Elektronika haqqında əsas anlayışa sahib bir kompüter qurun: 9 addım (şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:48

Həqiqətən ağıllı olduğunuzu iddia etmək və sıfırdan öz kompüterinizi qurmaq istəmisinizmi? Minimum kompüter düzəltmək üçün nə lazım olduğunu bilmirsən? Elektronika haqqında kifayət qədər məlumatınız varsa, bəzi IC -ləri düzgün bir yerə yığmaq asandır. Bu öyrədici, o hissədə yaxşı olduğunuzu və bir neçə başqa şeyi güman edəcək. Əks təqdirdə, çörək taxtasının/prototipin necə edildiyini bilirsinizsə, onu izləmək hələ də çətin olmamalıdır. Bu təlimatın məqsədi, necə işlədikləri haqqında çox şey bilmədən işləyən bir "kompüter" əldə etməkdir. Kablolama və proqramlaşdırmanın əsaslarını əhatə edəcəyəm və sizin üçün çox qısa bir proqram təqdim edəcəyəm. Beləliklə, başlayaq.

Addım 1: hissələr və əşyalar

Bir "kompüter" tələb edir: güc, giriş, işləmə, yaddaş və çıxış. Texniki cəhətdən bütün bunları əldə edəcəyik. Mən bunları sırayla əhatə edəcəyəm.

Güc üçün 5 volt (burada 5V olaraq etiketlənmiş) bir mənbəyə ehtiyacınız olacaq. Təsadüfən dövrə içərisində hissələri qızartmamaq üçün tənzimlənən bir qaynaq olması tövsiyə olunur. Girişimiz düymələr olacaq. İşləmə öz-özünə başa düşüləndir; prosessor istifadə edirik. Yaddaş yalnız ROMdan ibarət olacaq. Prosessorun daxili ümumi təyinatlı qeydləri RAM olaraq istifadə etmək üçün kifayət edəcək. Çıxış LED olacaq.

1 LM7805C - 5V tənzimləyicisi

1 ZYLOG Z80 - Prosessor

1 AT28C64B - EEPROM

1 74LS273 - Octal D Flip -Flop

1 74HC374E - Octal D Flip -Flop

3 CD4001BE - Quad NOR Gate

1 NE555 - Saat Generatoru

2 1K Ohm rezistor

1 10K Ohm Rezistor

1 10K Ohm Rezistor Şəbəkəsi; 8 Bussed OR 8 Əlavə 10K rezistor

1 1 uF kondansatör

1 100 uF kondansatör

1 Düymə

1 3x4 Düyməli Matris VƏ 8 Əlavə Düymə

8 LED - Rəng seçiminin əhəmiyyəti yoxdur

8 330 Ohm Rezistorlar və ya Rezistor Şəbəkəsi

1 Həqiqətən Böyük Çörək Paneli və ya Çoxlu Kiçiklər

Çox və Çox Tel

Şematik olaraq bir SRAM çubuğu quraşdırılmışam. Bunun üçün narahat olmağınıza belə ehtiyac yoxdur. Faktiki dövrəmi dəqiq əks etdirmək üçün onu sxemə əlavə etdim və gələcəkdə istifadə etmək üçün dövrə əlavə etdim. Sxematikaya dörd OR qapısı da əlavə edilmişdir (74LS36). İstifadə edilməmiş iki qapının girişi VCC -yə bağlanır və çıxışları üzür (çəkilmir). Güc dövrəsindəki iki kondansatör də yuxarıda çəkilməmiş və ya sadalanmamışdır.

Bütün çörək taxtasını qidalandırmaq üçün tənzimlənən 12V -u 5V tənzimləyiciyə verirəm. Olduqca istiləşir, buna görə soyuducu üçün bir soyuducu bağladım. Tənzimləyicini qidalandırmaq üçün 12V -dən az istifadə edirsinizsə (ən azı 7V istifadə edin), daha soyuq işləməlidir.

Z80, sehrin baş verdiyi yerdir. ROM -da saxlanılan təlimatları alır və yerinə yetirir. EEPROM prosessorun işləməsi üçün proqramımızı saxlayır.

Məlumat avtobusundakı məlumatları öz çıxışına bağlayan çıxış cihazımız olan octal flip-flop. Bu, istifadəçinin/izləyicinin gördüklərini dəyişmədən, təlimat üzrə dəfələrlə edilən çox vacib bir addım olan avtobusdakıları dəyişdirməyə imkan verir. Flip-flop, çıxış LED-lərini yandırmaq üçün lazım olan cərəyanı idarə edə bilməz, buna görə LED-ləri idarə etmək üçün 8 məlumat xəttini tamponlayan dörd NOR qapı çipinə daxil olurlar. Qapıların çıxışı ters çevrildiyindən, LEDləri də ters çevirmək məcburiyyətindəyik, amma buna gəldikdə buna gələcəyik. Digər NOR çipi məntiqi şifrələmə üçün istifadə olunur, ancaq üç qapıdan istifadə olunur.

Giriş üçün istifadə olunan sekizlik flip-flop əslində eyni şeydir. Çıxış flip-flopları çıxışı ya yüksək, ya da aşağı tutur, buna görə də avtobus idarə etmək üçün istifadə edilə bilməz; avtobusdakı məlumatları saxlayacaq. Giriş üçün istifadə olunan flip-flop /RESET pinini /EN ilə əvəz edir, bu da çipin çıxışlarını az və ya çox ayırır, belə ki məlumatı (üç vəziyyətli çıxışlar) saxlamır.

Addım 2: Gücün, Saatın və Sıfırlama sxemlərinin naqilləşdirilməsi

DİQQƏT: Bütün hissələr üçün əvvəlcə elektrik raylarını tel edin. Tel etməyi unutmaq lazım olan hər şeydən, çiplərin unudulmuş güc əlaqələrindən sağ çıxma ehtimalı daha az olacaq.

Güc dövrəsi, tel üçün ən sadə dövrədir, sonra sıfırlama və saat dövrələri gəlir. Şəkildə, 12V girişi ən sağdakı elektrik şeridindədir. Altında sarı bir tel gizlədilən qəhvəyi tel, 12V -u tənzimləyiciyə verir. Tənzimləyicinin çıxışı çörək lövhəsindəki hər bir elektrik şeridini bəsləyir və hər bir elektrik zolağı ortaq bir zəmini paylaşır, çünki elektronika belə işləyir.

Prosessorun işləməsi üçün bir saat dövrəsi lazımdır. Onsuz, yalnız başlanğıc vəziyyətində oturacaq və heç bir şey etməyəcək. Saat, prosessorların daxili keçid qeydlərini idarə edir, buna görə bir şey etmək üçün siqnal yarada bilər. Hər hansı bir saat girişi, hətta sadə bir müqavimət və düyməni basacaq. Ancaq təlimatları yerinə yetirmək üçün bir çox saat dövrü lazımdır. Çıxışa yazma təlimatı özlüyündə 12 dövrə çəkir. Çox güman ki, orada oturub kodun yalnız bir döngəsini əldə etmək üçün 100+ dəfə bir düyməni basmaq istəmirsiniz (faktiki ədədlər təlimatın sonundadır). NE555 bunun üçündür. Sizin üçün keçid edir və bunu (nisbətən) sürətli bir sürətlə edir.

Bir şey bağlamağa başlamazdan əvvəl, komponentlərinizin lövhədə necə yerləşdirilməsini istədiyinizi başa düşmək istəyə bilərsiniz. Saat sxemim lövhənin altına qoyulmuşdur, buna görə digər komponentlərin yolundan kənarda qalacaq. Taymerlə əsas bir saat necə edəcəyinizi biləcəyinizi güman edəcəyik. Bunu etməsəniz, "555 Astable" a baxmaq və bir təlimatı izləmək istəyəcəksiniz. Taymerin 5V rayı ilə pin 7 (R1) və pin 7 ilə pin 2 (R2) arasındakı 10K arasında keçmək üçün 1K rezistordan istifadə edin. Taymerin işləyə bilməsi üçün sıfırlama pinini 4 pinini 5V rayına bağladığınızdan əmin olun. Çıxışa bir LED qoydum, buna görə saatın həqiqətən işlədiyini yoxlaya bildim, amma buna ehtiyac yoxdur.

NE555 ilə başqa bir seçim, onu NOT qapısı olaraq qurmaq və çıxışı yenidən girişə bağlamaq üçün 1K rezistordan istifadə etməkdir. Bunu etmək üçün ümumiyyətlə 3 taymerdən istifadə etmək tövsiyə olunur, amma gördüm ki, yalnız 1 -i yaxşı işləməlidir. Sadəcə bilin ki, bunu etsəniz, çox yüksək sürətlə salınacaq və çıxış LED -lərinin yanıp söndüyünü söyləmək çox çətin, hətta mümkün olmayacaq. Bu quruluşa "üzük osilatoru" deyilir.

Diqqət yetirin ki, hələ saatı prosessora bağlamırıq. Sadəcə hazırlayırıq. Şəkildəki saatın üstündəki məntiq çipinə də diqqət yetirin. Daha sonra əlavə edildi və onu yerləşdirmək üçün qalan yeganə yarı məqbul yer idi. RAM/ROM seçimi üçün istifadə olunur. Bu təlimat RAM -ı gözardı edir, buna görə lövhənizdə bu çip olmayacaq.

İndi sıfırlama dövrəsini bağlayırıq. Əvvəlcə lövhənizdə bunun üçün bir yer tapmalısınız. Saatın yanında seçdim. Düymənizi lövhəyə əlavə edin. Düymənin bir tərəfini 5V rayına bağlamaq üçün 1K rezistor istifadə edin. RESET pinlərimiz aktivdir, yəni onları yüksək tutmalıyıq. Rezistor bunun üçündür. Bu qovşaq, sıfırlama pinlərinin bağlandığı yerdir. Düymənin digər tərəfi birbaşa yerə gedir. Gücün sıfırlanmasını istəyirsinizsə, bu qovşağa 10 uF kondansatör əlavə edin. Sıfırlama pinlərindəki gərginliyi, prosessor və flip-flopdakı sıfırlama sistemini aktivləşdirmək üçün kifayət qədər uzun müddət saxlayacaq.

Addım 3: Z80 -in kabelinin çəkilməsi

İndi cılız vəziyyətə düşürük. Z80 olan heyvanı tellə bağlayacağıq. Lövhəmdə, Z80 -ni sıfırlama dövrəsi ilə eyni lövhənin yuxarı hissəsinə qoydum. Daha əvvəl də qeyd edildiyi kimi, əvvəlcə elektrik raylarını tel edin. 5V soldakı pin 11 -ə gedir və yer bir pin aşağı, ancaq sağdadır. Çipin tək genişliyinə də diqqət yetirdiniz. Çörək taxtasının bir tərəfində 3, digər tərəfində 2 açıq konnektora sahib olmağınıza səbəb olacaq. Seçdiyiniz təqdirdə əlavə əşyaların bağlanmasını daha az rahat edir.

Aşağıdakı pin nömrələri-IC-də sancaqlar saymağı bilirsiniz-istifadə edilməmiş girişlərdir və 5V rayına bağlanmalıdır: 16, 17, 24, 25.

Saatımızı xatırlayırsınız? Onun çıxışı z80 -də 6 -cı pinə gedir. Sıfırlama dövrəsi 26 -cı pinlə əlaqələndirilir. Lövhədə digər komponentlər olmadan, bu, z80 -in özünün naqilləri ilə əldə edə biləcəyim qədərdir. Sonrakı mərhələlərdə daha çox kabel çəkiləcək.

Bu təlimatı yazmağı düşünməmişdən əvvəl dövrəni artıq qurduğum üçün şəkli növbəti addıma qədər saxlayacağam.

Addım 4: ROM -un naqilləri

Qeyd: Hələ də proqramlaşdırılması lazımdırsa, lövhəyə qoymağı dayandırmaq istəyə bilərsiniz (daha sonra bu barədə).

ROM üçün onu sağdakı Z80 -in yanına qoydum və eyni zamanda çörək taxtasına bir pin endirdim. Bu, ünvan avtobusuna birbaşa keçid etməyimə imkan verdi, amma daha sonra. AT28C64B bir EEPROMdur, yəni bəzi pinləri söndürüb açaraq dəfələrlə proqramlaşdırıla bilər. EEPROM -un dövrədə olarkən təsadüfən özünü yenidən proqramlaşdırmasını istəmirik. Beləliklə, elektrik raylarınızı bağladıqdan sonra, yazma xüsusiyyətini tamamilə aradan qaldırmaq üçün 27V telini 5V rayına bağlayın.

Proqramım o qədər kiçikdir ki, yalnız aşağı 5 ünvan xəttinə (A0-A4) qoşulmalı idim, amma hər halda A5, A6 və A7-ni bağladım ki, əlavə iş görmədən daha böyük proqramlar yazım. Əlavə ünvan xətləri (A8-A12), üzən girişlərdən daha yüksək ünvanlara istənməyən girişin qarşısını almaq üçün birbaşa yerə bağlanır. İstifadə edilməmiş ünvan girişləri yerə və yazma nəzarətinə 5V bağlandıqda, qalan hissəni bağlamaq olduqca sadədir. Prosessorda A0 tapın və ROM -da A0 -a bağlayın. Sonra prosessorda A1 tapın və ROM -da A1 -ə bağlayın. Bütün ünvanları birləşdirənə qədər bunu edin. Şəkildə, ROM -a gedən ünvan avtobusum mavi naqillərdə aparılır. RAM -a gedən ünvan avtobusu qırmızı naqillərdə aparılır. Bu tellər bir çörək taxtası məftil dəstində gəldikləri üçün əvvəlcədən kəsilmiş və soyulmuş və bu naqillər üçün mükəmməl idi.

Ünvanları bağladıqdan sonra (buna ünvan avtobusu deyilir), D0, daha sonra D1, D2 və s. Etiketli pinlər üçün eyni şeyi edin, bunu bütün məlumat pinləri üçün (D0 - D7) edin və sizdə məlumat avtobusu simlidir. Demək olar ki, ROM -un naqillərini çəkirik. ROM /CE (çip aktivləşdirmə) pinini tapın və prosessor pin 19, /MREQ (yaddaş tələbi) ilə bağlayın və sonra ROM /OE (çıxış imkanları) tapın və prosessor pin 21, /RD (oxuyun) ilə bağlayın. Artıq bitmişik. Bütün bunlar tullanan tellərlə aparılır, çünki prosessorun digər tərəfinə keçməlidirlər və çörək taxtası belə səliqəli naqilləri istifadə etmək üçün kifayət qədər yer təklif etmir.

Addım 5: Çıxışın naqilləşdirilməsi

Populyar olmadığı üçün, çıxış üçün Z80 -in solundakı lövhəni seçdim. Flip-flopu oraya qoyun və elektrik raylarını bağlayın. Pin 1, /MR (sıfırlama) birbaşa prosessorun sıfırlama pininə qoşula bilər, ancaq 5V rayına bağlı olaraq tərk edə bilərsiniz. Bunu etmək, yalnız ilk yazılana qədər lazımsız məlumatları göstərməsinə səbəb olacaq. Çipin pin 11 -də saat girişinin necə olduğuna diqqət yetirin. Bu giriş, pin yüksəldikdə işə salınması qəribədir. Həm də unutmayın ki, bu pin prosessoru idarə edən saatla eyni deyil. Bu saat, məlumat avtobusunda təsdiqlənmiş məlumatları bağlayır.

ROM -da D0 - D7 -ni prosessorun eyni pinlərinə necə bağladığımızı xatırlayırsınızmı? Bu çip üçün də eyni şeyi edin. Onun D0 məlumat avtobusunda D0 -a gedir və s. "Q" ilə başlayan pinlər çıxışlardır. Bunları bağlamadan əvvəl daha çox çip əlavə etməliyik. Dörd NOR qapısını istifadə etdim, çünki bir boruya sahibəm və artıq ehtiyacım var, amma düzgün bir şəkildə bağlasanız hər hansı bir çip işləyəcək. Bütün qapıların bir girişini yerə bağlaya bilərdim və digər girişləri də giriş kimi istifadə edə bilərdim, amma sadəlik üçün hər iki girişi birləşdirməyi seçdim.

Çipləri birbaşa tullanan olmadan bağlamağı asanlaşdırmaq üçün flip-flopun altına qoydum, amma bu anda telim az idi, buna görə də sonda heç bir əhəmiyyəti yox idi. Flip-flopdakı Q0, Q1….. Q7 fərdi qapıların girişlərinə gedir. Hər paketdə/çipdə 4 qapı ilə 2 paketə ehtiyacım var və bütün qapıları istifadə etdim. LEDləri belə tamponlamağa ehtiyac olmadan idarə edə biləcək flip-flopun bir versiyasını tapsanız, bu iki çipə ehtiyac yoxdur. Qapıları ters çevrilmiş (AND/OR/XOR) olmayan bir tampon olaraq istifadə edirsinizsə, LEDləri gözlədiyiniz kimi bağlaya bilərsiniz. Mənimlə eyni hissələri istifadə edirsinizsə və/və ya çıxışlar tərs çevrilirsə, LEDlər aşağıda təsvir edildiyi kimi bağlanmalıdır. Birinci şəkil çıxışın IC hissəsini göstərir.

LEDləri 5V rayına bağlamaq və mənfi (katod) qapıların çıxışına bağlamaq üçün 330 Ohm rezistorlardan istifadə edin. İkinci görüntüdə görə bilərsiniz ki, hər biri cəmi beş daxili rezistora malik olan iki rezistor avtobusu istifadə etdim. LED -lərin bu şəkildə bağlanması, çıxış söndürüldükdə onları işıqlandıracaq. Bunu edirik, çünki giriş açıq olduqda çıxış sönür. Çıxışlarınızı flip-flop nəzarətindən hansı qapıları izlədiyinizə əmin olun. LED -ləriniz dağılmayacaqsa və ya sifarişləri mənasız olmadıqda, sonradan özünüzdən çıxışın niyə səhv olduğunu soruşduğunuzda izini itirmək qarışıqlığa səbəb ola bilər.

Addım 6: Girişin naqilləri

74HC374 flip-flopunu götürün və bir yerə qoyun. Mənimki Z80 -dən aşağı, lövhənin altına doğru idi. Son dəfə D0 -u D0 -a və D1 -i D1 -ə bağladığımızı xatırlayırsınızmı? Bu dəfə Q0 -u D0 -a və Q1 -i D1 -ə bağlayırıq. Şükürlər olsun ki, bu dəfə heç bir tampon çipi əlavə etmək məcburiyyətində deyilik, haha. Bunun əvəzinə hər bir "D" pininə (D0-D7) 10K Ohm bağlayacağıq və sonra eyni pinlərə və 5V rayına bir düymə bağlayacağıq. Yoxsa bir rezistor avtobusu istifadə edib hissə sayınızı xeyli azalda bilərsiniz. 3x4 düyməli bir matris (matrisli çıxış olmadan !!) də kömək edəcək. Şəkil yapışqan məntiqi ilə birlikdə giriş dövrəsinin bütövlüyünü göstərir (bu hissə növbəti).

Addım 7: Yapışqan Məntiq

Bağlamaq üçün son bir işimiz var. "Yapışqan məntiq" adlanır, çünki hamısını işlətmək üçün nəzarət siqnallarının kodunu açmaq üçün istifadə olunur; dövrəni bir yerdə saxlayan budur. Prosessor çıxışa məlumat yazmaq istədikdə, həm /IORQ, həm də /WR (sırasıyla 20 və 22) aşağı düşür və göndərilən məlumatlar məlumat şinində təsdiqlənir. Hər iki flip-flopdakı saat pimi yüksəkdir, yəni pin yüksək bir siqnal aldıqda məlumatlar kilidlənir. Qapının bir girişinə bir NOR qapısı və tel /IORQ və digər girişə /WR istifadə edirik. Ya yüksək olduqda, yəni IO sxemləri seçilmir və ya yazma əməliyyatı yerinə yetirilmir, flip-flopun saatını qidalandıran çıxış aşağı olaraq qalır. Hər iki giriş aşağı olduqda və yalnız yüksək olduqda, çıxış yüksək olur və flip-flop məlumatları bağlayır.

İndi giriş flip-flopunu bağlamalıyıq. Saat pinini əvvəlki ilə eyni şəkildə bağlaya bilərik, ancaq /IORQ və /RD istifadə edərək. Ancaq digər flip-flopdan fərqli olaraq, yalnız /IORQ və /RD aşağı olduqda aşağı salınması lazım olan bir /OE pinimiz var. OR qapısından istifadə edə bilərik. Və ya sadəcə saat üçün əlimizdə olan siqnalı götürüb əlimizdə olan iki ters çevirici qapıdan biri ilə tərs çevirə bilərik. Bu təlimat verildiyi zaman, bir OR qapısı yox idi, buna görə sonuncu variantdan birini istifadə etdim. Sonuncu seçimdən istifadə etmək, heç bir əlavə hissə əlavə etməyimə ehtiyac olmadığını ifadə etdi.

Addım 8: Proqramlaşdırma

Kablolarınız düzgün və izahım aydın olarsa, yalnız ROMu proqramlaşdırmaq qalır. Bunun üçün bir neçə yol var. Asan yolu seçib Digikey -dən yeni bir çip sifariş edə bilərsiniz. Parçanı sifariş edərkən, bir HEX faylı yükləmək imkanı olacaq və onu göndərməzdən əvvəl proqramlaşdıracaqlar. Bu təlimata əlavə edilmiş HEX və ya OBJ fayllarından istifadə edin və sadəcə poçtla gəlməsini gözləyin. Seçim 2, bir Arduino və ya başqa bir şey ilə bir proqramçı qurmaqdır. Bu marşrutu sınadım və müəyyən məlumatları düzgün kopyalaya bilmədim və bunu başa düşməyim üçün bir neçə həftə çəkdi. Əl ilə proqramlaşdırmaq və ünvanı və məlumat xətlərini idarə etmək üçün açarları çevirmək olan 3 -cü seçimi etməyə son qoydum.

Bir dəfə prosessorun OP Koduna çevrildikdən sonra, bütün proqram yalnız 17 bayt ünvan sahəsinə söykənir, buna görə əllə proqramlaşdırma o qədər də dəhşətli deyildi. Proqram B ümumi reyestrinə 00 dəyərini yükləyir. B Qeydiyyatı əvvəlki əlavənin nəticəsini saxlamaq üçün istifadə olunur. A reyestri riyaziyyatın baş verdiyi yerdə olduğu üçün məlumatları saxlamaq üçün istifadə etməyəcəyik.

A reyestrindən danışarkən, girişi oxuyan və oxunan məlumatları A -da saxlayan bir IN əmrini yerinə yetiririk. Sonra B registrinin məzmununu əlavə edirik və nəticəni çıxarırıq.

Bundan sonra A reyestri B registrinə kopyalanır. Sonra bir sıra atlama əmrləri edirik. Bütün atlamalar ünvan sətirlərinin aşağı baytına işarə etdiyinə və atlama təlimatının yuxarı baytının ikinci arqumentdə verildiyinə və "00" olduğuna görə hər atlamanın ardınca NOP gəlməsinə məcbur edə bilərik. Təsadüfən daxil olmağın qarşısını almaq üçün çıxışı göstərməklə oxumaq daxil etmək arasında vaxt vermək üçün bunu edirik. Hər atlama on saat dövrü və hər NOP dörd istifadə edir. Döngə sizin zövqünüz üçün çox uzun çəkərsə, saat sürətini artıra bilərsiniz və ya daha az tullanmaq üçün yenidən proqramlaşdıra bilərsiniz.

Addım 9: Test

Hər şeyi düzgün bir şəkildə bağlamısınızsa və ROMunuz düzgün proqramlaşdırılıbsa, son bir addım var: onu bağlayın və işlədiyini yoxlayın. Bir düyməni basın və bir neçə saniyə gözləyin. Proqramın ilk döngəsinə çatması üçün 81 saat dövrü lazımdır və hər bir döngə 74 saat dövrü alır.

İşə yaramırsa, şort və bağlanmamış sancaqlar (açılır) və digər kabel problemlərini yoxlayın. Güc açma sıfırlamasını seçmisinizsə, prosessor bir şey etməzdən əvvəl əl ilə sıfırlamalısınız. Davranışlarını öyrənmək üçün ünvan avtobusuna LED də bağlaya bilərsiniz. Bununla özümdə problemlərim var idi, buna görə də onları birbaşa məlumat avtobusuna yapışdırdım. Bu, ROM -un düzgün oxunduğundan narahat olmayaraq, prosessorla ROM arasında nələrin bildirildiyini görməyə imkan verdi ki, bu da vaxt diaqramlarını tələb edirdi və mən bu işə qarışmaq istəmirdim. Yaxşı bir seçim olduğu ortaya çıxdı, çünki nəhayət səhv saxlanan problemli OP Kodlarını tutdum.