es paßt nicht allesauf eine Platine im Eurokarten-Format.Das Eurokarten-Format konnte allerdingstrotzdem beibehalten werden, weil wir eineSandwich-Konstruktion aus einer Eurokarte

mit einer kleinen Zusatzplatine entwickelthaben.Beide Platinen sind doppelseitig kupfer-kaschiert, deshalb kontrollieren Sie bitte vordem Aufbau, ob die Durchkontaktierungenin Ordnung sind. Ist der Test zufrieden-steIlendverlaufen, dann können alle Wider-stände, Kondensatoren, Quarze und Fas-sungen für die ICs eingelötet werden. Dasgleiche geschieht anschließend mit den

Tabelle 1. Vorprogram-mierungsmöglichkeitender CPU-Karte. Hierwerden die notwendigenVerbindungen angegeben.

11-47

6502-CPU-Karte IElektor November 1983 4

Bild 4. Diese Platine wirdauf die große gesetzt undenthält die beiden VIAsund den ACIA mit zuge-hörigen Bauteilen.

11-48

83108-2

Steckern (inklusiveder 64poligen Anschluß-leiste).Für die Steckverbindungen kann manhandelsübliche Typen nehmen, für die pas-sende Kurzschlußstecker geliefert werden.So braucht man die Brückenspäter nicht zulöten, sondern kann sie einfach stecken.Solche Steckverbinder werden zum Beispielvon der Firma Fischer-Metroplastmit denBezeichnungenSL 2 (Stecker) und CABOIZ(Brücken)hergestellt.Sind alle Bauteile verlötet, dann kann man

die ICs in die Fassungen auf der großenPlatine stecken. Werden 2716- oder 2732-EPROMseingesetzt, dann steckt man sie soin die Fassung, daß Pin 1 des IC3 in Pin 3der Fassung kommt. Anschließend werdenanhand von Tabelle 1 die gewünschtenBrückengesteckt oder gelötet.Nun befestigt man die kleine Platine an dergroßen (3 Abstandsröllchen einsetzen) undfertigt die notwendigen Verbindungsleitun-gen aus kurzen Drahtstücken. Die Leitungensind im einzelnen: D0... D7, A0. . . A3,

Bestückungsseite

..... ....I 6502-CPU-Karte

Elektor November 1983

CS0, CS1, ~, 11I2',R/W', RES, IRQ,+12 V, -12 V, +5 V und 1. Schließlichwerden auch auf der kleinen Platine dieBrücken gelegt und die ICs in die Fas-sungen gesteckt. Passende Stecker-Leistenfür Centronics- oder RS232-Schnittstellenkann man nun ebenfalls anschließen. Nichtdie Verbindungen zum Adressen-DekoderN59 vergessen! Damit ist die CPU-Karteeinsatzbereit.Speicher-Kapazität von EPROMund RAMund das im EPROMgespeicherte Programm

hängen natürlich davon ab, in welchemSystem die CPU-Kartearbeiten soll.Werfen Sie zum Schluß bitte noch einmaleinen Blick auf Tabelle 1. Darin sehen Sie,welche Verbindungen für eine bestimmteAnwendung hergestellt werden müssen.Bei einer so vielseitigen Schaltung, wie derCPU-Karte, wird die Wichtigkeit dieserTabelle sehr schnell deutlich! ...

Tabelle 1a. Genaue Be-schreibung der ACtA-Programmierung mitVerbindungen auf denAnschlußleisten PL3und PL4.

11-49

..........,. .,....

Tabelle 1a.Anschlußleiste PL3 Anschtußleiste PL4

Verbindung Funktion Verbindung Funktion

1-2 3-4 5-6 Paritätsbit:1-2 Zahl der Stoppbits: X X 0 keins IX = beliebig)o 1=offen) 1 0 0 1 ungerade1 1=geschlossen) 2 (1,5 bei 5 bit 0 1 1 gerade

Wortlänge) 1 0 1 "mark"3-4 5-6 Wortlänge in bit: 1 1 1 "space"0 0 8 7-8 Betr iebsart :0 1 7 0 normal1 0 6 1 "echo"1 1 5

7-8 Baudrate-Ge nerato r: 9-10 11-12 Transmitter-Steuerung:0 0 Transmitter-Interrupt0 ex tern

disabled, RTS-Pegel1 internhigh, Transmitter Aus

9-10 11-12 13-14 15-16 Baudrate in Bd: 0 1 Transmitter-I nterrupt0 0 0 1 50 enabled, RTS-Pegel0 0 1 0 75 low, Transmitter Ein0 0 1 1 109,92 1 0 Transmitter-I nterrupt0 1 0 0 134,58 disabled, RTS-Pegel0 1 0 1 150 low, Transmitter Ein0 1 1 0 300 1 1 Transmitter-Interrupt0 1 1 1 600 disabled, RT5-Pegel1 0 0 0 1200 /' low, Transmitter unter-1 0 0 1 1800 brochen1 0 1 0 2400 13-14 IRQ-Interrupt1 0 1 1 3600 0 enabled1 1 0 0 4800 1 disabled1 1 0 1 72001 1 1 0 9600 15-16 Empfänger + Interrupts:1 1 1 1 19200 0 disable0 0 0 0 16mal ext. Takt 1 enable