Орион-128/Радио 01-90

Данный материал защищён авторскими правами! Использование материала заявлено как добросовестное, исключительно для образовательных некоммерческих целей. Автор: В. СУГОНЯКО, В. САФРОНОВ, К. КОНЕНКОВ Источник: http://www.retro.h1.ru/Orion/CPU/CPU.php

ПЕРСОНАЛЬНЬЙ РАДИОЛЮБИТЕЛЬСКИЙ КОМПЬЮТЕР «ОРИОН-128»

Архитектура, основные схемные решения ПРК «Орион-128» и программное обеспечение являются исключительной собственностью Нижнекамского центра НТТМ, представляющего интересы авторов. Промышленное и мелкосерийное производство компьютера и его полуфабрикатов, тиражирование программного обеспечения в любой форме без согласия центра или авторов запрещено как государственным, так и кооперативным предприятиям.

Основные технические характеристики ПРК «Орион-128»

• Процессор КР580ВМ80А
• Разрядность шины данных 8
• Быстродействие (ОП./СЕК) 0,5 млн регистр — регистр
• Емкость ОЗУ 128 Кбайт
• Емкость ПЗУ 2К (системный МОНИТОР)
• Разрешающая способность:
• графика 384х256 точек
• цвет до 16 цветов
• символы 25 строк по 64 символа
• Знакогенератор загружаемый
• Устройство отображения бытовой телевизор
• Внешняя «память» кассетный магнитофон
• Операционная система совместима с СР/М-80

Прежде чем приступить к описанию схемотехники персонального радиолюбительского компьютера (ПРК) «Орион-128», постараемся ответить на несомненно возникший у читателей вопрос: почему вновь радиолюбителям предлагается микро-ЭВМ на микропроцессоре КР580ВМ80А, несмотря на то, что уже давно появились и выпускаются отечественной промышленностью микропроцессоры с большим быстродействием и разрядностью?

Причин этому несколько

Во-первых, одним из основных факторов в радиолюбительском творчестве, к сожалению, остается доступность элементной базы и ее стоимость. Комплект деталей для сборки «Ориона» не содержит остродефицитных компонентов. Все микросхемы, используемые в ПРК, бывают в продаже в магазинах «Электроника», и их общая стоимость относительно невелика.

Во-вторых, восьмиразрядные машины до сих пор остаются вне конкуренции в тех сферах, где применение более «солидных» компьютеров экономически не оправдано.

Кроме того, для 8-разрядных машин накоплено огромное количество самых разнообразных программ — системных, прикладных, игровых и пр., поэтому использование микропроцессора КР580ВМ80 значительно облегчает адаптацию этих программ к нашему ПК.

Технические возможности ПК «Орион-128» и уже существующие к настоящему времени программы позволяют решать многие задачи при использовании его в качестве инструмента радиолюбителем, инженером, а при наличии соответствующего программного обеспечения и экономистом или, скажем, бухгалтером.

Графические и цветовые возможности ПРК не уступают, а в большинстве случаев превосходят характеристики машин данного класса.

Немаловажно и то, что существенно расширив возможности компьютера, авторы обеспечили максимальную преемственность с «Радио-86РК». Это, несомненно, облегчит радиолюбителям, уже имеющим этот компьютер, заниматься построением новой микро-ЭВМ. Достигнуто это благодаря общности в структуре программы «Монитор» (и вследствие этого максимально возможной программной совместимости), одинаковому для обеих машин стандарту ввода-вывода на магнитофон, применению в «Орионе» клавиатуры от «Радио-86РК».

И последняя причина — это возможность технического творчества. Несмотря на то, что публикуемый здесь базовый вариант является законченным одноплатным ПК, содержащим 59 корпусов ИС у радиолюбителя появляется возможность, используя базовый вариант, строить машины различной конфигурации — от минимального варианта с ОЗУ объемом 64К и черно-белой графикой всего на 42 корпусах (остальные 17 просто не впаиваются), до варианта 256К (с дополнительной платой ОЗУ), платой макетирования, крейтовой системой, куда могут входить различные контролеры внешних устройств (контролер НГМД, программаторы ПЗУ, многоголосый звуковой синтезатор и пр.).

Перечень элементов примененных ПРК «ОРИОН — 128»

Рис 1. Схема.

К133ЛН1	DD1,DD11,DD59	1 кОм	R3,R5-R9,R13,R14,R24, R25,R29,R30
К155ИЕ5	DD2-DD6
К155ЛА3	DD7,DD16,DD58	10 кОм	R4,R17
К153ЛИ1	DD8,DD9	390 Oм	R1,R2,R10,R11
К153ЛЕ1	DD10	430 Oм	R18
К155ЛА7	DD12	51 кОм	R19
K155TM2	DD13	5,6 кОм	R20
К155ЛА1	DD14	9,1 кОм	R21,R23
К153ТЛ2	DD15	6,8 кОм	R22
К155ТМ7	DD18,DD28	2,4 кОм	R26
К155КП2	DD23-DD26,DD56,DD57	5,1 кОм	R27
К155ИД4	DD27,DD29	2 кОм	R28
К565РУ5	DD31-DD46	680 Ом	R12
К580ИР82	DD20, DD21 , DD47, DD48	31 Ом	R15
К580ВА86	DD17,DD49,DD50	130 Ом	R16
К580ВМ80А	DD19	200 Ом	R31
K580ВB55	DD53-DD55
К573РФ2	DD22
К155ТМ8	DD30
К155ИР13	DD51,DD52	100 мкФ	C12,C18,C20
К140УД6	DAl	300 пф	C1
КТ315Б	VT1-VT3	5600 пф	С11
КТ361Б	VT4	0,047 мкФ	C4,C13,C16
КТ819Б	VT5	0,1 мкФ	C9,C10
КС147	VD7	0,15 мкФ	C2
КД522	VD1-VD3,VD5,VD6,VD8,VD9	1 мкФ	C6,C17,C14,C15
ДЗ10	VD4	10 мкФ	C5,C7,C8,C3,C19,C21

Возможности для подобного расширения уже заложены в ПРК: открытая архитектура, буферированные шины данных, адреса и управления, наличие зарезервированных выходов для управления дополнительными блоками памяти и портами ввода-вывода, входов блокирования основного ОЗУ и входов RDI — «готовность», INT — «запрос прерывания» микропроцессора. Поскольку описываемый здесь радиолюбительский персональный компьютер является представителем «третьего поколения» персональных компьютеров, описанных на страницах журнала «Радио» (после «Микро-80» и «Радио-86РК»), мы не считаем необходимым подробно рассказывать о принципах работы самого микропроцессора и других узлов, а остановимся лишь на особенностях схемотехники, присущих данному компьютеру. Тем читателям, которые впервые приступают к сборке микро-ЭВМ, советуем ознакомиться с дополнительной литературой, приведенной в конце статьи, где эти вопросы освещены достаточно полно.

Схему персонального радиолюбительского компьютера «Орион-128» (рис.1) можно условно разделить на несколько основных модулей, каждый из которых хотя и не является законченным функциональным узлом, но выполняет вполне определенные функции. Это, кстати, позволяет вести поэтапную сборку и отладку компьютера.

Тактовый генератор собран на микросхемах DD1— DD7, DD8.1, DD8.2, DD9, DD10.2, DD11.2—DD11.4, DD12, DD13.1, DD14.1. Он формирует все не обходимые для работы микро-ЭВМ тактовые последовательности импульсов. На микросхеме DD1 выполнен генератор прямоугольных импульсов с частотой 10,0 МГц. Счетчики DD2—DD6 вырабатывают адресные сигналы для непрерывного вывода информации из экранной области ОЗУ на дисплей, а также регенерации всех банков (или, как мы их будем в дальнейшем называть, страниц динамического ОЗУ). Элементами DD12.1 и DD12.2 формируются сигналы Ф1 и Ф2 амплитудой 12 В и частотой 2,5 МГц для тактирования микропроцессора.

Кроме того, тактовый генератор вырабатывает сигналы CAS и RAS, необходимые для работы ОЗУ, а также смесь строчных и кадровых синхроимпульсов с частотами соответственно 15625 и 50 Гц для видеомонитора. С выхода 5 DD13.1 снимаются гасящие импульсы строк и полей, которые через входы 1 и 15 DD56 и DD57 смешиваются с видеосигналом.

Модуль процессора включает в себя DD19— центральный процессорный элемент (ЦПЭ), микросхемы DD17, DD20— DD21, а также DD15.1, DD15.5, DD15.6 — буферные элементы, два триггера микросхемы DD18.1 и триггер задержки DD13.2. Сюда же можно внести ППЗУ DD22— К573РФ2. Элемент DD17 — двунаправленный шинный формирователь К580ВА86. Он служит для усиления сигналов шины данных процессора (напомним, что выходы К580ВМ80А могут быть нагружены не более чем на один вход ТТЛ) и для коммутации направления передачи данных в циклах чтения и записи. Направление передачи данных определяется уровнем на входе «STB»: низкий уровень — чтение данных процессором, высокий уровень — вывод данных из процессора на шину.

Элементы DD20, DD21 — буферные усилители адресной шины. Адресные выходы ЦПЭ работают только в одном направлении, поэтому на входы «STB» микросхем DD20 и DD21 постоянно подан уровень «логической единицы». Без каких-либо изменений в схеме могут быть использованы микросхемы К580ВА86. Два D-триггера (DD18.1) служат для стробирования внешних сигналов RESIN (сброс) и RDYIN (готовность) тактовыми импульсами, что необходимо для исключения сбоев в работе микропроцессора при подаче этих сигналов на шину управления. Остальные два триггера используются как порт управления переключением страниц памяти.

Во втором и в начале третьего тактов каждого машинного цикла триггером задержки DD13.2 вырабатывается сигнал DSIN, который является задержанным на такт сигналом процессора «SYN». Он управляет подключением адресных входов и информационных входов и выходов ОЗУ или к процессору или к синхронизатору дисплея, то есть выполняет роль «арбитра».

Ячейки ОЗУ с адреса 0С000Н по 0BFFFH являются «экранной областью», и информация, содержащаяся в них, непрерывно выводится на видеомонитор. Каждому единичному биту байта, записанному в экранную область ОЗУ, соответствует светлая точка на экране дисплея, если бит равен нулю — эта точка погашена. Разумеется, вышесказанное относится к работе в монохромном режиме, в цветном — соответствие цвета точки и информации в ОЗУ сложнее, и мы более подробно расскажем об этом в дальнейшем. В течение времени удержания одного адреса, вырабатываемого тактовым генератором, дважды происходит выборка информации параллельно из всех 16 микросхем ОЗУ и одновременная запись ее в регистры DD47 и DD48, а сразу после переключения адреса — перезапись в сдвиговые регистры DD51 и DD52. Далее видеоинформация, пройдя обработку в узле формирования цветного сигнала (микросхемы DD56, DD57), поступает на видеовыход компьютера. При обращении процессора к памяти запись информации в регистры DD47 и DD48 запрещается наличием высокого уровня сигнала DSYN на входе 8 элемента DD10.3.

В компьютере «Орион-128» реализована возможность программно управлять работой тех или иных узлов и, таким образом, изменять конфигурацию машины. Для этой цели в схему введены три системных порта: порт управления режимами формирования цветного изображения DD30, порт управления страницами ОЗУ DD18.2 и порт переключения экранных областей DD28. При записи информации в любой из этих портов происходит переключение соответствующих триггеров и дальнейшее их состояние остается неизменным до очередного программного вмешательства. При включении ПК и нажатии кнопки «Сброс» порт DD30 сбрасывается высоким уровнем на входе R, что обуславливает появление единицы на выходе 14 и низкого уровня на входе CS DD22. Таким образом осуществляется начальный запуск ПРК. При выполнении первых команд программы монитора, записанной в ППЗУ DD22, процессор обращается к этому порту и переключает триггер начального пуска. Три оставшихся триггера DD30 управляют цветовыми режимами. Если в порт записывается байт с битом D2, равным 0, уровень 0 будет присутствовать на входе «R» регистра DD52 и тем самым запретит передачу данных из второй страницы на видеовыход, в которой хранится информация о цвете точек, поэтому дисплей работает в монохромном (двуцветном) режиме. Если бит D1=0, то микросхема DD52 работает как регистр параллельного хранения, поэтому устанавливается 16-цветный режим работы дисплея, а если D1=1 — DD52 сдвигает записанную информацию и дисплей переходит в четырехцветный режим. Последний триггер DD30 меняет палитру цветов в двух- (монохромный на цветном дисплее) и четырехцветных режимах. Более подробно об этом будет рассказано далее.

Микропроцессор К580ВМ80А, как известно, способен адресоваться лишь к 64 Кбайта памяти, что очень сильно ограничивает возможности собранных на нем ПРК. В персональном компьютере «Орион-128» достигнуто увеличение объема памяти до 128 (или даже 256) Кбайт благодаря ее страничной системе адресации. Записав в системный порт управления страницами номер нужного блока, мы «включаем» соответстствующую страницу в адресное пространство процессора, а работавшую перед этим страницу переводим в «теневое» состояние. Выполняет эту функцию дешифратор DD29, на выходах которого формируются сигналы «CS», разрешающие подключение к шине одного из двунаправленных шинных формирователей DD49 и DD50, и сигналы записи — «WE» в один из блоков. Следует заметить, что выход процессора WR (запись) не используется по своему прямому назначению в циклах обращения к ОЗУ (это, кстати, накладывает некоторые ограничения на применение команды процессора «HLT»). Элементы схемы DD16.1 и DD29 при обращении микропроцессора к ОЗУ формируют сигналы записи WE1 или WE2, если в данном цикле отсутствует активный сигнал RC (прием) ЦПЭ.

Третий системный порт DD28 позволяет пользователю выбирать расположение экранной области в ОЗУ. В зависимости от состояния этого порта вывод информации на экран дисплея осуществляется из областей с адресами 0000Н—2FFFH, 4000Н— 6FFFH, 8000Н—AFFFH или С000Н—EFFFH. Последний вариант определен как стандартный и устанавливается при включении компьютера. Переключение экранов происходит по кадровому импульсу, это позволяет производить динамичную смену «экранов» на дисплее.

Для организации обмена с внешними устройствами на плате компьютера установлены 3 ППА КР580ВВ55 DD53—DD55. ППА DD53 служит для подключения клавиатуры и интерфейса магнитофона. Эти узлы полностью аналогичны ПК «Радио-86РК» [3].

Два других ППА могут быть использованы для подключения периферийного оборудования. Все порты адресуются так же, как и ячейки памяти. Вывод 4 дешифратора портов DD27 выведен на системный разъем, что дает возможность подключать дополнительно необходимое количество портов (до 256) при наличии внешнего дешифратора.

Мультиплексоры DD56 и DD57 выполняют роль формирователей RGB — сигналов при использовании цветного дисплея или получения полутоновых изображений на монохромном. Вполне возможно и подключение одновременно обоих телевизоров. Для черно-белого монитора эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 формирует полный видеосигнал, в котором присутствуют строчные и кадровые синхроимпульсы, импульсы гашения и собственно видеоинформация. Для включения цветного монитора на этом же разъеме предусмотрены выходы синхросигналов, R — красного, G— зеленого и В — синего цветов, а также выход I — яркостного сигнала, позволяющего дополнительно получить две градации яркости каждой комбинации цветов в шестнадцатицветном режиме.

Как показала практика работы с различными типами цветных видеомониторов и телевизоров, для каждого из них приходится разрабатывать свою схему согласования выходов компьютера с входами телевизора. В дальнейшем мы расскажем о согласующем устройстве для подключения наиболее распространенных типов бытовых цветных телевизоров.

На основной плате ПРК собран также вторичный источник — преобразователь напряжения для питания микропроцессора с выходными напряжениями +12 и —5 В. Его схема мало отличается от описанной в [4]. Питается компьютер от однополярного стабилизированного источника питания напряжением +5 В, рассчитанного на ток нагрузки 2… 2,5 А. Кроме микропроцессора, к шине —5В подключен компаратор DA1. Токи, на которые рассчитан вторичный источник, невелики (100 мА по +12 В и 10 мА по —5 В), поэтому подключать к нему дополнительную нагрузку не нужно.

В. СУГОНЯКО, В. САФРОНОВ, К. КОНЕНКОВ

Московская обл.

ЛИТЕРАТУРА

• А. Ф. Волков. Ваш помощник — компьютер.— Моделист-конструктор, 1987, № 2, с. 19.
• Д. А. Тилинин. Персональная ЭВМ "Океан 240.— Микропроцессорные средства и системы, 1986, № 2, с. 24.
• Д. Горшков, Г. Зеленко и др. Персональный радиолюбительский компьютер «Радио-86РК».— Радио, 1986, № 6, с. 26.
• Д. А. Тилинин, Н. К. Глазачев, Р. В. Айсанов. Персональная ЭВМ «Океан 240.2».— Микропроцессорные средства и системы, 1986, № 4, с. 74.

Отсканировано с журнала Радио № 1 1990 г.

Отредактировано Лесных. Ю. 2001 г.