Jenga Kompyuta W / Uelewa wa Msingi wa Elektroniki: Hatua 9 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:54

Je! Umewahi kutaka kujifanya wewe ni mwerevu kweli na ujenge kompyuta yako mwenyewe kutoka mwanzoni? Je! Hujui chochote juu ya kile inachukua kutengeneza kompyuta isiyo na kiwango cha chini? Kweli, ni rahisi ikiwa unajua vya kutosha juu ya vifaa vya elektroniki kutupa baadhi ya IC pamoja kwa usahihi. Hii inaweza kufundisha kuwa wewe ni mzuri katika sehemu hiyo, pamoja na vitu vingine vichache. Na ikiwa sivyo, bado haipaswi kuwa ngumu sana kufuata ikiwa unajua jinsi mkate / prototyping hufanywa. Madhumuni ya mafunzo haya ni kukupa "kompyuta" inayofanya kazi bila kujua mengi juu ya jinsi wanavyofanya kazi. Nitafunika wiring na misingi ya programu, na pia kutoa programu fupi sana kwako. Basi wacha tuanze.

Hatua ya 1: Sehemu na Vitu

"Kompyuta" inahitaji: nguvu, pembejeo, usindikaji, kumbukumbu na pato. Kitaalam tutakuwa na vitu hivi vyote. Nitafunika mambo haya kwa utaratibu huo.

Kwa nguvu, utahitaji volt 5 (hapa imeitwa kama chanzo cha 5V). Inapendekezwa kuwa chanzo kinachodhibitiwa ili usiweke sehemu za kaanga katika mzunguko wako. Uingizaji wetu utakuwa vifungo. Usindikaji unajielezea mwenyewe; tunatumia processor. Kumbukumbu itakuwa tu na ROM. Rejista za madhumuni ya jumla za processor zitatosha kutumia kama RAM. Pato itakuwa LEDs.

1 LM7805C - 5V Mdhibiti

1 ZYLOG Z80 - Msindikaji

1 AT28C64B - EEPROM

1 74LS273 - Oktoba D Flip-Flop

1 74HC374E - Oktoba D Flip-Flop

3 CD4001BE - Quad NOR Gate

1 NE555 - Jenereta ya Saa

2 1K Ohm Resistor

1 10K Ohm Resistor

1 10K Mtandao wa Resistor wa Ohm; 8 Bussed AU 8 vipinzani vya ziada vya 10K

1 1uF Msimamizi

1 100uF Msimamizi

1 Kitufe cha Bonyeza

Kitufe 1 3x4 Matrix AU Vifungo 8 vya ziada vya kushinikiza

8 LED - Chaguo la Rangi Haijalishi

8 330 Ohm Resistors au Mtandao wa Resistor

1 Kweli Mkate Mkate Mkubwa au Ndogo Wadogo Wadogo

Kura nyingi na waya nyingi

Katika mpango wangu nina fimbo ya SRAM imewekwa. Hauitaji hata kuwa na wasiwasi juu ya hilo. Niliiongeza tu kwa mpango ili kuonyesha kwa usahihi mzunguko wangu halisi na nikaiongeza kwa mzunguko kwa matumizi ya baadaye. Pia iliyoongezwa kwa skimu hiyo ni lango la AU au lango (74LS36). Pembejeo mbili za malango ambazo hazikutumika zimefungwa na VCC na matokeo yake yameachwa yakielea (hayajachorwa). Pia haijachorwa au kuorodheshwa hapo juu ni capacitors mbili kwenye mzunguko wa nguvu.

Ninalisha 12V iliyodhibitiwa kwenye kidhibiti cha 5V kulisha bodi nzima ya mkate. Inapata joto, kwa hivyo niliambatanisha shimoni la joto ili kuipoa. Ikiwa unatumia chini ya 12V kulisha mdhibiti (tumia angalau 7V), inapaswa kuwa baridi zaidi.

Z80 ndio ambapo uchawi hufanyika. Inachukua maagizo yaliyohifadhiwa kwenye ROM na kuyatekeleza. EEPROM huhifadhi programu yetu kwa processor kutekeleza.

Flip-flop ya octal ambayo ni kifaa chetu cha pato ambacho hufunga data kwenye basi ya data kwa pato lake mwenyewe. Hii inatuwezesha kubadilisha whats kwenye basi, ambayo ni hatua muhimu sana kufanywa mara kadhaa kwa kila maagizo, bila kubadilisha kile mtumiaji / mtazamaji anachokiona. Flip-flop haiwezi kuendesha sasa inayohitajika kuwasha taa za pato, kwa hivyo hula ndani ya mbili za chipu za lango la NOR NOR ambazo hufanya hatua ya kugonga mistari 8 ya data kuendesha LED. Kwa kuwa pato la milango limegeuzwa, tunapaswa pia kuweka waya kwenye waya ili kugeuzwa, lakini tutafika hapo tutakapofika hapo. Chombo kingine cha NOR kinatumika kwa usanifu wa mantiki lakini milango mitatu tu hutumiwa.

Flip-flop ya octal inayotumika kwa pembejeo ni kitu sawa. Vipeperushi vya pato hushikilia pato lao liwe juu au chini kwa hivyo haliwezi kutumiwa kuendesha basi; ingeshikilia data kwenye basi. Flip-flop inayotumika kwa pembejeo inachukua nafasi ya / PANGIA upya na / EN, ambayo hukata zaidi au chini matokeo ya (na kutoka) kwa chip ili isishike data (matokeo ya serikali tatu).

Hatua ya 2: Wiring Nguvu, Saa na Weka tena nyaya

KUMBUKA: Kwa sehemu zote, waya kwanza waya za umeme. Kati ya vitu vyote vya kusahau waya, chips zitakuwa na uwezekano mdogo wa kuishi kwa muunganisho wa umeme uliosahaulika.

Mzunguko wa nguvu ni mzunguko rahisi zaidi kwa waya, ikifuatiwa na seti za kuweka upya na saa, mtawaliwa. Kwenye picha, pembejeo ya 12V iko kwenye ukanda wa nguvu kulia kulia. Waya ya hudhurungi, iliyoficha ya manjano chini yake, hulisha 12V kwa mdhibiti. Pato la mdhibiti hulisha kila kipande kingine cha nguvu kwenye ubao wa mkate na kila kipande cha nguvu hushirikiana kwa pamoja kwa sababu ndivyo elektroniki inavyofanya kazi.

Processor inahitaji mzunguko wa saa kufanya kazi. Bila hiyo, itakaa tu katika hali yake ya kwanza na usifanye chochote. Saa inafanya kazi wasindikaji rejista za mabadiliko ya ndani ili iweze kutoa ishara za kufanya mambo. Uingizaji wowote wa saa utafanya, hata kipinga rahisi na kitufe cha kushinikiza. Lakini inachukua mizunguko mingi ya saa kutekeleza maagizo. Maagizo ya kuandika kwa pato huchukua mizunguko 12 yenyewe. Labda hautaki kukaa hapo na bonyeza kitufe mara 100+ kupata kitanzi kimoja tu cha nambari (nambari halisi ziko mwisho wa inayoweza kufundishwa). Hiyo ndio NE555 ni ya. Inabadilika kwako na inafanya hivyo kwa kiwango (cha haraka) cha haraka.

Kabla ya kuanza wiring kitu chochote, unaweza kutaka kuendelea na kujua ni jinsi gani unataka vifaa vyako vimewekwa kwenye ubao. Mzunguko wangu wa saa umewekwa tu chini ya ubao kwa hivyo itakuwa nje ya njia ya vifaa vingine. Tutafikiria unajua jinsi ya kutengeneza saa ya msingi na kipima muda. Usipofanya hivyo, utataka kutafuta "555 Astable" na ufuate mafunzo. Tumia kipinga 1K kwenda kati ya reli ya 5V na pini 7 ya kipima muda (R1) na 10K kati ya pini 7 na pini 2 (R2). Hakikisha kufunga pini ya kuweka upya, piga 4, kwa reli ya 5V ili kipima muda kifanye kazi. Niliweka LED kwenye pato langu ili niweze kuthibitisha kuwa saa ilifanya kazi kweli, lakini haihitajiki.

Chaguo jingine na NE555 ni kuisanidi kama lango SIYO na utumie kipinga 1K kufunga pato tena kwa pembejeo. Kawaida inashauriwa kutumia vipima muda 3 kufanya hivyo, lakini nimeona ni 1 tu inapaswa kufanya kazi vizuri. Jua tu kwamba ukifanya hivyo, itabadilika kwa kasi kubwa sana na itakuwa ngumu sana, haiwezekani hata, kusema kuwa LED za pato zinaangaza. Usanidi huu unaitwa "oscillator ya pete."

Kumbuka kuwa hatuunganishi saa na processor bado. Tunaiandaa tu. Pia kumbuka chip ya mantiki juu tu ya saa kwenye picha. Iliongezwa baadaye na hiyo ndiyo mahali pekee ya busara iliyobaki kuiweka. Inatumika kwa uteuzi wa RAM / ROM. Hii inaweza kufundisha RAM kwa hivyo hautakuwa na chip hii kwenye bodi yako.

Sasa tunatia waya mzunguko wa kuweka upya. Kwanza unahitaji kupata doa kwenye bodi yako kwa hiyo. Nilichagua karibu na saa. Ongeza kitufe chako kwenye ubao. Tumia kipinga 1K kufunga upande mmoja wa kitufe kwenye reli ya 5V. Pini zetu za Rudisha zinafanya kazi chini, ikimaanisha tunahitaji kuzishika juu. Hiyo ndio ambayo kontena ni ya. Makutano haya pia ni mahali ambapo pini za kuweka upya zinaunganishwa. Upande wa pili wa kitufe huenda moja kwa moja ardhini. Ikiwa unataka kuweka upya nguvu, ongeza 10uF capacitor kwenye makutano haya pia. Itaweka voltage kwenye pini za kuweka upya chini muda wa kutosha kuwezesha mzunguko wa kuweka upya ndani ya processor na flip-flop.

Hatua ya 3: Wiring Z80

Sasa tunapata nitty-gritty. Tutamfunga mnyama mnyama ambaye ni Z80. Kwenye ubao wangu, niliweka Z80 juu juu kwenye sehemu ile ile ya bodi kama mzunguko wa kuweka upya. Kama nilivyosema hapo awali, waya wa reli kwanza. 5V huenda kubandika 11 upande wa kushoto na chini ni pini moja chini lakini kulia. Labda umeona pia upana wa kawaida wa chip. Itasababisha uwe na viunganishi 3 wazi upande mmoja kwenye ubao wa mkate na 2 kwa upande mwingine. Inafanya tu iwe rahisi zaidi kuweka waya vitu vya ziada ikiwa unachagua kufanya hivyo.

Nambari zifuatazo za pini - nadhani unajua jinsi ya kuhesabu pini kwenye IC - pembejeo ambazo hazijatumiwa na lazima zifungwe kwa reli ya 5V: 16, 17, 24, 25.

Kumbuka saa yetu? Oouput yake huenda kubandika 6 kwenye z80. Mzunguko wa kuweka upya unaunganisha kubandika 26. Bila kuwa na vifaa vingine kwenye ubao, hii ni mbali kama ninavyoweza kukupata na wiring ya z80 yenyewe. Wiring zaidi iliyofanywa kwake itafanywa katika hatua za baadaye.

Kwa sababu nilikuwa tayari nimejenga mzunguko kabla hata ya kufikiria kuandika maandishi haya, nitashikilia picha hadi hatua inayofuata.

Hatua ya 4: Wiring ROM

KUMBUKA: Unaweza kutaka kushikilia kuiweka ubaoni ikiwa bado inahitaji programu (zaidi baadaye).

Kwa ROM, niliiweka kando ya Z80 upande wa kulia na pia nikaiweka pini moja chini kwenye ubao wa mkate. Hii iliniruhusu kupiga waya ya anwani moja kwa moja, lakini zaidi baadaye. AT28C64B ni EEPROM, ikimaanisha inaweza kusanidiwa mara nyingi kwa kuzima pini kadhaa na kuendelea. Hatutaki EEPROM yetu ijipange upya yenyewe wakati iko kwenye mzunguko. Kwa hivyo ukishakuwa na reli zako za umeme zilizounganishwa, pini ya waya 27 (/ WE) kwa reli ya 5V ili kulemaza kipengee cha kuandika kabisa.

Mpango wangu ni mdogo sana, nilihitaji tu laini 5 za anwani (A0-A4) zilizounganishwa, lakini niliunganisha waya A5, A6 na A7 hata hivyo naweza kuandika programu kubwa bila kazi ya ziada. Mistari ya anwani ya ziada (A8-A12) imefungwa moja kwa moja ardhini ili kuzuia ufikiaji usiofaa wa anwani za juu kutoka kwa pembejeo zinazoelea. Pamoja na pembejeo za anwani ambazo hazijatumiwa zimefungwa ardhini na udhibiti wa kuandika umefungwa kwa 5V, wiring zingine ni sawa. Pata A0 kwenye processor na uiweke waya kwa A0 kwenye ROM. Kisha pata A1 kwenye processor na uifanye waya kwa A1 kwenye ROM. Fanya hivi mpaka uunganishe anwani zote pamoja. Katika picha, basi yangu ya anwani kwa ROM imefanywa kwa wiring ya bluu. Basi ya anwani inayoenda kwenye RAM imefanywa kwa wiring nyekundu. Waya hizi zote zilikatwa kabla na zilivuliwa wakati zilikuja kwenye kitanda cha wiring cha mkate na zilikuwa kamili kwa wiring hii.

Baada ya kupata anwani za waya (hii inaitwa basi ya anwani), fanya kitu sawa sawa kwa pini zilizoandikwa D0, halafu D1, D2, n.k Fanya hivi kwa pini zote za data (D0 - D7) na unayo data ya basi iliyotiwa waya. Tunakaribia kumaliza wiring ROM. Pata pini ya ROM / CE (chip kuwezesha) na uiunganishe kwa waya wa wasindikaji 19, / MREQ (ombi la kumbukumbu) kisha upate ROM's / OE (pato linawezesha) na waya kwa waya ya processor 21, / RD (soma). Sasa tumemaliza. Yote haya hufanywa na waya za kuruka kwa sababu lazima ziende upande wa pili wa processor na ubao wa mkate hautoi nafasi ya kutosha kutumia wiring nadhifu kama hiyo.

Hatua ya 5: Wiring Pato

Kwa sababu haikuwa na watu, nilichagua sehemu ya bodi kushoto kwa Z80 kwa pato. Weka flip-flop hapo na uwaunganishe reli za nguvu. Pini 1, / MR (kuweka upya) inaweza kuunganisha moja kwa moja kwenye pini ya kuweka upya ya processor, lakini unaweza kuiacha ikiwa imefungwa kwa reli ya 5V. Kufanya hivi kutasababisha tu kuonyesha data taka hadi kwanza kuandika. Angalia jinsi chip ina pembejeo la saa kwenye pini 11. Uingizaji huu ni wa kushangaza kwa kuwa imeamilishwa wakati pini inakwenda juu. Pia kumbuka kuwa pini hii SI saa sawa inayotumia prosesa. Saa hii inaweka data iliyosisitizwa kwenye basi ya data.

Kumbuka jinsi tuliunganisha D0 - D7 kwenye ROM kwa pini sawa kwenye processor? Fanya sawa sawa kwa chip hii. D0 yake huenda kwa D0 kwenye basi ya data na kadhalika. Pini zinazoanza na "Q" ni matokeo. Kabla ya kuweka waya hizo, tunahitaji kuongeza chips zaidi. Nilitumia milango ya quad NOR kwa sababu nina bomba lao na tayari nilihitaji moja, lakini juu ya chip yoyote itafanya kazi ikiwa utaifunga kwa waya kwa usahihi. Ningekuwa nimefunga pembejeo moja kwenye milango yote hadi ardhini na kutumia pembejeo zingine kama vile, pembejeo, lakini nilichagua kuweka pembejeo zote mbili pamoja kwa urahisi.

Niliweka chips chini ya flip-flop ili kurahisisha waya moja kwa moja bila kuruka lakini nilikuwa nikishuka kwa waya wakati huu kwa hivyo haikuwa muhimu mwishowe. Q0, Q1….. Q7 kwenye flip-flop huenda kwa pembejeo kwenye milango ya kibinafsi. Na milango 4 katika kila kifurushi / chip, nilihitaji vifurushi 2 na nilitumia milango yote. Ikiwa unapata toleo la flip-flop ambayo inaweza kuendesha LEDs bila kuhitaji buffered kama hii, chips hizi mbili hazihitajiki. Ikiwa unatumia milango kama bafa ambayo haina matokeo yaliyogeuzwa (NA / AU / XOR), basi unaweza kuweka waya kwa waya vile ungetarajia. Ikiwa unatumia sehemu sawa na mimi na / au matokeo yamegeuzwa, LED zinapaswa kuwa na waya kama ilivyoelezewa hapo chini. Picha ya kwanza inaonyesha sehemu ya IC ya pato.

Tumia vipingamizi vya 330 Ohm kufunga taa chanya za LED (Anode) kwa reli ya 5V na unganisha hasi (cathode) na pato la milango. Unaweza kuona kwenye picha ya pili kwamba nilitumia mabasi mawili ya kupingana, kila moja ikiwa na vipingamizi vitano vya ndani. Wiring LEDs kama hii itawafanya wawasha wakati pato limezimwa. Tunafanya hivyo kwa sababu pato limezimwa wakati pembejeo imewashwa. Hakikisha kabisa kuwa unafuatilia ni milango ipi ya matokeo yako kutoka kwa udhibiti wa flip-flop. Isipokuwa LED zako zitatawanyika au agizo lao halina maana, kupoteza wimbo wao kunaweza kusababisha kuchanganyikiwa baadaye wakati unajiuliza kwanini pato ni mbaya.

Hatua ya 6: Wiring Ingizo

Chukua flip-flop ya 74HC374 na uweke mahali pengine. Yangu ilikuwa mahali pengine chini ya Z80 kuelekea chini ya ubao. Kumbuka wakati wa mwisho wakati tuliunganisha D0 hadi D0 na D1 hadi D1 na kadhalika? Wakati huu tunaunganisha Q0 hadi D0 na Q1 hadi D1 na kadhalika. Tunashukuru sio lazima kuongeza vidonge yoyote wakati huu, haha. Badala yake tutaunganisha 10K Ohm kwa kila pini ya "D" (D0-D7) na ardhi na kisha kitufe kwa pini sawa na reli ya 5V. Au unaweza kutumia basi ya kupinga na kupunguza sehemu yako kuhesabu sana. Matrix ya kifungo 3x4 (bila pato lenye matrix !!) itasaidia pia. Picha inaonyesha ukamilifu wa mzunguko wa pembejeo pamoja na mantiki ya gundi (sehemu hiyo ni inayofuata).

Hatua ya 7: Mantiki ya Gundi

Tuna kitu cha mwisho cha waya. Inaitwa "mantiki ya gundi" kwa sababu hutumiwa kuamua ishara za kudhibiti kuifanya yote ifanye kazi; ndio inashikilia mzunguko pamoja. Wakati processor inataka kuandika data kwenye pato, zote mbili / IORQ na / WR (20 na 22 mtawaliwa) huenda chini na data inayotumwa inasisitizwa kwenye basi ya data. Pini ya saa kwenye flip-flops zote zinafanya kazi juu, ikimaanisha kuwa data imefungwa wakati pini inapokea ishara ya juu. Tunatumia lango la NOR na waya / IORQ kwa pembejeo moja ya lango na / WR kwa ingizo lingine. Wakati ama ni ya juu, ikimaanisha mizunguko ya IO haichaguliwi au operesheni ya uandishi haifanywi, pato linalalisha saa ya flip-flop inabaki chini. Wakati pembejeo zote mbili ziko chini, na wakati tu, pato linakwenda juu na flip-flop inafunga data.

Sasa tunahitaji kuweka waya kwenye pembejeo. Tunaweza kuweka pini ya saa kwa njia sawa na ile ya awali, lakini kwa kutumia / IORQ na / RD. Lakini tofauti na flip-flop nyingine, pia tuna pini / OE ambayo inahitaji kuchukuliwa chini tu wakati / IORQ na / RD ziko chini. Tunaweza kutumia lango la AU. Au tunaweza kuchukua tu ishara ambayo tayari tunayo saa na kuipindua na moja ya milango miwili ya kubadilisha ambayo tayari tunayo. Wakati wa kusema hii inaweza kufundishwa, sikuwa na lango la AU linalopatikana, kwa hivyo nilitumia moja chaguo la mwisho. Kutumia chaguo la mwisho ilimaanisha sikuhitaji kuongeza sehemu yoyote ya ziada hata hivyo.

Hatua ya 8: Programu

Je! Wiring yako iwe sahihi na ufafanuzi wangu wazi, kilichobaki ni kupata ROM iliyowekwa. Kuna njia chache za kufanya hivi. Unaweza kuchukua njia rahisi na kuagiza chip mpya kutoka kwa Digikey. Unapoagiza sehemu hiyo, utakuwa na fursa ya kupakia faili ya HEX na wataipanga kabla ya kuipeleka. Tumia faili za HEX au OBJ zilizounganishwa na hii inayoweza kufundishwa na subiri tu ifike kwa barua. Chaguo 2 ni kujenga programu na Arduino au kitu. Nilijaribu njia hiyo na ilishindwa kunakili data fulani kwa usahihi na ilinichukua wiki kugundua hilo. Niliishia kufanya chaguo 3, ambayo ni kuipanga kwa mikono na kubadili swichi kudhibiti anwani na laini za data.

Mara tu inapogeuzwa moja kwa moja kwa Msimbo wa OP wa processor, mpango huu wote unakaa katika ka 17 tu za nafasi ya anwani, kwa hivyo programu kwa mkono haikuwa mbaya sana. Mpango hupakia katika daftari la jumla la dhamana B thamani ya 00. Sajili B hutumiwa kuhifadhi matokeo ya nyongeza ya hapo awali. Kama rejista ni mahali ambapo hesabu hufanyika, hatutatumia kuhifadhi data.

Kuzungumza juu ya rejista ya A, tunafanya amri ya IN, ambayo inasoma uingizaji, na kuhifadhi data ya kusoma katika A. Kisha tunaongeza yaliyomo kwenye rejista B na kutoa matokeo.

Baada ya hapo, rejista A inakiliwa katika rejista B. Na kisha tunafanya safu ya amri za kuruka. Kwa sababu anaruka zote zinaelekeza kwa chini ya mistari ya anwani, na kwa sababu kaida ya juu ya maagizo ya kuruka imetolewa katika hoja ya pili na ni "00," tunaweza kulazimisha kila kuruka kufuatwa na NOP. Tunafanya hivyo kutoa wakati kati ya kuonyesha pato na kusoma pembejeo ili kuzuia uingizaji wa bahati mbaya. Kila kuruka hutumia mizunguko ya saa kumi na kila NOP hutumia nne. Ikiwa kitanzi kinachukua muda mrefu sana kwa kupenda kwako, unaweza kuongeza kasi ya saa au unaweza kuipanga upya ili kutumia kuruka kidogo.

Hatua ya 9: Upimaji

Ikiwa umeweka waya kila kitu kwa usahihi na ROM yako imewekwa kwa usahihi, kuna hatua moja ya mwisho ya kuchukua: inganisha na uone ikiwa inafanya kazi. Bonyeza kitufe na subiri sekunde chache. Inachukua mizunguko ya saa 81 kwa programu kufikia kitanzi chake cha kwanza na kila kitanzi huchukua mizunguko ya saa 74.

Ikiwa haifanyi kazi, angalia kaptula na pini ambazo hazijaunganishwa (kufungua) na maswala mengine ya nyaya. Ikiwa umechagua kutoka kwa kuweka upya nguvu, utahitaji kuweka upya mwongozo kabla ya processor kufanya chochote. Unaweza pia kushikamana na LED kwenye basi ya anwani ili uone ikiwa wana tabia. Nilikuwa na shida na hiyo mimi mwenyewe, kwa hivyo niliiweka moja kwa moja kwenye basi la data badala yake. Hii iliniruhusu kuona kile kilichokuwa kikiwasiliana kati ya processor na ROM bila kuhitaji kuwa na wasiwasi ikiwa ROM inasomewa kwa usahihi, ambayo ingehitaji michoro za muda na sikutaka tu kuhusika. Inageuka kuwa chaguo nzuri kwa sababu mwishowe nilinasa Nambari za OP zenye shida ambazo zilihifadhiwa vibaya.