Преобразователь напряжения dc/dc +5/+12/-5в для питания кр580вм80

Требования к деталям преобразователя

Не забываем, что у транзистора TIP41C иное расположение выводов, чем у КТ819!

Основную сложность при изготовлении преобразователя представляет намотка трансформатора Т1. Требования таковы: трансформатор намотан на катушке, помещённой в броневой магнитопровод Б14 М1500НН2. Обмотка I имеет 30 витков провода ПЭЛ-0,2. Обмотка II имеет 15 витков провода ПЭЛ-0,2. Не следует применять провод меньшего диаметра, иначе возрастает риск «не вытянуть» напряжение +12В. Я использовал провод диаметром 0,22 мм. Не забываем, что при диаметре провода больше 0,25 мм катушка уже может не поместиться внутрь магнитопровода!

По поводу броневого магнитопровода — я брал какие попадались под руку:

В основном в дело шли отпаянные похожие трансформаторы с плат магнитофонов и т.п.

Внимание — если брать готовый трансформатор с аппаратуры, то половинки сердечника обычно склеены между собой. Не следует пытаться разъёдинить их механическим способой (отверткой) — феррит довольно хрупок, и сердечник скорее всего треснет и станет непригоден для дальнейшего использования

Мне помогал прогрев трансформатора строительным феном. При этом клей или лак, соединяющий чашки сердечника между собой, размягчается, и можно просто разъединить их руками в перчатках.

Также не забываем, что скреплять между собой половинки сердечника при помощи винта, как на фотографии выше, нельзя — надо использовать клей или лак.

Использование

В своё время данный процессор приобрёл широкую популярность для построения различных контроллеров, терминалов, промышленных и бытовых компьютеров, в частности:

Микро-80
Радио 86РК
Орион-128
Микроша
Апогей БК-01
Башкирия-2М
Вектор-06Ц
Интеллект-02 (шахматный компьютер)
Ириша
Корвет ПК8010/ПК8020
Львов ПК-01
Партнер 01.01
ПК8000 (Сура, Веста, Хобби)
СМ-1800
Специалист
Искра-1080 Тарту
Океан-240
ЮТ-88
Криста-1/Криста-2
Контроллер РЕМИКОНТ.
ПЭЛК-3110 Элема (Электронная печатная машинка Ромашкового типа)

Также он применялся в ряде советских игровых автоматов, например в ТИА-МЦ-1, музыкальных синтезаторах («Форманта», «Маэстро», «Артон ВС-34», «Сэлмафон»), периферийных устройствах ЭВМ (принтер «Электроника МС-6312», МС6304, УВВПЧ и др.), измерительных приборах и т. д. Известно мелкосерийное применение в ранних версиях телефонов с автоматическим определителем номера.

В то время как в других странах процессор 8080 был популярен лишь в 70-тые годы (применялся в микрокомпьютерах первой волны), а с начала 80-тых очень быстро исчез, то именно в СССР его отечественный клон нашёл хороший приём и был популярным аж до середины 90-тых. Даже сейчас процессор КР580ВМ80А изучают в отечественных ВУЗ-ах как первый простой микропропроцессор, на котором удобно изучить основы и принципы работы всех микропроцессоров.

Наладка преобразователя

При наладке преобразователя надо нагрузить канал +12В резистором сопротивлением порядка 120 Ом для получения выходного тока 100 мА. Мощность резистора должна быть не менее 1 Вт. Канал -5В нужно нагрузить резистором сопротивлением 510 Ом и мощностью не менее 0,25 Вт. Вместо резистора R2 впаять подстроечный резистор сопротивлением 2-3 кОм, при этом движок резистора выкручиваем для получения максимального сопротивления. Включаем преобразователь и вращением движка подстроечного резистора обеспечиваем выходное напряжение в канале +12В в диапазоне от 11 до 12В. Можно точно не выставлять +12В, потому что вряд ли преобразователь будет загружен полностью, а при неполной нагрузке канала напряжение в нём будет больше, чем 12В.

Затем измеряем напряжение в канале -5В. Оно должно быть порядка -4,5…-5,2В (величина напряжения определяется напряжением стабилизации стабилитрона VD7). После этого выключаем питание преобразователя, отпаиваем подстроечный резистор и измеряем его сопротивление. Подбираем постоянный резистор со схожим сопротивлением и впаиваем его на место R2. Наладка закончена.

В случае неправильного включения обмоток трансформатора T1 (перепутаны местами начало и конец катушки) начинает сильно греться транзистор VT2 (КТ819)

Собственно, это и служит признаком того, что надо поменять местами концы одной из обмоток (неважно какой обмотки)

Если же регулировкой подстроечного резистора не удаётся добиться нужного выходного напряжения, то возможно плохо соединены между собой чашки трансформатора, или магнитная проницаемость феррита чашек сильно далека от требуемого значения 1500. В этом случае можно попробовать менять количество витков в обмотке I в большую или меньшую сторону. Мне такой радикальной меры принимать не приходилось.

При работе преобразователя транзистор VT2 должен быть слегка тёплый.

Преобразователь не имеет источника образцового напряжения, поэтому выходное напряжение в канале +12В зависит от входного напряжения +5В питания преобразователя. Также напряжение в канале +12В определяется сопротивлением резисторов R1 и R4 (на них собран делитель напряжения).

Обращаю внимание, что без нагрузки в канале +12В может быть напряжение выше, чем требуемое, например 15В. Это нормально

Преобразователь в сборе:

Самодельный преобразователь напряжения для КР580ВМ80 на макетке

Он же, только собраный на печатной плате

Самодельный преобразователь напряжения для КР580ВМ80 на макетке

Он же, только собраный на печатной плате

На практике один из собранных преобразователей был встроен в источник питания +5В, собраный в корпусе от источника питания «Электроника МС9011.02» для питания компьютера «Микроша»:

Самодельный источник питания для компьютера ″Микроша″

Для преобразователя мной была разведена печатная плата размерами 57,5*37,5 мм. Особенность платы — я её не травил, а прорезал дорожки при помощи резака, сделанного из обломка ножовки, поэтому разводка платы имеет несколько непривычный вид.

Скачать:
		Разводка печатной платы преобразователя, схема и расположение элементов на плате

Характеристики[править | править код]

Процессор содержит 4758 транзисторов по технологии 6 мкм .

Максимальная гарантированная документацией тактовая частота для процессора КР580ВМ80А — 2,5 МГц. Каждая команда выполняется за 1-5 машинных циклов, каждый из которых состоит из 3-5 тактов. Минимальное время выполнения простых регистровых команд 4 такта. Таким образом максимальная производительность процессора оценивается в 625 тысяч операций в секунду.

16-разрядная шина адреса (обеспечивает прямую адресацию внешней памяти объёмом до 64 Кбайт и 256 устройств ввода-вывода) и 8-разрядная шина данных микропроцессора раздельные.

Арифметико-логическое устройствоправить | править код

В 8-разрядном АЛУ предусмотрена возможность выполнения четырёх арифметических операций, четырёх видов логических, а также четырёх видов циклического сдвига. При выполнении этих операций одним из операндов служит содержимое аккумулятора. Результат операции помещается в аккумулятор. Циклический сдвиг выполняется только над содержимым аккумулятора. Предусмотрена возможность выполнения арифметических операций над десятичными числами.

Буферы и регистрыправить | править код

Буферы данных и буферы адреса обеспечивают связь центрального процессора с внешними шинами данных и адреса. Использование буферов с тремя состояниями позволяет процессору отключаться от внешних шин, предоставляя их в распоряжение внешних устройств, а также позволяет использовать одну и ту же шину как для приёма данных, так и для передачи.

Регистры данных

В состав блока регистров входят:

16-разрядный регистр адреса (РС),
16-разрядный регистр указателя стека (SP),
16-разрядная схема инкремента-декремента,
шесть 8-разрядных регистров общего назначения (РОН) — B, C, D, E, H, L, которые могут использоваться и как три 16-разрядных регистра — BC, DE, HL.

Для хранения участвующих в операциях данных предусмотрено семь 8-разрядных регистров:

регистр А, называемый аккумулятором, предназначен для обмена информацией с внешними устройствами, при выполнении арифметических, логических операций и операций сдвига он служит источником операнда, в него помещается результат выполненной операции.

шесть других регистров, обозначенных B, C, D, E, H и L, образуют так называемый блок регистров общего назначения РОН. Эти регистры могут использоваться как одиночные 8-разрядные регистры. В случаях, когда возникает необходимость хранить 16-разрядные двоичные числа, они объединяются в пары BC, DE и HL.

Регистр признаков (РП) — 5-разрядный регистр предназначен для индикации результатов выполнения некоторых операций. Пять триггеров этого регистра (часто называемые флагами результата) имеют следующее назначение:

Z — триггер нулевого результата
CY — триггер переноса из старшего разряда
S — триггер
P — триггер четности
С (AC) — триггер вспомогательного переноса из третьего разряда

В регистр команд поступает первый байт команды, содержащий код операции.

Указатель стека служит для адресации особого вида памяти, называемого стеком, в котором хранятся адреса возврата к прерванным подпрограммам.

Счётчик команд (адреса) указывает адрес, где находится в памяти очередной байт команды.

Дальнейшее развитие

ИМ1821ВМ85А

Основная статья: ИМ1821ВМ85А

Также, как и для оригинального Intel 8080, дальнейшим развитием явился выпуск «клона» Intel 8085. В СССР он назывался ИМ1821ВМ85А и ИКР1821ВМ85А.

КР580ВМ1

Также существует микропроцессор КР580ВМ1, — значительно улучшенная и более быстрая версия КР580ВМ80А. Прямых зарубежных аналогов нет. Штатное одинарное питание +5 В. Частота до 5 МГц. Выпускался на киевском заводе «Квазар».

Процессор позволяет адресовать память до 128К, при этом память состоит из двух банков — основного и дополнительного. Основной банк может использоваться для хранения данных и выборки команд, а дополнительный банк — только для хранения данных. Команды SMF0 и SMF1 устанавливают текущий банк. Номер банка отображается в слове состояния процессора.

Система команд КР580ВМ1 расширена по сравнению с КР580ВМ80А. Имеются несколько новых команд, также введены префиксы. Префикс замены банка памяти MB (опкод 28H) позволяет временно переключить банк памяти, префикс замены набора RS (опкод 38H) позволяет использовать альтернативную пару регистров H1L1. Префикс CS (тот же опкод 28H) модифицирует действие команд DAD, DSUB, DCMP.

ИС работает в двух режимах: режим 0 — обычный режим эмуляции (вывод CO подключен в выводу «общий») применяется при работе в однопроцессорных системах, реализует адресацию памяти до 64кб и до 256 устройств ввода/вывода, а также обмен данными через 8-разрядный канал данных, режим 1 — расширенный режим непосредственного формирования сигналов управления обменом (вывод CO подключен к выводу +5В) применяются в мультипроцессорных системах сложной конфигурации, реализует адресацию памяти до 128КБ.» При работе ИС в режиме 0 выводы 15 и 28 должны оставаться свободными. C0 — 11 вывод 15 — признак обращения к УВВ и ЗУ IO/M 28 — расширение памяти EXM

Z80 и «клоны»

Основная статья: Zilog Z80

Позднее сразу на нескольких заводах был налажен выпуск «клона» Zilog Z80. Имел названия Т34ВМ1 и КР1858ВМ1 (Ангстрем). Вероятно, потребность в нём возникла в связи с широким распространением персональных компьютеров Sinclair ZX Spectrum. Также многие заводы занимались только корпусированием готовых кристаллов, например тайваньских или немецких U880, а не выпускали их.

Варианты

К580ИК80, завод «Квазар»

КР580ВМ80А, завод «Родон»

Изначально процессор выпускался под названием К580ИК80 (без буквы А), представляя собой функциональный аналог i8080 в 48-выводном планарном металлокерамическом корпусе.

С 1977 года выпускался в различных вариантах (наиболее раннее из упоминаний — использован в прототипе компьютера СМ1800, 1979 год).

Впоследствии был выпущен вариант для широкого применения, КР580ИК80А, совместимый с i8080A — в стандартном пластиковом корпусе 2123.40-1 (аналог PDIP40), с цоколёвкой, соответствующей оригинальному i8080A. В 1986 году, после изменения советской системы обозначений микросхем (ГОСТ 18682-73), стал именоваться КР580ВМ80А, получивший наибольшую известность.

От оригинального i8080A отличается внутренней разводкой и расположением контактных площадок.

Помимо процессора КР580ВМ80А, ориентированного на широкое применение, выпускался «военный вариант» — 580ВМ80 (без букв К и А). Он отличался исполнением в металлокерамическом корпусе 2123.40-6 (аналог CDIP40), и являлся функциональным аналогом i8080 (тактовая частота — 2 МГц). Топология кристалла 580ВМ80 также отличается.

Выпускался на НПО «Кристалл» (г. Киев, Украина) и на заводах «Днепр» (г. Херсон, Украина), «Квантор» (Тернопольская обл., Украина), «Родон» (г. Ивано-Франковск, Украина), «Квазар» (г. Киев, Украина), «Электронприбор» (г. Фрязино, Россия).

Особенности

Для выработки тактовых сигналов по спецификации рекомендовалось применять внешнюю микросхему КР580ГФ24, однако реально процессор не критичен к форме и положению тактовых импульсов.

В большинстве отечественных бытовых компьютеров КР580ГФ24 не используется, т.к. из-за её коэффициента деления 9, она не годится для синхронных графических машин. Применение КР580ГФ24 в одной из самых ранних бытовых ПЭВМ «ИРИШЕ» не позволило реализовать синхронную работу процессора и видеоконтроллера и вызвала существенное торможение работы компьютера. Потому в дальнейшем в графических ЭВМ КР580ГФ24 не использовали, всегда заменяя схемой на низкоинтегральных счётчиках или регистрах (с коэффициентом деления 8).

Так же, как и прототип 8080, процессор требовал трёх источников питания: −5 В, +12 В и +5 В, но есть публикация (ж.«Радиолюбитель» 08.1994) о том, что КР580ВМ80А может работать от одного источника +5 В при подаче +5 В вместо +12 В, «земли» вместо −5 В и снижении тактовой частоты ниже 2 МГц (недокументированная особенность).

Процессор не является полным клоном 8080A, что обусловлено разницей технологий. Отечественный кристалл больше, что благотворно отразилось на возможности оверклока. Даже в серийно выпускаемом промышленном бытовом компьютере Вектор-06Ц процессор тактируется частотой в 3 МГц, что на 20% выше максимально допустимого.

КР580ВМ80А (как и прототип 8080) имеет 12 недокументированных команд. Опкоды #08, #10, #18, #20, #28, #30, #38 являются аналогами операции NOP; опкод #CB является аналогом JMP; опкоды #DD, #ED, #FD являются аналогами CALL; опкод #D9 является аналогом RET.

В компьютере «Радио 86РК» выход разрешения прерывания использовался как однобитный порт вывода для генерации звука.

Наличие в «слове состояния процессора» выдаваемом по сигналу SYNC флага работы со стеком позволяет выделить для стека отдельный банк памяти, однако это применялось редко. В любительском компьютере «ЮТ-88» эта возможность использована для организации электронного диска.

Программисты нашли нетрадиционное использование стека в процедурах копирования блоков памяти и заполнения/очистки, где требуется максимальное быстродействие. Это позволяло на ~25% ускорить ролл (прокрутку), очистку и закраску экрана, что существенно для графических машин. Например, у компьютера «Корвет» ПК8010/ПК8020 размер графического экрана 48 Кбайт, — очистка и сдвиг такого объёма занимает много процессорного времени.

Т34ВМ1, КР1858ВМ1, КР1858ВМ3 и прочие аналоги Zilog Z80

Этот раздел, в общем-то, можно было бы закончить этой лаконичной картинкой…

Фрагмент юмористической картинки, источник https://vk.com/zxmemes

…но это было бы слишком просто.

Оригинальный процессор Zilog Z80, родственник Intel 8080, появился на рынке в июле 1976 года. Курьезный факт — из-за того, что Zilog свободно продавала лицензии на производство совместимых процессоров (а страны Восточной Европы и СССР игнорировали лицензирование как рудимент капитализма), Zilog в итоге выпустила менее половины от всех произведенных Z80.

Несмотря на то, что в СССР существовали собственные аналоги этого популярного процессора, множество популярных в то время компьютерных устройств использовали именно «оригинальные» чипы преимущественно филиппинского происхождения.

Краткие характеристики процессора:

тактовая частота до 20 МГц;
набор инструкций на основе i8080;
встроенный системный контроллер;
8-битная шина данных;
16-битная шина адреса (64 Кб);
инструкции деления и умножения отсутствуют, в ряде случаев для работы с числами применялись отдельные сопроцессоры.

Существовало несколько вариантов исполнения чипа: DIP40 и 44-контактные PLCC и PQFP.

В СССР выпуском клонов Z80 (Т34ВМ1) занимался зеленоградский завод «Ангстрем». Чуть позже к производству новых ревизий чипа (КР1858ВМ1, КР1858ВМ3) подключились и другие заводы: воронежский «Электроника» и минский «Транзистор». Пробные экземпляры процессора сошли с конвейера в 1991 году.

В целом же это был прекрасный, мощный и недорогой процессор, на базе которого было построено немало игровых консолей, таких как Game Boy, Sega Genesis (в качестве звукового сопроцессора), компьютеров (MSX, Amstrad CPC и пр.). А в Commodore 128 (последователей Commodore 64) Zilog Z80 использовался в качестве дополнительного ЦП для поддержки операционной системы CP/M. А если говорить о «не-компьютерном» применении процессора, список растянется не на одну страницу.

Разумеется, самым популярным вариантом применения этого процессора в нашей стране было так называемое «спектрумостроение», т.е. разработка ZX Spectrum-совместимых машин разного уровня качества и навороченности. Помимо этого, активно продавались стационарные домашние телефоны с автоматическим определителем номера (АОН) на базе Z80.

Неизвестно, является ли это отечественной разработкой, но в начале 1990-х на базе Zilog Z80 и AY-3-8910 делались музыкальные чиптюн-звонки. Подобные проекты-конструкторы для самостоятельной сборки можно найти и сейчас.

Примечательно, что в оригинальном ZX Spectrum существенная часть видеотракта и некоторые дополнительные логические модули были реализованы в проприетарной микросхеме ULA (Uncommitted Logic Array). Отечественный «ответ» ULA, микросхема Т34ВГ1 (и ее родственники КА1515ХМ1, КБ01ВГ1-2 и И185) выпускались в начале-середине 1990-х и были призваны максимально облегчить сборку клонов «Спектрума».

Кроме того, достоверно известно, что в некоторых школах, оборудованных компьютерными классами, устанавливались компьютеры MSX японского (Yamaha) производства под маркировкой КУВТ-2.

В заключение раздела приведем несколько интересных ссылок:

Канал sinc LAIR на YouTube: крупнейший русскоязычный канал, посвященный ZX Spectrum
Видео, посвященное сборке клона ZX Spectrum
Демо, написанное для российского телефона с АОН на базе Z80

Методика изготовления трансформатора

Опишу процесс изготовления трансформатора для преобразователя. Таким методом я изготовил 5 трансформаторов.

Для начала пришлось поискать в продаже броневые сердечники типоразмера Б14:

Мне достались сердечники без каркаса для катушки, поэтому для намотки катушек придётся немного постараться. Для начала необходимо подыскать круглую оправку диаметром не менее 6,5мм. В качестве оправки у меня идеально подошла старая телескопическая антенна от радиоприёмника — у одного из её звеньев оказался диаметр 6,7мм.

Оправка для намотки катушки

Нам понадобятся нитки. Отрезаем четыре куска нитки примерно равной длины (милиметров по 100) и равномерно крепим их по поверхности оправки. Концы ниток фиксируем скотчем:

Оправка для намотки катушки

Мотаем первую катушку (пусть это будет обмотка №1, где 30 витков провода). После намотки фиксируем концы провода ниткой (обматываем отдельной ниткой катушку несколько раз), чтобы катушка потом сама не размоталась.

Намотка обмотки №1

Поверх обмотки №1 мотаем обмотку №2, которая содержит 15 витков. При этом начинаем мотать так, чтобы концы проводов второй обмотки были диаметрально противоположны концам обмотки №1. Это необходимо для того, чтобы потом можно было пропустить концы каждой обмотки в свой паз в магнитопроводе. После намотки обмотки связываем её концы одной из ниток, которые мы крепили по поверхности оправки

Внимание — оставшиеся после завязывания узла концы нитки не обрезаем! Они нам понадобятся позже. Также советую как-нибудь отметить выводы этой катушки (например скрутить провода между собой), чтобы было ясно, что это обмотка №2, иначе потом мы никак не определим какие провода к какой обмотке относятся!

Намотка обмотки №2

Теперь, когда концы обмоток хоть немного скреплены, обвязываем всю катушку по очереди оставшимися тремя нитками. Концы ниток не обрезаем!

Обвязка катушек нитками

Снимаем катушку с оправки — при этом получается такой вот страшный «осьминог»:

Катушка с нитками

Завязанные узлы ниток держатся некрепко, поэтому каждой ниткой обматываем несколько раз катушку и тщательно затягиваем узлы. Теперь концы ниток можно обрезать, и мы получаем вполне приличную катушку:

Готовая катушка

Катушку вкладываем в половинку сердечника (надеюсь теперь понятно для чего мы размещали концы каждой из обмоток в разные стороны):

Катушка внутри броневого магнитопровода

Склеиваем половинки сердечника клеем (у меня кроме клея ПВА ничего больше под рукой не было):

Склеивание чашек магнитопровода между собой

На трансформаторе напротив выводов каждой обмотки можно маркером отметить номера обмоток, чтобы при дальнейшем монтаже быть понятно что и куда паять. Ранее мы скрутили провода обмотки №2 между собой, чтобы можно было отличить их от проводов обмотки №1. Теперь по скрученным проводам мы сразу узнаем где обмотка №2 и сделаем соответствующую пометку маркером

Готовый трансформатор

Для быстрого приклеивания трансформатора на плату можно использовать двусторонний скотч: