Funkamateure entwickeln Amateurcomputer "AC1" (4)

Dipl.-Ing. F. HEYDER - Y21SO

Um den Dekodieraufwand möglichst gering zu halten, wurde eine Zeilenzahl von 320 gewählt. Damit möglichst genau die Fernsehnorm erfüllt wird, ist die Zeilenzeit auf 63 µs verkürzt, womit sich dann eine Bildfrequenz von 49,6 Hz ergibt. Um nun einerseits die erforderliche Videobandbreite möglichst gering zu halten, andererseits aber 64 Zeichen in einer Zeile, und damit 384 effektive Bildpunkte dar­zustellen, wurde die effektiv verfügbare Zeilenbreite von 51,6 µs (64 µs - 18 %) fast vollständig mit 48 µs für die Bildinformation ausgeschöpft. Das erfordert zwar dann eine exakte Einstellung der Bildbreite, garantiert dafür aber auch eine gute Zeichenqualität bei Benutzung des Modulators, denn dann muß das Signal ja den gesamten HF-Weg des Fernsehers passieren.
Bei 384 Bildpunkten in 48 µs ergibt das 125 ns pro Bildpunkt, und damit einen Bildpunkttakt von 8,0 MHz. Dieser Takt wird durch den Quarzoszillator DN35/36 erzeugt und über DN37/38, die die Flanken noch etwas versteilern, dem Teiler D19 zugeführt. Hier wird dieser durch die Anzahl der Punkte eines Zeichens pro Zeile, also 6, geteilt, und damit der Zähltakt für die Zeichenposition durch DG9 erzeugt.
An X27/28 und, falls das noch für die verwendete ZVE (Anfallbauelemente) noch zu schnell sein sollte, auch am Ausgang von DG9, kann dann der durch 2, 3 oder 6 geteilte Bildpunkttakt über den Teiler D20 der ZVE als Systemtakt zugeführt werden. Das ergibt dann die Systemtakte von 2,0, 1,33 oder 0,666 MHz, jeweils im Tastverhältnis von 1:1.
D41 und D42 fungieren als Zeichenpositionszähler, wobei die Zählerstände Null bis 63 dann gleichzeitig als Adressen A0 bis A5 für den Bildwiederholspeicher dienen und die Zeit von Zählerstand 64 bis 83 für den Zeilenimpuls und den Strahlrücklauf vorbehalten sind. Bei Erreichen des Zählerstandes 84 wird dann ein Rücksetzimpuls erzeugt, der gleichzeitig den Zeilen-pro-Zeichen-Zähler D43 um eins erhöht. Die ersten drei Ausgänge dieses Zählers ergeben die Zeilenadresse für den Zeichengenerator. Der Ausgang 8 wird in der Grundvariante zum Dunkeltasten der nächsten 8 Zeilen benutzt. Wird die Kapazität der Bildschirmanzeige durch das Auflöten weiterer 8 Stück U 202 im Huckepackverfahren verdoppelt, dann wird dieser Ausgang als Adresse A6 verwendet. Der positive Übertragungsausgang dieses Zählers schaltet den Zeichenzeilenzähler D44 dann jeweils um eins weiter. Die Ausgänge dieses Zählers ergeben in der Grundvariante die Bildwiederholspeicheradressen A6 bis A9. Der Ausgang 8 dieses Zählers taktet außerdem den 2. Teiler des D20. Damit wird die Zeit für den Bildimpuls und den Bildrücklauf gewährleistet und bei Erreichen der Bildzeile 320 werden dann D43/44 und der zweite Teiler von D20 zurückgesetzt und das Auszählen des Bildwiederholspeichers beginnt von neuem. Alle Zeitabläufe der Bildschirmsteuerung basieren auf dieser Zählerkette.
Entsprechend den 125 ns pro Bildpunkt wird das Zeilensegment eines Zeichens in 750 ns geschrieben. Diese Zeit liegt in der gleichen Größenordnung wie die Laufzeiten der Speicher und des Zeichengenerators, und auch die Laufzeiten der TTL-Schaltkreise sind dann nicht mehr einfach zu vernachlässigen. Im Bild 9 sind die wichtigsten Zeitabläufe zum Ausschreiben eines Zeichens dargestellt. Das vollständige Ausschreiben eines Zeichens aus dem Bildwiederholspeicher erfolgt in drei Etappen. Zuerst werden die Zählerkette weitergeschaltet, die Adressenschalter D21 bis D25 durchlaufen und danach liegt die gültige Adresse am Bildwiederholspeicher an. Nach der Zugriffszeit der U 202 D, max. 400 ns, liegt der gültige Zeichenkode an den Datenausgängen der U 202 D an und wird mit dem LD-Impuls in das Auffangregister D35/36 übernommen. Da die Zugriffszeit der S 202 maximal 800 ns betragen kann, müssen an dieser Steile ausschließlich U 202 D verwendet werden. Während der zweiten Etappe durchläuft dieser Zeichenkode das Auffangregister und adressiert gemeinsam mit den ersten drei Ausgängen des Zeilen-pro-Zeichen­zählers D43 den Zeichengenerator D37. Nach der Zugriffszeit dieser Festwertspeicher von maximal 580 ns liegt an dessen Ausgängen das Bitmuster des entsprechenden Zeichenzeilensegments. In der dritten Etappe wird dieses Muster mit dem /LD-Impuls in das Ausgabeschieberegister D38/39 übernommen und mit dem Bildpunkttakt VDCLK ausgeschoben und damit das Zeichenzeilensegment punktweise ausgegeben. Diese Zeicheninformationen müssen dann nur noch mit den Synchron- und Dunkeltastimpulsen verknüpft werden und das vollständige Videosignal ist fertig.
Zuerst zu den Dunkeltastimpulsen. Der Strahl muß während folgender Phasen dunkelgetastet werden:
1. Der Zeit für den Strahlrücklauf, den rechten und linken Bildrand und den Synchronimpuls. Diese Zeit wird durch das RS-Flip-Flop DG11 bis DG14 erfaßt, das von den Zeichenzählerständen 66 und 2 gesetzt bzw. rückgesetzt wird.
2. Der Zeit für oberen und unteren Bildrand, Bildsynchronimpuls und Strahlrücklauf, die durch den Ausgang Q des zweiten Teilers D20 angezeigt wird und den Bildzeilenzählerständen 256 bis 320 entspricht.
3. Während des Speicherzugriffs durch die ZVE entsprechend VDUSEL 1 und 2.
4. In der Grundvariante jeweils für 8 Zeilen zwischen zwei Zeichenreihen entsprechend dem Ausgang 8 des Zeilen-pro­Zeichen-Zählers D43.
Diese vier Dunkeltastanforderungen werden über die Dioden VD4 und VD5 und ein Gatter von D45 zum Signal DTVDU zusammengefaßt und über DN54 und ein Gatter von D34 mit der Bildinformation aus dem Schieberegister verknüpft. Damit ist die Hell-Dunkel-Information fertig.
Die Synchronimpulse bestehen aus Zeilen­ und Bildsynchronimpulsen. Der Start dieser Impulse wird über Gatter entsprechend der Teilerkette festgelegt. Die Dauer wird durch die beiden Monoflops von D40 bestimmt. Dieses Prinzip wurde [6] entnommen, da es damit mit minimalem Schaltkreisaufwand möglich ist, die Impulse zu gewinnen. Der Zeilensynchronimpuls wird beim Zeichenzählerstand 69 gestartet und beträgt etwa 5 µs. Der Bildsynchronimpuls wird beim Zeilenzählerstand 290 (D43/44 und 20 zusammengefaßt) gestartet und beträgt etwa 0,2 ms. Diese beiden Impulse werden über ein UND-Gatter von D34 zusammengefaßt. Über das Netzwerk VD2, VD3, R21 bis R23 wird aus den Synchronimpulsen und der Hell-Dunkel-Information ein Videosignal von etwa 1V Amplitude gebildet, das über X29 einem Videomonitor zugeführt werden kann, bzw. das den Modulator in Bild 10 nach [6] ansteuert. Entsprechend der Dimensionierung des Schwingkreises und der entstehenden Oberwellen kann dieses Signal dann im VHF- bzw. UHF-Bereich empfangen werden.
Zur Verhinderung von Störabstrahungen ist dieser Modulator mit einer Abschirmung zu versehen.
Der Anschluß der Datenausgänge der U 202 D an den Datenbus ist analog dem des Rechnerteils ausgeführt. Er ist auch Voraussetzung dafür, daß die Rollfunktion des Bildschirminhaltes mit Hilfe der ZVE durch Verschieben des Speicherinhalts erfolgen kann.
Die Gatter DG16 bis DG19 sind zur Erzeugung des Chip-Select für die U 202 D im Fall der Erweiterung gedacht und in der Grundvariante des "AC1" noch nicht notwendig, werden aber schon auf der Leiterplatte vorgesehen.
Da der Zeichengenerator nur 64 Zeichen enthält und somit eine 6-Bit-Adresse zu deren Kodierung ausreicht, würden auch sechs U 202 D als Bildwiederholspeicher genügen. Im Interesse einer großen Universalität des Grundmoduls und einer späteren Erweiterbarkeit des Zeichenvorrats durch den zusätzlichen Einbau weiterer bzw. eines umfangreicheren Zeichengenerators, wurde diese Steuerung für die volle Datenwortbreite von 8 Bit konzipiert, sie kann somit auch als normaler Speicher für den Mikrorechner benutzt werden.

Stromzuführung und -versorgung

Bis auf die Maßnahmen zur Siebung und Ablockung der Versorgungsspannungen wurden die beiden Komponenten der Grundleiterplatte des "AC1" beschrieben. In Bild 11 ist die Spannungszuführung der Grundleiterplatte dargestellt. Die am meisten belastete Spannung, +5 V zur Versorgung aller TTL- und Mikrorechnerschaltkreise, wird über ein Pi-Filter C5/L1/C14 geleitet und dann den Schaltkreisen zugeführt. Die Stützkondensatoren C15 bis Cn sind den einzelnen Schaltkreisen so zugeordnet, daß allgemein jeweils einer für jeden Mikrorechner-, Speicher-, Treiber- und Zählerschaltkreis vorgesehen ist und bei den restlichen Logikschaltkreisen jeweils ein C zwei IS versorgt. Die genaue Zuordnung wird dann durch die Topologie der Leiterplatte festgelegt. Die anderen drei Versorgungsspannungen (-5 V, ±12 V) werden jeweils über einen Siebelko am Eingang zu den Speicherschaltkreisen geführt, wobei sich dann zwei Speicherschaltkreise immer einen Stützkondensator teilen. Die -12 V für den Zeichengenerator erhalten ebenfalls einen Stützkondensator. Der Anschluß der Betriebsspannungen erfolgt über die Lötstützpunkte X33 bis X37. An den entsprechenden Stiften des Steckverbinders sind diese Spannungen dann auch für Erweiterungen greifbar.
Zum Aufbau des eigentlichen Netzteils und des Gehäuses für den "AC1" sollen an dieser Stelle keine exakten Vorgaben gemacht werden. Diese kann jeder Elektronikamateur entsprechend seinen Möglichkeiten unter Beachtung folgender Gesichtspunkte selbst gestalten, ohne daß darunter die Softwarekompatibilität der einzelnen Geräte leiden dürfte. Zur Realisierung der Netzteile sind z.B. viele Anregungen in [7] enthalten. Die einzelnen Baugruppen sollten jeweils mit Reserven dimensioniert werden, falls später Erweiterungsbaugruppen angeschlossen werden sollen, damit diese gleich aus dem Netzteil-Grundmodul mit versorgt werden können (geschätzte Reserven für Speichererweiterung mit U-256-Busverstärker, RTTY-Filterkonverter und AFSK-Generator: +5 V mit etwa 1 bis 1,5 A; +12 V mit etwa 0,3 bis 0,4 A; -5 V mit etwa 50 bis 100 mA; -12 V mit etwa 100 mA).
Die Netzteile können wahlweise als analoge oder geschaltete Regler aufgebaut werden. Bei Schaltreglern bzw. Schaltnetzteilen ist zu beachten, daß bei diesen zusätzliche Maßnahmen zur Störunterdrückung zu treffen sind, damit es nicht zu Einstreuungen in Empfänger- und Senderbaugruppen kommt. Sehr gut macht sich z.B. auch der Einsatz von Festspannungsreglern der Reihe MA 78XX (s. auch [7] ). Im Muster vom "AC1" wurden die positiven Spannungen mit Festspannungsreglern und die negativen Spannungen mit Z-Dioden stabilisiert. Auf einen Überspannungsschutz in den Betriebsspannungszuleitungen für die Mikrorechner-, Speicher- und TTL-Schaltkreisen sollte nicht verzichtet werden, denn sonst kann das Hochlaufen einer Spannung, besonders der Spannung +5 V, eine sehr kostspielige und ärgerliche Angelegenheit werden. Am einfachsten ist hier das jeweilige Parallelschalten einer Leistungs-Z-Diode der nächst höheren Spannungsgruppe (bei 5 V z.B. SZ600/5,6) und das Einfügen einer entsprechenden Feinsicherung. Jede Betriebsspannung sollte über eine Lumineszenzdiode an der Vorderfront des Gehäuses angezeigt werden, damit man sofort einen Überblick über deren Vorhandensein hat.
Normalerweise ist es laut Herstellerangaben auch erforderlich, die drei Betriebsspannungen des EPROMs U 555 D in einer bestimmten Reihenfolge an- und abzuschalten, und zwar die Spannung -5 V zuerst an und zuletzt ab. Wenn man dem entsprechen will, sind diese Spannungen mit Hilfe einer Logik so anzuschalten, daß die vorgegebene Reihenfolge eingehalten wird und bei einem Ausfall der Spannung -5 V auch die beiden anderen Spannungen sofort abgeschaltet werden. Im Muster vom "AC1" werden alle Stromversorgungsbaugruppen aus einem gemeinsamen Transformator versorgt, so daß nach dem Einschalten die betreffenden Spannungen mehr oder weniger gleichzeitig anliegen. Da das Netzteil -5 V prozentual die größten Reserven hat, ist sogar anzunehmen, daß aufgrund der geringsten Belastung diese Spannung etwas eher anliegt und nach dem Ausschalten am längsten bestehen bleibt. Eine Gefahr für den EPROM würde wahrscheinlich dann nur bei einem Ausfall der Spannung -5 V bestehen. Diese Art der Anschaltung funktioniert mittlerweile bereits ein Jahr ohne einen EPROM-Defekt. Für den Elektronikamateur dürfte sie als Minimallösung ausreichen, auch wenn man nicht garantieren kann, daß keine EPROMs zu Schaden kommen.

weiter mit Teil 5