Un vero computer fatto in casa facile da costruire: Z80-MBC2!: 9 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Se sei curioso di sapere come funziona un computer e come interagisce con "cose esterne", al giorno d'oggi ci sono un sacco di schede pronte per giocare come Arduino o Raspberry e molte altre. Ma queste schede hanno tutte lo stesso "limite"… nascondono la parte interna perché usano un MCU (Micro Controller Unit) o un SOC (System On Chip) quindi non puoi toccare CPU, I/O, bus interno e tutte queste cose che fanno funzionare un computer.

C'è un'altra opzione che utilizza alcune parti più vecchie come CPU a 8 bit (il cosiddetto "retrocomputing"). Sono semplici da capire e puoi trovare molta documentazione e libri gratuitamente e consentono di costruire computer reali con tutti i blocchi funzione necessari (CPU, I/O, RAM, ROM/EPROM, ecc…).

Ma generalmente usano parti difficili da trovare e richiedono strumenti obsoleti come un programmatore e una gomma EPROM o un programmatore GAL e quelli più semplici hanno funzionalità molto limitate.

Quindi ho mescolato parti vecchie e "nuove" per creare un design unico che non necessita di alcun programmatore EPROM legacy o circuiti integrati fantasiosi, utilizzando componenti facili da trovare. L'MCU Atmega32A funge da sottosistema di I/O, "emulando" l'EPROM e tutti i componenti di I/O. Inoltre, utilizzando un bootloader Arduino, può essere facilmente programmato con il noto IDE Arduino.

Gli IC necessari sono:

• Z80 CPU CMOS (Z84C00) 8 Mhz o superiore
• Atmega32A
• TC551001-70 (128 KB di RAM)
• 74HC00

Se vuoi l'espansione 16x GPIO (opzione GPE) aggiungi anche un MCP23017.

Lo Z80-MBC2 ha una capacità di avvio multiplo e può eseguire CP/M 2.2, QP/M 2.71 e CP/M 3 (128KB banked memory supportati), quindi puoi usare una grande quantità di SW con esso (ad esempio puoi trovare facilmente compilatori Basic, C, Assembler, Pascal, Fortran, Cobol, e alcuni di questi sono già forniti nei dischi virtuali sulla SD).

I dischi rigidi vengono emulati utilizzando una microSD formattata FAT16 o FAT32 (una microSD da 1 GB è sufficiente), quindi è facile scambiare i file con il PC (sono supportati 16 HD per ogni sistema operativo) utilizzando cpmtoolsGUI.

Ovviamente è necessario un terminale per interagire con lo Z80-MBC2, e un comune adattatore seriale USB insieme a un SW di emulazione terminale sarà una scelta semplice ed economica.

Passaggio 1: componenti e PCB

La prima cosa è trovare tutti i componenti per costruire la scheda. Ho preparato un file (A040618 BOM v2.ods) con tutti i componenti necessari che puoi trovare facilmente. Ovviamente è richiesta una competenza di base, e si suppone che tu riesca a trovare i componenti "in giro"…

Riguardo al PCB Ho preparato un "collegamento facile" per ordinare un piccolo lotto (5 pz. min.) di PCB qui.

Passaggio 2: moduli di cui hai bisogno anche tu…

Devi anche acquistare (se non lo hai) alcuni comuni moduli economici (vedi foto):

• Un adattatore USB-Seriale;
• Un modulo microSD;
• Un modulo RTC DS3231 (opzionale);
• Un programmatore USBasp (per eseguire il flashing del bootloader Arduino nell'Atmega32a);
• Un adattatore AVR da 10 pin a 6 pin (opzionale).

Passaggio 3: costruisci il tabellone

Per costruire la scheda seguire la Guida all'assemblaggio (A040618 PCB Layout Guide.zip) con la posizione dei componenti sul PCB (con sia i riferimenti delle parti che i valori). Anche lo Schema (A040618 - SCH.pdf) sarà utile.

Inizia a saldare i componenti più sottili come resistori e diodi, quindi i condensatori ceramici e così via. I connettori ei condensatori elettrolitici saranno gli ultimi.

Passaggio 4: installa l'IDE Arduino e "MightyCore"

Per caricare lo "schizzo" di Arduino nell'Atmega32a, è necessario installare l'IDE di Arduino e il "MightyCore" da qui utilizzando l'IDE di Arduino "Board Manager".

In questo modo il supporto per l'Atmega32a verrà aggiunto all'IDE di Arduino e sarà possibile selezionare l'Atmega32a come dispositivo di destinazione (vedi foto).

Ricordati di selezionare le altre opzioni come in foto.

Passaggio 5: flash del bootloader

Per rendere operativo lo Z80-MBC2 è necessario eseguire il flashing del bootloader Arduino nell'Atmega32a.

Ciò ti consentirà di compilare e caricare lo schizzo nell'Atmega32a utilizzando l'IDE di Arduino.

Esistono molti modi per eseguire il flashing del bootloader. Il modo in cui suggerisco è di utilizzare un programmatore USBasp economico e masterizzare il bootloader utilizzando l'IDE Arduino.

Per collegare l'USBasp al connettore ICSP dello Z80-MBC2 è possibile utilizzare un comune adattatore 10pin-6pin (vedi foto).

Ricordarsi di scollegare qualsiasi altro connettore quando si utilizza l'ICSP. Inoltre entrambi i moduli SD e RTC (se presenti) devono essere rimossi dalla scheda quando la porta ICSP è in uso.

Maggiori informazioni su questo passaggio possono essere trovate qui.

Passaggio 6: caricare lo "schizzo"

Ora è il momento di caricare lo schizzo nell'Atmega32a usando l'IDE di Arduino. Per questo è necessario collegare l'adattatore seriale USB (vedi foto) alla porta SERIAL (J2) dello Z80-MBC2.

È necessario collegare i pin GND, +5V/VCC, DTR, TXD, RXD dell'adattatore seriale USB e la porta SERIAL dello Z80-MBC2.

Ora decomprimi il file zip dello sketch "S220718-R190918_IOS-Z80-MBC2.zip" in una cartella, compilalo e caricalo con l'IDE di Arduino.

Passaggio 7: aggiungere la SD e l'RTC

Ora decomprimi il file zip SD "SD-S220718-R191018-v1.zip" in una microSD formattata FAT16 o FAT32 (una microSD da 1 GB è più che sufficiente).

Scollega l'adattatore seriale USB dal PC e aggiungi allo Z80-MBC2 il modulo SD (con la microSD all'interno) e il modulo RTC (se ce l'hai).

Fai attenzione a installare i moduli esattamente come mostrato nella foto, perché non sono "scambiabili" nelle loro posizioni e potrebbero verificarsi danni permanenti se li sostituisci!

Ora sei pronto per eseguire lo Z80-MBC2 utilizzando l'adattatore seriale USB e un emulatore di terminale!

Passaggio 8: come accedere al menu "Seleziona avvio…"?

Per entrare nella "Seleziona modalità di avvio o parametri di sistema" è necessario premere il tasto RESET (SW2), rilasciarlo e premere immediatamente il tasto USER (SW1) e tenerlo premuto fino a quando il led IOS inizia a lampeggiare.

Un altro modo è premere entrambi i tasti, rilasciare il tasto RESET tenendo premuto il tasto USER fino a quando il led IOS inizia a lampeggiare, oppure si vede il menu sullo schermo.

Passaggio 9: maggiori informazioni…

Puoi trovare maggiori informazioni e dettagli tecnici sullo Z80-MBC2 qui.