Een eenvoudig te bouwen echte zelfgemaakte computer: Z80-MBC2! - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Als je nieuwsgierig bent naar hoe een computer werkt en interageert met "externe dingen", zijn er tegenwoordig veel boards klaar om te spelen zoals Arduino of Raspberry en vele anderen. Maar deze boards hebben allemaal dezelfde "limiet" … ze verbergen het binnenste gedeelte omdat ze een MCU (Micro Controller Unit) of een SOC (System On Chip) gebruiken, zodat je de CPU, I/O, de interne bus niet kunt aanraken en al deze dingen die ervoor zorgen dat een computer werkt.

Er is een andere optie om een ouder deel als 8bit CPU's te gebruiken (de zogenaamde "retrocomputing"). Ze zijn eenvoudig te begrijpen en je kunt een heleboel documentatie en boeken gratis vinden, en je kunt er echte computers mee bouwen met alle benodigde functieblokken (CPU, I/O, RAM, ROM/EPROM, enz…).

Maar over het algemeen gebruiken ze moeilijk te vinden onderdelen en hebben ze verouderde instrumenten nodig zoals een EPROM-programmeur en -gum of een GAL-programmeur, en eenvoudigere hebben zeer beperkte functies.

Dus ik heb oude en "nieuwe" onderdelen gemengd om een uniek ontwerp te maken dat geen verouderde EPROM-programmeur of mooie IC's nodig heeft, met behulp van gemakkelijk te vinden componenten. De Atmega32A MCU fungeert als een I/O-subsysteem, dat de EPROM en alle I/O-componenten "emuleert". Meer, met behulp van een Arduino-bootloader, kan het eenvoudig worden geprogrammeerd met de bekende Arduino IDE.

De benodigde IC's zijn:

• Z80 CPU CMOS (Z84C00) 8Mhz of hoger
• Atmega32A
• TC551001-70 (128KB RAM)
• 74HC00

Als je de 16x GPIO-uitbreiding (GPE-optie) wilt, voeg dan ook een MCP23017 toe.

De Z80-MBC2 heeft een multi-boot mogelijkheid en kan CP/M 2.2, QP/M 2.71 en CP/M 3 draaien (128KB banked memory ondersteund), dus u kunt er een zeer grote hoeveelheid SW mee gebruiken (u kunt bijv. gemakkelijk Basic-, C-, Assembler-, Pascal-, Fortran-, Cobol-compilers kunnen vinden, en sommige hiervan zijn al aanwezig op de virtuele schijven op de SD).

Harde schijven worden geëmuleerd met behulp van een microSD FAT16 of FAT32 geformatteerd (een microSD van 1 GB is voldoende), dus het is gemakkelijk om de bestanden uit te wisselen met uw pc (16 HD's voor elk besturingssysteem worden ondersteund) met behulp van cpmtoolsGUI.

Natuurlijk heb je een terminal nodig om te communiceren met de Z80-MBC2, en een gewone USB-seriële adapter samen met een terminalemulatie SW zal een goedkope en eenvoudige keuze zijn.

Stap 1: Componenten en PCB

Het eerste is om alle componenten te vinden om het bord te bouwen. Ik heb een bestand opgesteld (A040618 BOM v2.ods) met alle benodigde componenten die u gemakkelijk kunt vinden. Natuurlijk is een basisvaardigheid vereist en wordt verondersteld dat je componenten "rond" kunt vinden …

Over de PCB Ik heb een "gemakkelijke link" gemaakt om hier een kleine batch (5 stuks min.) PCB te bestellen.

Stap 2: Modules die u ook nodig hebt…

Je moet ook enkele veelvoorkomende goedkope modules kopen (als je die nog niet hebt) (zie foto's):

• Een USB-Seriële adapter;
• Een microSD-module;
• Een DS3231 RTC-module (optioneel);
• Een USBasp-programmeur (om de Arduino-bootloader in de Atmega32a te flashen);
• Een AVR 10pin naar 6pin adapter (optioneel).

Stap 3: Bouw het bord

Volg voor het bouwen van de print de Assembly Guide (A040618 PCB Layout Guide.zip) met de positie van de componenten op de PCB (met zowel de onderdeelreferenties als de waarden). Ook het Schema (A040618 - SCH.pdf) is handig.

Begin met het solderen van de dunste componenten zoals weerstanden en diodes, dan de keramische condensatoren enzovoort. De connectoren en de elektrolytische condensatoren zullen de laatste zijn.

Stap 4: Installeer de Arduino IDE en "MightyCore"

Om de Arduino "sketch" in de Atmega32a te laden, moet je de Arduino IDE en de "MightyCore" vanaf hier installeren met behulp van de Arduino IDE "Board Manager".

Op deze manier wordt de ondersteuning voor de Atmega32a toegevoegd aan de Arduino IDE, en kun je de Atmega32a als doelapparaat selecteren (zie foto).

Vergeet niet om de andere opties te selecteren zoals op de foto.

Stap 5: Flash de Bootloader

Om de Z80-MBC2 operationeel te maken, moet je de Arduino-bootloader in de Atmega32a flashen.

Hiermee kunt u de Sketch compileren en in de Atmega32a laden met behulp van de Arduino IDE.

Er zijn veel manieren om de bootloader te flashen. De manier waarop ik voorstel is om een goedkope USBasp-programmeur te gebruiken en de bootloader te branden met Arduino IDE.

Om de USBasp aan te sluiten op de ICSP connector van de Z80-MBC2 kun je een gewone 10pin-6pin adapter gebruiken (zie de foto).

Vergeet niet om elke andere connector los te koppelen wanneer u de ICSP gebruikt. Ook moeten zowel SD- als RTC-modules (indien aanwezig) van het bord worden verwijderd wanneer de ICSP-poort in gebruik is.

Meer info over deze stap vind je hier.

Stap 6: Laad de "schets"

Nu is het tijd om de schets in de Atmega32a te laden met behulp van de Arduino IDE. Daarvoor moet je de USB-seriële adapter (zie foto) aansluiten op de SERILE poort (J2) van de Z80-MBC2.

U moet de GND-, +5V/VCC-, DTR-, TXD-, RXD-pinnen van de USB-seriële adapter en de SERIAL-poort van de Z80-MBC2 aansluiten.

Pak nu het schets zip-bestand "S220718-R190918_IOS-Z80-MBC2.zip" uit in een map, compileer het en laad het met de Arduino IDE..

Stap 7: Voeg de SD en de RTC. toe

Pak nu het SD-zipbestand "SD-S220718-R191018-v1.zip" uit in een FAT16- of FAT32-geformatteerde microSD (een microSD van 1 GB is meer dan genoeg).

Koppel de USB-seriële adapter los van de pc en voeg aan de Z80-MBC2 de SD-module (met de microSD erin) en de RTC-module (als je die hebt) toe.

Let erop dat u de modules precies zo installeert als op de foto, want ze zijn niet "verwisselbaar" in hun positie en er kan permanente schade optreden als u ze verwisselt!

Nu bent u klaar om de Z80-MBC2 te gebruiken met behulp van de USB-seriële adapter en een terminalemulator!

Stap 8: Hoe gaat u naar het menu "Selecteer opstart…"

Om naar de "Selecteer opstartmodus of systeemparameters" te gaan, moet u op de RESET-toets (SW2) drukken, deze loslaten en onmiddellijk op de USER-toets (SW1) drukken en deze ingedrukt houden totdat de IOS-led begint te knipperen.

Een andere manier is om beide toetsen in te drukken, de RESET-toets los te laten terwijl u de USER-toets ingedrukt houdt totdat de IOS-led begint te knipperen, of u het menu op het scherm ziet.

Stap 9: Meer info…

U kunt hier meer informatie en technische details over de Z80-MBC2 vinden.