Funkamateure entwickeln Amateurcomputer "AC1" (8)

Dipl.-Ing. F. HEYDER - Y21SO

Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß sich der Aufbau einer so umfangreichen digitalen Schaltung, wie sie der "AC1" darstellt, kaum als Erstlingswerk eignen dürfte. Gewisse Grunderfahrungen im Umgang mit und der Inbetriebnahme von digitalen Schaltungen, oder die Unterstützung Sachkundiger, sollte vorhanden sein.
Auch das Bestücken aller Bauelemente und die nachfolgende Inbetriebnahme erscheinen bei einer Leiterplatte mit 64 Schaltkreisen und den dem Elektronikamateur zur Verfügung stehenden Meßmitteln nicht sehr erfolgversprechend. Deshalb sollte der Aufbau der Grundleiterplatte in nachfolgend beschriebenen Etappen mit den entsprechenden Zwischenüberprüfungen vorgenommen werden. Als Meßmittel benötigt man dazu einen Universalmesser, einen Oszillografen (z.B. EO174A, N313 o.ä.) und einen TTL-Prüfstift mit Impulsanzeige, möglichst für positive und negative Werte (Nadelimpulse).
Am Ende jeder Aufbauetappe ist die Stromaufnahme zu überprüfen. Außerdem sind an den jeweils angegebenen Meßpunkten Oszillogramme aufzunehmen bzw. Pegel- und Impulsmessungen durchzuführen. In den späteren Etappen sind dann auch schon Bilder auf dem Monitor bzw. dem Fernsehgerät zu sehen. Grundsätzlich soll erst dann zur nächsten Aufbauetappe übergegangen werden, wenn alle angegebenen Parameter mit den gemessenen im Rahmen der üblichen Toleranzen übereinstimmen. Ansonsten sind erst die Fehler zu suchen und zu beseitigen.
Nicht zuletzt, um noch einige Anhaltspunkte zur Inbetriebnahme der Grundleiterplatte nach der folgenden Anleitung zu bekommen, wurde vorab eine kleine Serie von Grundleiterplatten von Funkamateuren entsprechend der Konzeption dieser Beitragsreihe aufgebaut. Zum Zeitpunkt der Manuskripterarbeitung war ein Großteil der Leiterplatten bereits vollständig bestückt und funktionstüchtig. Als Fehlerquellen traten nur vergessene oder schlechte Durchkontaktierungen, nicht entdeckte Haarrisse und Kurzschlüsse infolge Zinnbrücken auf, wenn man davon ausgeht, daß nur intakte Bauelemente verwendet wurden. Alle Fehler konnten mit den obengenannten Meßmitteln gefunden werden. Bei der Verwendung von Bastel- bzw. ausgelöteten Schaltkreisen sollte deren Funktionstüchtigkeit in einer kleinen Testschaltung mit Fassung überprüft werden. Natürlich sollte auch die Lötspitze dem doch meist filigranen Charakter der Leiterplatte entsprechen. Es empfiehlt sich, eine lange und schmale Lötspitze zu verwenden, so daß man z.B. auch zwischen zwei IS-Pins hindurchkommt.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß der, der sorgfaltig arbeitet, kaum oder keine Fehler suchen muß, wie es sich auch an einigen dieser Testmuster zeigte. Sollte sich der eine oder andere Fehler einstellen, hier noch einige Hinweise.
Zuerst ist zu überprüfen, ob an allen Schaltkreisen der jeweiligen Aufbauetappe Betriebsspannung und Masse anliegen. Bei fehlerhaften Oszillogrammen, Pegeln oder Impulsen ist der Signalweg zurückzuverfolgen und die richtige logische Funktion der einzelnen Schaltelemente zu kontrollieren. Ein statischer Pegel von 1,4 V deutet meist auf einen offenen TTL-Eingang hin, d.h., hier ist entweder ein Haarriß oder eine vergessene Lötstelle. Die Rückstellimpulse für die Teiler (Ausgänge DN39, DN41, DN42) werden mit den dem Elektronikamateur zur Verfügung stehenden Oszillografen kaum nachweisbar sein. Hier ist ein TTL-Prüfstift mit Impulsanzeige erforderlich.
Die angegebenen Stromaufnahmen gelten als Richtwerte, sie schwanken z.B. in Abhängigkeit von der Betriebsspannung und der Schaltkreistoleranzen. Die Oszillogramme sind schematisch angegeben und zeigen den idealen Impulsverlauf. Wenn nicht andere angegeben, beträgt der High-Pegel etwa 3,2 V. Auf jeden Fall muß er größer als 2,2 V sein. Durch die Eingangskapazitäten der Schaltkreise, Leitungskapazitäten und die Grenzfrequenz des Oszillografen zeigen sich dann meist Überschwingungen und Flankenverschleifungen. Als Beispiel dafür sind in den Bildern 28, 29 und 30 einige Oszillogramme der Aufbauetappe 8 abfotografiert worden (Oszillograf N 313-SU, 3-dB-Grenzfrequenz 1 MHz).
Und nun zum eigentlichen Aufbau des Grundmoduls des "AC1". Zuerst sind alle Durchkontaktierungen, die nicht an den Bauelementeanschlüssen erfolgen, mit kurzen Drahtstücken zu realisieren. Da der Bestückungsplan mit dem Leiterbild hinterlegt ist, dürften diese Stellen leicht aufzufinden sein. Die Durchkontaktierungen unter der Fassung von D7 sind dementsprechend besonders flach zu gestalten. Außerdem sind die Bauelemente zur Abblockung der einzelnen Betriebsspannungen entsprechend Bild 11 zu bestücken.
Der etappenweise Aufbau des Grundmoduls beginnt mit der Bildschirmsteuerung, da diese erstens den Takt für den Rechnerteil mit erzeugt, und zweitens zum Nachweis von dessen Funktion mitverwendet wird. Wer kein Fernsehgerät mit Videoeingang (Monitor) zur Verfügung hat, muß dann auch noch vorher den Modulator nach Bild 10 in ein kleines abgeschirmtes Gehäuse einbauen. Das Einstellen des Fernsehgeräts auf die Frequenz des Modulators erfordert etwas Gefühl, da hier keine Restseitenbandunterdrückung erfolgt.
Nun kann mit der ersten Aufbauetappe begonnen werden. Es werden alle Bauelemente des Taktgenerators und des 1:6-Teilers zur Versorgung der Teilerkette bestückt (DN35 ... DN39, DG9, DG10, D19 sowie die dazugehörenden passiven Bauelemente). Die vier dazu erforderlichen Schaltkreise sind im Bestückungsplan mit einem Stern gekennzeichnet. Die Stromaufnahme beträgt etwa 140 mA. Es sind die Impulse entsprechend Bild 24 nachzuweisen.
In der zweiten Aufbauetappe werden alle weiteren TTL-Schaltkreise der oberen drei Reihen des Bildschirmteils, außer den D 150/51 und D40 (74123) sowie die dazugehörenden passiven Bauelemente bestückt. Die Brücken X13 ... X22 sind entsprechend der gestrichelten Linien in Bild 7 zu realisieren. Die Stromaufnahme beträgt etwa 430 mA. Die Oszillogramme entsprechend Bild 25 sind nachzuweisen. Auf dem Bildschirm sind dann 16 weiße Streifen, die aus jeweils 8 Zeilen bestehen, mit einem genauso großen Zwischenraum zu sehen. In diesen Zeilen sind später die Zeichen dargestellt.
Nun kann zur dritten Etappe übergegangen werden. Hier sind die fünf als Adreßmultiplexer verwendeten D 150/51 aufzulöten. Zuvor ist noch einmal zu überprüfen, ob auch alle Durchkontaktierungen unter diesen Schaltkreisen realisiert wurden. Die Stromaufnahme beträgt dann etwa 520 mA. An den Ausgängen dieser Schaltkreise (Pin 6 bzw. 8) sind Rechteckimpulse nachzuweisen. Diese entsprechen den jeweiligen Ausgängen der Teilerkette, die am Eingang der betreffenden Multiplexer liegen. Auf dem Bildschirm zeigt sich keine Veränderung.
In der vierten Aufbauetappe werden die restlichen TTL-Schaltkreise des Bildschirmteils (4 x D 195, 2 x D 103, 1 x D 104) bestückt. Die Punkte X31 und X32 sind zu verbinden. Die Stromaufnahme steigt auf etwa 700 mA an. Das Videosignal an X28 muß dem in Bild 26 entsprechen. Auf dem Bildschirm sind 16 Zeilen (mit je 64 weißen Feldern), wie ebenfalls in Bild 26 dargestellt, sichtbar. Stellt sich dieses Zwischenergebnis nicht ein, so ist der Fehler in der Bestückung der D 195 (D38, D39) zu vermuten.
In der fünften Aufbauetappe wird der Zeichengenerator U 402 bestückt. Die beiden Kontaktierungen auf der Bestückungsseite am U 402 brauchen nicht realisiert zu werden, da sie auch an der Leiterseite herangeführt sind, so daß sich hier auch eine Fassung problemlos einsetzen läßt. Bei der weiteren Inbetriebnahme sind nun auch -12 V nötig, die mit etwa 20 mA belastet werden. Die + 5-V-Stromaufnahme beträgt nun etwa 720 mA. Auf dem Bildschirm ist auf jeder Zeichenposition ein Fragezeichen dargestellt, da die Eingänge der Zwischenspeicher D35/D36 offen sind. Durch das auf Masse legen einzelner Pins dieser Zwischenspeicher, die an den Leitungen VD0 bis VD5 liegen, sind dann folgende Zeichen auf dem gesamten Schirm zu sehen:

Für die sechste und letzte Aufbauetappe des Bildschirmteils bleiben nur noch die 8 Speicherschaltkreise U 202 des Bildwiederholspeichers übrig. Die Punkte X23 und X24 sind zu verbinden. Die Stromaufnahme der gesamten Bildschirmsteuerung beträgt etwa 860 mA. Auf dem Bildschirm ist ein feststehendes und störungsfreies Zufallsmuster aus dem Zeichenvorrat des U 402 zu sehen, das darin bedingt ist, daß jede Speicherzelle der U 202 eine Vorzugstellung hat, die sie nach dem Anlegen der Betriebsspannung meist annimmt.
Ob diese Vorzugstellung nun High oder Low ist, ist von Zelle zu Zelle verschieden und zufällig. Sollte es zu regelmäßigen Wiederholungen innerhalb einer Zeile bzw. von Zeilen kommen, dann sind die Adreßleitungen an den U 202 zu untersuchen. Sollte die Zeichenvielfalt des Zufallsmusters relativ klein sein, ist zu überprüfen, ob alle, Datenausgänge der U 202 auch an den entsprechenden Eingängen der Zwischenspeicher D35/D36 anliegen.
Damit ist die Bildschirmsteuerung vollständig bestückt. Nun kann mit dem Aufbau des Rechnerteils begonnen werden. In dieser siebenten Aufbauetappe werden alle TTL-Schaltkreise, die Fassungen, die beiden Transistoren und die passiven Bauelemente des Rechnerteils bestückt. Zugunsten einer geringeren Belastung der betreffenden Leitungen des Adreß- und Steuerbuses können anstelle der D 104 auch DL 004 verwendet werden. Zur Taktversorgung der ZVE mit 2 MHz sind die Punkte X28 und X29 (Takteingang des D 174) zu verbinden. Die Stromaufnahme erreicht dann etwa 1,15 A. An der ZVE-Fassung sind nun vorsichtig, ohne deren Kontakte zu verbiegen oder zu beschädigen, folgende Pegel bzw. Impulse nachzuweisen.
CLK - 2-MHz-Takt, Tastverhältnis 1:1, High-Pegel 5 V;
RESET - nach Einschalten bzw. nach kurzzeitigem Verbinden von X3-X4 etwa 40-ms-Low-Im­puls;
DB0...DB7, WAIT, NMI, BUSRQ, INT - High-Pegel 5 V;
A0...A15, MREQ, IORQ, RD, WR - offener TTL-Eingang 1,4 V.
Wurde das erfolgreich durchgeführt, so kann nun in der achten Aufbauetappe die ZVE in die Fassung gesteckt werden. Die Stromaufnahme steigt auf etwa 1,25 A an. Da der Datenbus durch die Pull-up-Widerstände der D 103 High-Pegel führt, und in der Fassung von D4 noch kein programmierter EPROM steckt, werden von der ZVE nach dem Reset-Impuls laufend RST-38H-Befehle (0FFH) gelesen und ausgeführt, d.h., der gesamte Speicherbereich wird von der ZVE fortlaufend mit dem Muster 3900H beschrieben. Dieser zyklische Vorgang gestattet es, die im Bild 27 dargestellten Impulsverläufe mit einem Oszillografen darzustellen (s. auch Oszillografenfotos Bilder 28, 29 und 30) und zur Kontrolle der Funktion des Rechnerteils mitzuverwenden.
Da der Bildwiederholspeicher Bestandteil des Gesamtspeichers ist, wird er natürlich auch ständig mit dem oben genannten Muster beschrieben. In Abhängigkeit von dem verwendeten Bitmuster des Zeichengenerators ist dann der gesamte Bildschirm mit der Folge ◊ 9 bzw. @ 9 beschrieben. Aufgrund des in der Beschreibung der Bildschirmsteuerung bereits erläuterten Kompromisses bei der Dunkeltastung, sind während des ZVE-Zugriffs auf den Bildwiederholspeicher kleine Störimpulse auf dem Bildschirm sichtbar. Am Ausgang von DN55 muß während dieser Aufbauphase ständig Low-Pegel liegen.

weiter mit Teil 9