WonderKit_Z80_board2
部屋を掃除していると、TMPZ84C011を利用したWonderKit の基板が出てきました。TMPZ84C011は、I/OにCTCと独自仕様のパラレルポートを 内蔵したZ80シリーズですが、シリアルポートを持たない ので、使いやすくなっています。 シリアルインタフェースを持たないと不便ですが データ交換をSPI準拠にすると、Arm、Arduino利用 で、データ交換できます。Arm、Arduinoはシリアル 処理とSPI処理を担当させます。
パラレルポートは、AからEの５チャネルあり 入出力指定とポートの２種のレジスタで制御 できます。 I/Oアドレスは、以下となっています。 入出力指定 アドレスは、以下。 PACON EQU 54h PBCON EQU 55h PCCON EQU 56h PDCON EQU 34h PECON EQU 44h レジスタの該当ビットに１をライトすると出力 ０をライトすると入力になります。 ポートのビット毎に入出力を指定できるので Z80PIOより使いやすいですが、割込みに対応 していないので、入力変化はタイマー割込み で検出すればよいでしょう。 ポート アドレスは、以下。 PADAT EQU 50h PBDAT EQU 51h PCDAT EQU 53h PDDAT EQU 30h PEDAT EQU 40h 基板の配線を追って、ROMとRAMの配置がどうなっている のか調べるのが面倒なのでファームウエアを８ｋバイト のROMに焼いてプログラムで調べることにしました。 SRAMとして８ｋバイトが載せられているので ６４ｋバイトを８分割すると、SRAMの先頭は 2000h、4000h、6000h、8000h、A000h、C000h のどれかです。スタックポインタを、SRAMの 最終アドレスしておいて、ファームウエアが 動けばビンゴになります。 SRAMの先頭アドレスとスタックの関係は、以下。 entry stack 2000h 4000h 4000h 6000h 6000h 8000h 8000h A000h A000h C000h C000h 0000h 組み合わせは、６種類だけなのでプログラムで スタックは、次のように記述してコメント記号 の追加、削除で対応できます。 SENT EQU 2000h ;SENT EQU 4000h ;SENT EQU 6000h ;SENT EQU 8000h ;SENT EQU 0A000h ;SENT EQU 0C000h STKT EQU SENT+2000h ;STKT EQU 0h スタックポインタの設定は、以下のようにします。 ;SENT EQU 2000h ;SENT EQU 4000h ;SENT EQU 6000h SENT EQU 8000h ;SENT EQU 0A000h ;SENT EQU 0C000h STKT EQU SENT+2000h ;STKT EQU 0h org 0h jp start org 100h start: ld sp,STKT call INIT_PIO call INIT_other main: call PIO_PROC call CNT_OUT jp main パラレルポートの入出力を指定するサブルーチンを 定義します。ポートB、Cを出力に、他を入力に設定 すると、以下。 INIT_PIO: push af push bc ; ld a,PAINIT ld c,PACON out (c),a ; ld a,PBINIT ld c,PBCON out (c),a ; ld a,PCINIT ld c,PCCON out (c),a ; ld a,PDINIT ld c,PDCON out (c),a ; ld a,PEINIT ld c,PECON out (c),a ; pop bc pop af ret ポートCからは、０から255の値を出力します。 CNT_OUT: push af push bc ; set PORT number ld c,PCDAT ; get counter ld a,l ; inverse cpl ; output out (c),a ; counter increment inc hl ; pop bc pop af ret ポートCへの出力は、カウンタを用意して初期化 しておきます。HLレジスタペアを、カウンタに 使います。 INIT_other: push af push bc ; xor a ld h,a ld l,a ; pop bc pop af ret ポートAの入力値を反転し、ポートBへ出力する 処理で、２ポートのテストをします。 PIO_PROC: push af push bc ; ld c,PADAT ld b,PBDAT ; get data in a,(c) cpl ; put data ld c,b out (c),a ; pop bc pop af ret まとめます。 SENT EQU 8000h ;SENT EQU 4000h ;SENT EQU 6000h ;SENT EQU 8000h ;SENT EQU 0A000h ;SENT EQU 0C000h STKT EQU SENT+2000h PACON EQU 54h PBCON EQU 55h PCCON EQU 56h PDCON EQU 34h PECON EQU 44h PADAT EQU 50h PBDAT EQU 51h PCDAT EQU 53h PDDAT EQU 30h PEDAT EQU 40h PAINIT EQU 00h ; inputs PBINIT EQU 0ffh ; outputs PCINIT EQU 0ffh ; outputs PDINIT EQU 00h ; inputs PEINIT EQU 00h ; inputs org 0h jp start org 100h start: ld sp,STKT call INIT_PIO call INIT_other main: call PIO_PROC call CNT_OUT call SWAIT jp main ;***************************** INIT_PIO: push af push bc ; ld a,PAINIT ld c,PACON out (c),a ; ld a,PBINIT ld c,PBCON out (c),a ; ld a,PCINIT ld c,PCCON out (c),a ; ld a,PDINIT ld c,PDCON out (c),a ; ld a,PEINIT ld c,PECON out (c),a ; pop bc pop af ret INIT_other: push af push bc ; xor a ld h,a ld l,a ; pop bc pop af ret PIO_PROC: push af push bc ; ld c,PADAT ld b,PBDAT ; get data in a,(c) cpl ; put data ld c,b out (c),a ; pop bc pop af ret CNT_OUT: push af push bc ; set PORT number ld c,PCDAT ; get counter ld a,l ; inverse cpl ; output out (c),a ; counter increment inc hl ; pop bc pop af ret SWAIT: push af push bc ; ld c,255 SWAITL: ; set counter ld b,255 SWAITLP: nop ; b <= b - 1 djnz SWAITLP ; dec c ld a,c ; cp 0 jr nz,SWAITL ; pop bc pop af ret end 基本となる調査用プログラムを作成したなら I/Oのピンアサインを導通チェッカーで調べ ました。 50ピンのコネクタのピンアサインは、以下。 1 GND 2 CLK/TRG3 3 CLK/TRG2 4 CLK/TRG1 5 CLK/TRG0 6 ZC/TO0 7 ZC/TO1 8 ZC/TO2 9 PD0 10 PD1 11 PD2 12 PD3 13 PD4 14 PD5 15 PD6 16 PD7 17 PE0 18 PE1 19 PE2 20 PE3 21 PE4 22 PE5 23 PE6 24 PE7 25 PB0 26 PB1 27 PB2 28 PB3 29 PB4 30 PB5 31 PB6 32 PB7 33 PA0 34 PA1 35 PA2 36 PA3 37 PA4 38 PA5 39 PA6 40 PA7 41 PC0 42 PC1 43 PC2 44 PC3 45 PC4 46 PC5 47 PC6 48 PC7 49 Vcc 50 GND コネクタには、CTCとPIOの信号線が接続されています。 この信号線配置は、チップの信号ピンの並びで決められ ているようです。
10ピンケーブルワイヤーを使えば、PIOCを利用する プログラムのテストができます。 電源ピンは、次のようになっていました。 1 Vcc 2 <74HC14 1pin> 3 GND 4 Vcc 5 GND 電源は５ピンですが、２ピンはシュミットインバータ 74HC14の１ピンに接続されています。同時に、正電圧 に抵抗を介して接続されています。 ２ピンをVccに接続すると、基板上にあるアドレスデコーダが イネーブルになります。GNDに接続するとアドレスでコーダを ディセーブルにするため、基板上のメモリを使うか、外付け のメモリを利用するかを指定できます。 外部にメモリを接続することを考えているのか 30ピンコネクタがあります。 導通チェッカーで確認できた信号は、以下です。 1 GND 2 GND 3 Vcc 4 nRESET 5 nIORQ 6 nMREQ 7 nWR 8 nRD 9 A7 10 A6 11 A5 12 A4 13 A3 14 A2 15 A1 16 A0 17 D7 18 D6 19 D5 20 D4 21 D3 22 D2 23 D1 24 D0 25 nINT 26 E1 27 nBUSREQ 28 29 30 nRFSH リフレッシュ信号があり、アドレスが８ピンしか 出ていないので、外部にはDRAMを接続することを 考えていたのかも知れません。 タイマー、PIO以外のI/Oであるシリアルインタフェース を拡張することを考えたピンアサインの様に見えます。 後で、26ピンのフラットケーブルを利用し、CTC、PIOでは ないI/Oを、拡張基板に半田付けしてみます。 I/O部分がわかったので、64kバイトのメモリ空間をどう 扱っているのか、アドレスデコーダを回路図にしました。
アドレスデコーダから、メモリは0hからROM、8000hからRAM が配置されていることがわかります。 ８ｋバイトのSRAMが実装されていたので、スタックポインタは 次のように設定すればよいと理解できます。 SENT EQU 8000h STKT EQU SENT+2000h org 0h jp start org 100h start: ld sp,STKT メモリ配置がわかったので、CTCのテストをします。 CTCは、ZC/TO0、ZC/TO1、ZC/TO2の３出力に異なる 周波数のクロックを出力してチェックします。 CPUが利用しているクロックが4MHzなので、分周して 次のクロックを出力します。 ZC/TO0 prescaler:1/16 time constant:256 (976Hz) ZC/TO1 prescaler:1/256 time constant:128 (122Hz) ZC/TO2 prescaler:1/256 time constant:256 (61Hz) CTCはカウンタモード、タイマーモードが選べますが タイマーモードを利用します。 CTCの制御レジスタには、次の項目を指定します。
- 割込み ０：割込みなし １：割込みあり
- モード ０：タイマーモード １：カウンターモード
- プリスケーラ ０：1/16 １：1/256
- パルスエッジ ０：falling １：rising
- 起動指示 ０：自動 １：トリガーパルス （タイマーモードでのみ有効）
- 定数 ０：時間定数書込みなし １：時間定数書込みあり
- リセット ０：時間定数書込み無視 １：時間定数書込みまで待機
- 制御ワード １：チャネル制御語指定
50ピンフラットケーブルを利用してZ80基板と接続します。
Z80基板側
コネクタ基板側
Z80CTCのコネクタは、次のように信号を配置。
1 Vcc
2 (no signal)
3 CLK/TRG0
4 ZC/TO0
5 CLK/TRG1
6 ZC/TO1
7 CLK/TRG2
8 ZC/TO2
9 CLK/TRG3
10 GND
チャネル０から２は、利用する信号がピンの
上下に並ぶ配置にしています。
PIOの配置は、以下。
1 Vcc 1 Vcc 1 Vcc 1 Vcc 1 Vcc
2 PA7 2 PB7 2 PC7 2 PD7 2 PE7
3 PA6 3 PB6 3 PC6 3 PD6 3 PE6
4 PA5 4 PB5 4 PC5 4 PD5 4 PE5
5 PA4 5 PB4 5 PC4 5 PD4 5 PE4
6 PA3 6 PB3 6 PC3 6 PD3 6 PE3
7 PA2 7 PB2 7 PC2 7 PD2 7 PE2
8 PA1 8 PB1 8 PC1 8 PD1 8 PE1
9 PA0 9 PB0 9 PC0 9 PD0 9 PE0
10 GND 10 GND 10 GND 10 GND 10 GND
Z80CTCの動作テスト用に、27C256にファームウエアを
書き込んで、接続します。
ゼロプレッシャソケットは、何度もROMを交換するので
ROMの足を痛めないために使っています。ROMは、27C256
を利用しました。
ファームウエアは、分周したクロックを出力する仕様
なので、マルチメータについている周波数カウンタで
周波数を測定します。
周波数カウンタの表示をみる限りでは、プログラム通り
に、動作しているとわかります。端数があるはずですが
1Hzの精度が出ていれば、充分でしょう。
周波数カウンタの他に、圧電スピーカを利用しても
Z80CTCの動作を確認できます。
写真のスピーカは、￥１００ショップで入手してきた
スピーカです。インピーダンスが４Ωから32Ωくらい
ですから、アンプをつけないと音が小さいです。
1kHz前後なら、クリップワイヤーでZ80CTC出力を直接
接続して、微かに聞こえます。
今度は、PIOの動作テストをしてみます。
スイッチとLEDを載せた基板を利用します。
CPLD/FPGAで利用しているI/O基板ですが
コネクタ仕様をあわせているので、流用
できます。
PIOのテストは、ポートＡを入力、他のポートを出力にし
ポートＡの状態をポートＢに反映させます。他のポート
は、内部カウンタの値を編集して出力します。
SENT EQU 8000h
STKT EQU SENT+2000h
PACON EQU 54h
PBCON EQU 55h
PCCON EQU 56h
PDCON EQU 34h
PECON EQU 44h
PADAT EQU 50h
PBDAT EQU 51h
PCDAT EQU 53h
PDDAT EQU 30h
PEDAT EQU 40h
org 0h
; set stack pointer
ld sp,STKT
jp start
org 100h
start:
; initialize PIO
call INIT_PIO
; clear counter
ld b,0
; endless loop
main:
; get data
in a,(PADAT)
; inverse
cpl
; put data
out (PBDAT),a
; counter handling
ld a,b
out (PCDAT),a
xor 0ffh
out (PDDAT),a
xor 0ffh
out (PDDAT),a
; counter increment
inc b
; delay
call SWAIT
call SWAIT
call SWAIT
call SWAIT
call SWAIT
;
jr main
;*******************
INIT_PIO:
; PIOA (input)
xor a
out (PACON),a
; PIOB (output)
or 0ffh
out (PBCON),a
; PIOC , PIOD , PIOE (output)
out (PCCON),a
out (PDCON),a
out (PECON),a
; initialize data
xor 0fh
out (PCCON),a
xor 0ffh
out (PDCON),a
xor 0ffh
out (PECON),a
;
ret
SWAIT:
; store
push bc
;
ld b,255
SWAITP:
nop
djnz SWAITP
; resume
pop bc
ret
end
CPUを時間待ちでループさせるのは無駄なので
タイマー割込みを利用して、指定時間の経過
後、イベントフラグで通知するのが定石。
PIOに接続したLEDを、タイマー割込みにより
点滅させてみます。
Z80CTCは、モード２割込みに対応しているので
このモードを使います。
モード２割込みでは、割込み処理ルーチン（割込みハンドラ）の
エントリーアドレスが入っているメモリブロックの上位８ビット
をレジスタＩに入れます。下位８ビットは、ペリフェラルが規定
するので、ペリフェラルの初期化時に指定します。
Z80CTCのチャネル１、３が割込みを発生させるとして
割込みハンドラを定義します。
org 1000h
THANDLE:
; store
push af
; load
ld a,(XFLAGS)
; set 2^0 bit
set 0,a
; store
ld (XFLAGS),a
; resume
pop af
; enable interrupt
ei
;
reti
org 1020h
THANDLE2:
; store
push af
; load
ld a,(XFLAGS)
; set 2^1 bit
set 1,a
; store
ld (XFLAGS),a
; resume
pop af
; enable interrupt
ei
;
reti
チャネル１、３の割込みハンドラのエントリーアドレスは
orgで指定されたので、割込みベクターは、次のように確定
します。
dw 0000h ; CTC_C0
dw 1000h ; CTC_C1
dw 0000h ; CTC_C2
dw 1020h ; CTC_C3
これらの割込みベクターが、どこにあるのかZ80が把握して
おかないと割込みが発生したとき、どこのアドレスからの
コードを実行すればよいか戸惑うことになります。
レジスタＩで上位８ビットを指定し、下位８ビットを
ペリフェラルに出力させます。
今回は、0080hに割込みベクターをおくことにします。
メモリの内容は、次のように確定します。
org 80h
dw 0000h ; CTC_C0
dw 1000h ; CTC_C1
dw 0000h ; CTC_C2
dw 1020h ; CTC_C3
レジスタＩは上位８ビットが０なので、次のように指定。
xor a
ld i,a
レジスタＩに直接値を代入するのは、システム暴走を
発生させることがあるので、レジスタＡを経由します。
Z80CTCは、割込みベクターをチャネル０から書込みます。
ld a,80h
out (CTC_C0),a
割込み関連初期設定が終われば、タイマー割込みの周期を
考えておきます。
チャネル１ 周期４Hzで割込み発生
チャネル３ 周期８Hzで割込み発生
この条件で、Z80CTCの初期化は以下。
INIT_CTC:
; store
push af
push bc
; set vector address
ld a,80h
out (CTC_C0),a
; channel 0 (timer mode)
ld a,17h
out (CTC_C0),a
; channel 0 (time constant)
; generate 1kHz
ld a,250
out (CTC_C0),a
; channel 1 (counter mode)
ld a,0d7h
out (CTC_C1),a
; channel 1 (time constant)
; generate 4Hz
; since connected between ZC/TO0 and CLK/TRG1
ld a,250
out (CTC_C1),a
; channel 2 (timer mode)
ld a,17h
out (CTC_C2),a
; channel 2 (time constant)
; generate 2kHz
ld a,125
; channel 3 (counter mode)
ld a,0d7h
out (CTC_C3),a
; channel 3 (time constant)
; generate 8Hz
; since connected between ZC/TO2 and CLK/TRG3
ld a,250
out (CTC_C3),a
; resume
pop bc
pop af
ret
4MHzをタイマーモードのプリスケーラで1/16と250kHzを生成。
分周器で250分周で1kHzのクロックを生成。このクロックは
チャネル０、２で生成します。各ZC/TOをチャネル１、３の
CLK/TRGに接続します。
チャネル１、３をカウンタモードで動かし、1kHzを250、125
分周して4Hz、8Hz周期のタイマー割込みを発生させます。
割込み発生をイベントフラグで通知するように割込みハンドラを定義済み。
イベントフラグを、割込みハンドラと通知を受ける
ルーチンのどちらからでもアクセスできるように
グローバル変数としておきます。
フラグは、論理値をセット、クリアするのでSRAM領域に
配置します。
org 8000h
XFLAGS DS 1
TSTAT DS 1
VSTAT DS 1
タイマー割込みは、２種あるので4HzはXFLAGSの０ビット目
8HzはXFLAGSの１ビット目を使います。
タイマー割込みハンドラでは、フラグのセットだけ
通知を受けるルーチンでは、リセットだけと規約を
決めて使います。
イベントフラグの通知がきたとき、どうするかを定義。
main:
; load flags
ld a,(XFLAGS)
; judge timer interrupt
bit 0,a
jr z,main1
; clear 2^0 bit
res 0,a
ld (XFLAGS),a
; impress
call IPROC
main1:
; load flags
ld a,(XFLAGS)
; judge timer interrupt
bit 1,a
jr z,main2
; clear 2^1 bit
res 1,a
ld (XFLAGS),a
; impress
call IPROCX
main2:
;
jr main
イベントフラグがセットされていたなら、リセットして
対応するサブルーチンに処理を一任。
タイマー割込み発生で仕事をするサブルーチンは、以下。
IPROC:
; store
push af
; get now
ld a,(VSTAT)
; inverse
xor a
; store
ld (VSTAT),a
; impress
out (PCDAT),a
; resume
pop af
;
ret
IPROCX:
; store
push af
; get now
ld a,(TSTAT)
; inverse
xor a
; store
ld (TSTAT),a
; impress
out (PEDAT),a
; resume
pop af
;
ret
4Hzのタイマー割込みでは、レジスタの値を反転するので
８個のLEDが同時に点灯、消灯になります。
8Hzのタイマー割込みでも、８個のLEDが同時に点灯、消灯と
なります。タイマーの割込み周期の違いで、ブリンク周期が
異なります。
レジスタの初期化とPIOの設定などを含めて、まとめると
アセンブリ言語のソースコードは以下となります。
SENT EQU 8000h
STKT EQU SENT+2000h
; CTC I/O address
CTC_C0 EQU 10H
CTC_C1 EQU 11H
CTC_C2 EQU 12H
CTC_C3 EQU 13H
; PIO I/O address
PACON EQU 54h
PBCON EQU 55h
PCCON EQU 56h
PDCON EQU 34h
PECON EQU 44h
PADAT EQU 50h
PBDAT EQU 51h
PCDAT EQU 53h
PDDAT EQU 30h
PEDAT EQU 40h
;***********************
; reset entry
;***********************
org 0h
ld sp,STKT
jp start
;++++++++++++++++++
; interrupt vector
;++++++++++++++++++
org 80h
dw 0000h ; CTC_C0
dw 1000h ; CTC_C1
dw 0000h ; CTC_C2
dw 1020h ; CTC_C3
;========================
org 100h
start:
;
call INIT_CTC
call INIT_PIO
; set interrupt entry address
xor a
ld i,a
; set MODE 2 interrupt
im 2
; clear flags
xor a
ld (XFLAGS),a
; enable interrupt
ei
; endless loop
main:
; load flags
ld a,(XFLAGS)
; judge timer interrupt
bit 0,a
jr z,main1
; clear 2^0 bit
res 0,a
ld (XFLAGS),a
; impress
call IPROC
main1:
; load flags
ld a,(XFLAGS)
; judge timer interrupt
bit 1,a
jr z,main2
; clear 2^1 bit
res 1,a
ld (XFLAGS),a
; impress
call IPROCX
main2:
;
jr main
;*******************
INIT_CTC:
; store
push af
push bc
; set vector address
ld a,80h
out (CTC_C0),a
; channel 0 (timer mode)
ld a,17h
out (CTC_C0),a
; channel 0 (time constant)
; generate 1kHz
ld a,250
out (CTC_C0),a
; channel 1 (counter mode)
ld a,0d7h
out (CTC_C1),a
; channel 1 (time constant)
; generate 4Hz
; since connected between ZC/TO0 and CLK/TRG1
ld a,250
out (CTC_C1),a
; channel 2 (timer mode)
ld a,17h
out (CTC_C2),a
; channel 2 (time constant)
; generate 2kHz
ld a,125
; channel 3 (counter mode)
ld a,0d7h
out (CTC_C3),a
; channel 3 (time constant)
; generate 8Hz
; since connected between ZC/TO2 and CLK/TRG3
ld a,250
out (CTC_C3),a
; resume
pop bc
pop af
ret
INIT_PIO:
; store
push af
; PIOA (input mode)
xor a
out (PACON),a
; PIOB (output mode)
or 0ffh
out (PBCON),a
; PIOC , PIOD , PIOE (output mode)
out (PCCON),a
out (PDCON),a
out (PECON),a
; initialize data
xor 00fh
out (PCCON),a
xor 0ffh
out (PDCON),a
xor 0ffh
out (PECON),a
; resume
pop af
ret
IPROC:
; store
push af
; get now
ld a,(VSTAT)
; inverse
xor a
; store
ld (VSTAT),a
; impress
out (PCDAT),a
; resume
pop af
;
ret
IPROCX:
; store
push af
; get now
ld a,(TSTAT)
; inverse
xor a
; store
ld (TSTAT),a
; impress
out (PEDAT),a
; resume
pop af
;
ret
;********************
; interrupt handler
;********************
org 1000h
THANDLE:
; store
push af
; load flag
ld a,(XFLAGS)
; set flag
set 0,a
; store flag
ld (XFLAGS),a
; resume
pop af
; enable interrupt
ei
;
reti
org 1020h
THANDLE2:
; store
push af
; load flag
ld a,(XFLAGS)
; set flag
set 1,a
; store flag
ld (XFLAGS),a
; resume
pop af
; enable interrupt
ei
;
reti
;*******************
; data area in SRAM
;*******************
org 8000h
XFLAGS DS 1
TSTAT DS 1
VSTAT DS 1
end
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