92 | So funktioniert’s

www.elvjournal.de

Zurück zu den Wurzeln –Spielecomputer selbst programmieren

Können Sie sich noch erinnern? Es ist kaum 30, 35 Jahre her, da saß man vor einem kleinen Computer mit Tastenfeld, ein paar Leuchtdioden und einem piepsenden Mini-Lautsprecher und hat sich gefreut, wenn man dem kleinen Rechner eine Melodie oder den Ablauf eines kleinen Spiels entlocken konnte. Genau dieses Gefühl will Franzis mit diesem Lernpaket vermitteln: Programmieren von Grund auf, auf einem einfachen System, mit ganz wenigen Befehlen, aber schnellem Er-folgserlebnis.

4 Bit für eine MelodieAls 1971 der Intel 4004 als erster 4-Bit-Mikroprozes-sor erschien, konnte man sich den heute erreichten Stand der Mikroprozessortechnik kaum vorstellen. Mit der Rechenkapazität eines Raspberry Pi oder auch nur eines einfachen AVR-Prozessors bzw. Kapazitäten weit darunter steuerte man damals komplette Raumfahr-zeuge. Mit der Verfügbarkeit der ersten Mikroprozes-soren kamen auch bald frühe Mikrorechnersysteme auf den Markt – ganz einfache Systeme mit einem alpha-numerischen Tastenfeld, einer LED-Reihe oder später mit einer LED- oder gar noch Röhren-Zeichenanzeige. Heute wiederum ebenfalls schwer vorstellbar, aber damit konnte man schon recht komplexe Aufgaben lösen. Wer in den siebziger Jahren des vorigen Jahr-hunderts studiert oder gelernt hat, wird sich an diese Systeme erinnern, heute werden diese in Museen und Privatsammlungen aufbewahrt und akribisch für die Nachwelt gepflegt.

Auch bei Hobbyelektronikern waren solche Systeme äußerst beliebt, erlaubten sie doch den ersten Ein-stieg in die Welt der Mikrorechner. Die Entwicklung

verlief damals rasant, mit dem I 8008 erschien wenige Monate nach dem 4004 schon 1972 der erste 8-Bit-Mikroprozessor, ihm folgten der I 8080, der Zilog Z80, der Motorola 6800, später ab Ende der siebziger Jahre die entsprechenden 16- und 32-Bit-Prozessorreihen – es war eine spannende Zeit.

In diese fühlt man sich zurückversetzt, hält man das neue Franzis-Lernpaket in den Händen. Mit dem GMC-4 präsentiert der Verlag den Nachbau eines typischen 4-Bit-Spielecomputers aus dieser Zeit. Worauf basiert der eigentlich, es gibt doch heute keine 4-Bit-CPUs mehr? Richtig, man hat einem kleinen 8-Bit-Mikrocontroller, dem EM61001 von ELAN Microelectronics, quasi ein „Downsize“ verpasst und emuliert auf ihm ein 4-Bit-System. Der EM61001 enthält gleich noch praktischerweise die komplette Peripherie, er ist ja schließlich auch ursprünglich als „8-Kanal Wave-Table Music Synthesizer“ auf den Markt gebracht worden. Bild 1 zeigt das Minimal-Applikationsschaltbild des Controllers. Er enthält eine 8-Bit-RISC-CPU, drei Timer, ein 8-K-ROM, einen Voice-ROM, 8 Eingangs-ports, 8 I/O-Ports, 3 GPIO und einen 8-Bit-DAC. Auf bis zu vier Kanälen sind gleichzeitig Töne ausgebbar.

Das Grundprinzip der Applikationsschaltung erkennt man auch im Prin-zipschaltbild des Lernpakets (Bild 2) wieder, hier wurden die I/O-Ports fest mit einem Lautsprecher und einer LED-7-Segment-Anzeige beschal-tet.

Franzis-Spielecomputer.indd 92 29.04.2013 17:02:07 Uhr

So funktioniert’s | 93

ELVjournal 3/2013

Schnell montiertDie Hardware des Lernpakets (Bild 3) ist – wie von Franzis gewohnt – schnell montiert, nur wenige fast werkzeuglose (nur ein kleiner Schraubendreher wird benötigt) Montageschritte später präsentiert sich das batteriebetriebene Gerät betriebsfertig. Das reich be-bilderte Begleitbuch lebt von einem recht locker-an-genehmen Ton, es ist das Erstlingswerk des Sohns vom allseits geschätzten Elektronikautor Burkhard Kainka, Fabian Kainka.

Programmieren und SpielenNach dem Zusammenbau kann es erst einmal ohne ei-genen Programmiererschweiß auf ein erstes Kennen-lernen losgehen, sechs Beispielprogramme und Spiele sind bereits implementiert, sie werden mit Programm-nummern gestartet, wobei man hier auch die grundle-genden Befehle wie RESET und RUN kennenlernt.

Keyboard-verwöhnte Zeitgenossen lernen gleich den Schritt zurück zu den Ursprüngen kennen – man muss sich mit dem Hexadezimal-/Binärsystem befas-sen, will man den Kleinen auch programmieren. Und das gelingt dank des Schritt-für-Schritt-Handbuchs erstaunlich nahtlos, sofort kann man erste Melodien selbst programmieren und sie dem Mini-Computer ent-locken.

Zwei der Beispielprogramme enthalten aus den frü-hen Jahren bekannte Spiele, auch sie können unmit-telbar abgerufen und gespielt werden.

Nun geht es an das eigene Programm. Das „Hallo Welt“ dieses Computers sieht aus wie alle diese Pro-gramme – es wird die gewünschte Ausgabe auf der Anzeige programmiert und ausgelöst.

Dann geht es richtig los. Stück für Stück beschäftigt sich der Kurs mit dem Befehlssatz, man lernt zunächst einfache Rechenoperationen, Grundtechniken der Pro-grammierung wie Sprünge, Flags usw., die Befehle für Ein- und Ausgaben, bis es schließlich an die ersten selbst geschriebenen Programme vom einfachen Zäh-ler bis hin zu hier gar nicht erwarteten Programmen wie dem bekannten „Blinkenlight“ geht.

Den Abschluss bildet ein Kapitel mit Hinweisen, wie man den kleinen Computer per Zusatz-Hardware erweitern und mit weiteren Applikationen z. B. als Motorsteuerung nutzen kann.

Eine übersichtliche Befehlssatz-Aufstellung sowie der implentierten Unterprogramme komplettieren den Kurs im Anhang des 96-seitigen Begleitbuchs.

Wem das Lust zum Weitermachen gemacht hat, der möge gleich den Schwung nutzen und unmittelbar zur Assembler- oder BASCOM-Programmierung „großer“ Mikrocontroller übergehen – die Grundlagen sind ja nun im Kopf, und das Weitermachen findet sich in diesem Heft nur ein paar Seiten entfernt in unserem BASCOM-Kurs.

Als Fazit bleibt zu sagen: Als „Altgedienter“ macht es wieder richtigen Spaß, so zu den Wurzeln zurückzu-kehren. Dem Nachwuchs in die Hand gedrückt, und sei es auch „nur“ zum Zeitvertreib in den bald nahenden Ferien, löst man garantiert so einige Neugier und so-gar Kreativität zum Thema aus – wer weiß, vielleicht wird’s dann doch einmal die Technik-Laufbahn statt der (vermeintlich bequemeren) kaufmännischen?

Bild 2: Das Prinzipschaltbild des Mini-Spielecomputers

Bild 3: Der bereits fertig bestückte Computer wird aus wenigen Bauteilen zusammengeschraubt.

Bild 1: Die Minimal-Applikation des eingesetzten Mikrocontrollers EM61001

Franzis-Spielecomputer.indd 93 29.04.2013 17:02:08 Uhr