8KB/16KBのROMイメージに加えてBASIC-Fで使用する20KBのROMイメージに対応し、SI-5相当のシリアルインターフェースを追加します。

前回の記事：SORDm5F カートリッジの試作その３

仕様：

・64KB ROM(27C512)にROMイメージを格納。32KBを単位として2バンク使用。

　バンクごとに以下の内容でROMイメージを設定する。

　・16Kモード(EXMSEL=OFF) 16KBイメージx2 さらに16KBのイメージを8KB単位で入れ替え

　・20Kモード(EXMSEL=ON) 20KBイメージx1 BASIC-F用

・$8000~$FFFFに拡張RAM 32KB

・シリアルインターフェース　6ピンTTLレベル入出力　USB-シリアル変換使用可能

・リセットスイッチ

設定：

・DIPスイッチ A15SEL / A14SEL / EXMSEL / A13R

A15SEL　32KB単位のバンクを切り替える。ROMのアドレスA15に対応。ON=0,OFF=1

A14SEL　16KモードでのROMのアドレスA14を切り替える。ON=0,OFF=1

A13SEL　16KモードでのROMのアドレスA13を入れ替える。ON=そのまま,OFF=入れ替える

EXMSEL　ONで20Kモードを設定する。

　20Kモード時、EXMSEL=ON,A14SEL=OFF,A13R=ON

C1 - 3.3~10uF 10V以上 電解コンデンサ

C2,C4,C4,C5 - 0.1uF 50V積層セラミックコンデンサ

J4 - 6P L字ピンヘッダ

RN1 - 集合抵抗 10kΩx4

SW1 - 4P DIPスイッチ

SW2 - タクトスイッチ

U1 - 27C512 (28P ICソケット)

U2 - 62256 (28P ICソケット)

U3 - 74HC86

U4 - 74HC02

U5 - 74HC04

U6 - 8251A

・U1はWinbond W27C512、U2はNEC D43256AC-10L で確認

・U6は3.5MHz以上で動作するもの。MITSUBISHI M5M82C51AP で確認

・U3,U4はHCでもLSでも可ですがどちらかに揃えてください

・U5はHCでもLSでも可

・Cはすべて電源用、RはDIPスイッチのプルアップ用です。

ROMアドレス

- - - - - バンク0 - - - - -

0000 - 1FFF 8K BASIC-I

2000 - 3FFF 8K m5terminal

4000 - 7FFF 16K BASIC-G

- - - - - バンク1 - - - - -

8000 - 9FFF 8K あき

A000 - EFFF 20K BASIC-F

F000 - FFFF 4K あき

作例１：シリアルI/Fを使わない場合はU5,U6,C5が省略できます。BASIC-GやBASIC-Fを実行したい場合はRAMが必要です。

作例２：フル実装

SORD m5での使用例。USB-シリアルインターフェースは設定が5V、上側がGNDになります。

SORD m5 Jr. での使用例。シリアルインターフェースはケースに干渉しません。

　USBシリアルインターフェースは、USBケーブルの取り回しによっては引っ張られて外れやすくなります。

　シリアルインターフェースをサポートしているのはBASIC-Fとm5terminalです。使用法については別記事で追加予定。設計データも公開しますのでしばらくお待ち下さい。

　V01L03基板で20KBのBASIC-Fイメージとその他8K/16Kイメージの動作確認ができた。この部分の動作に必要な汎用ロジックはLS86とLS02の2個で前作SORDm5Cと規模は変わらず上位互換。シリアル周りにミス連発。

　SORDm5FV01L03回路図

　メモリ部分の切り替えはOK。64KBの27C512を32KBの2バンクに分け、バンクはA15SELで選択。

・BASIC-Fのイメージを置く場合

先頭から8KBを空けてBASIC-Fの20KBを書き込む。

DIPスイッチの設定：

EXMSEL=ON("L")

A14SEL=OFF("H")

A13R=ON("L")

・BASIC-I(8KB)やBASIC-G(16KB)のイメージを置く場合

もあ@morecat_lab

m5シリアル。魔改造その２で無理やり8251をのせました。折り返しでm5terminalから動作することを確認しました。 https://t.co/YsEeByCUhy

2022/12/24 14:25:58

・8251のリセット反転を追加したインバータLS04に変更

　VDP(TMS9918)がクロックジェネレーターを兼ねている。クロックの源発振は10.738635MHzのクリスタル。CPUCLK出力はその1/3の3.579545MHzでMCKとしてSGCに供給されている。Z80Aのφ入力はTTLコンパチではなくフルスイングを要求するのでMCKをインバーターで反転後、470Ωプルアップで接続。Z80ACTCもこの出力を使っている。

GROMCLK出力は源発振の1/24で447.443125kHz。TCKとしてZ80ACTCのチャネル2に与えられる。これはシリアルI/F 8251のクロック(EXCLK)の元として選択できる。チャネル0はタイマー、チャネル1はシリアル8251の割り込みを受け付け、チャネル3はVDPからの割り込みを受け付ける。このようにZ80ACTCは簡単な割り込みコントローラも兼ねている。

　カスタムIC GA015について。GA015はSORD m5内部のデコーダ等をまとめてある。

入力はA15~4、D1,D0,~MRQ,~IORQ,~RD,~WR,~RST。COMは未接続で不明の端子。デコード内容は図のとおりだが、PSTBとREMはラッチで値を保持する。PSTBはプリンタのストローブ端子で数十ms程度保持する必要がある。またREMはデータレコーダー用のリレーをON/OFFする。このためラッチが必要。PSTBはデーターレコーダーへ書き込むときの値も兼ねている。

今だとGAL 16V8 2個ぐらいでできそうなかんじ。

追記：表の訂正 ~ROM2のデコード範囲

　SORDm5C相当の修正。U3 pin5を上げて+5Vに。U6 8251AのRxRDYと*EXINTの間を反転させるために U4 pin4,5,6を上げて pin6=GND、pin5=RxRDY、pin4=*EXTINTに接続。JP5、JP2をカット。

　試作基板を修正しBASIC-IとBASIC-Gの動作を確認。

　さてここでソフトの問題が。BASIC-Iはおそらくシリアルポートをサポートしていないだろうが、BASIC-Gは電子展望の記事『ソードM5アプリケーションレポート』によるとLIST #4といったチャネル指定でシリアルポートに出力できそうなことが書かれている。しかし実際にはERR 4(Variable type mismatch)発生。LIST #3ではプリンタ対象で予想通りハングアップすることからチャネル番号自体はサポートしている。発売時にはシリアルポートのサポートは外されたのかもしれない。

まずはメモリマップのおさらいから。

0000 - 1FFF 8KB *ROM0 モニタハンドラ(内蔵)

2000 - 3FFF 8KB *ROM1 (内部にソケットあり)

4000 - 5FFF 8KB *ROM2

6000 - 6FFF 4KB *EXM

7000 - 7FFF 4KB 内蔵RAM

8000 - FFFF 32KB 拡張RAM領域

※U3 HC86のピン5を上げてピン14(+5V)に接続すればSORDm5C相当になります


拡張RAMはU2 HM62256(32Kx8 SRAM)で割り当ててある。

U5を廃止できるので汎用ロジックはあと1個分は余裕があるが修正どうしようかなあ。

　SORD m5のジョイパッド端子はmini-DIN 6ピンでL,Rの２つがある。上下左右とトリガ２つの6入力だが、これらはキーボードマトリックスの一部で2x4の構成になっている。MSXのコモン端子１つ、上下左右トリガ２つの構成はそのままでは接続できない。また、GNDも出ていない。そこでフォトカプラを使用し、MSXジョイスティックのボタンに対応する６箇所のキーをONにするような回路を考えてみた。フォトカプラのLED用に電源が別途必要になる。

　さて、悩んだのがmini DIN 6Pの接続をどうするか、だった。コネクタはあるけどはんだ付けがたいへん。完成品の配布に関しては製作の工数をある程度まけているけど、これは難しい。

　mini-DINコネクタを搭載できるようにしているが、mini-DIN 6P オスーオス ケーブルの入手が難しい。Aliexpressで探したがPS/2ケーブルのスプリッタ(キーボード/マウス)やDIN5P変換ケーブルしか見つからなかった。なぜかAmazonにはあった。

　ということで配布に関してはケーブルの問題に悩みつつ基板のみとするかもしれません。

＊＊＊

　さてここからは開発の紆余曲折コーナーです。

　当初は無電源でMSXジョイスティックをキーマトリクスの一部に組み込めないか考えてました。フォトカプラでオンオフ→フォトカプラのLED部分がオンオフできれば動くんじゃ？ということでキースキャンの駆動部(オープンコレクタ)からGND、受け側のプルアップ2.2kΩ〜5Vで電源が取れそうということで色々LTSpiceをこねくり回していました。

　理屈の上では動くんですよ。ただし電源をキーマトリクスからもらった時点でそこに電流が流れ、導通状態になりキーが常にONになったような挙動になってしまう。永久機関は作れなかった。

　基板まで作ってしまいバカの極み。まあトランジスタの勉強になったからいいか。

V01L02

仕様：

・ROMカートリッジの8Kイメージを8つ、または16Kイメージを4つ格納可能

・$8000~$FFFFに32KのRAMを拡張可能

ROMイメージ切り替え方法：

　64Kバイトの27C512を4分割し16KバイトのイメージをSORD m5の$2000~$5FFFに割り当てる。この切替はDIP SWの[14][15]で行う。これらは27C512のアドレスA14,A15に対応し、ONで"0"、OFFで"1"となる。

　8KバイトROMカートリッジのイメージは16Kバイトイメージの先頭部分を使用するが、DIP SWの[13R]をオンにすれば上位8Kバイトと下位8Kバイトを入れ替える。これにより最大8Kバイトのイメージを8つ格納できる。

回路図：

V01L02

部品表：

U1 27C512用28ピンICソケット

U2 62256タイプ 32KバイトSRAM (28ピンICソケット)

U3 74LS86 または74HC86 (14ピンICソケット)

SW1 3P-DIPSW (4Pも可)

R1~R3 10KΩ (または集合抵抗RN4 10K)

C1 3.3uF16V 電解コンデンサ (3.3uF~10uF,16V~50V程度)

C2,C3 0.1uF 積層セラミックコンデンサ

C4... 未使用(*OEディレイ用470pF)

SW2... 未使用(リセットボタン)

※部品実装前にカードエッジの挿入する部分の角をヤスリなどで丸める(カードスロット端子保護のため)

V01L02の問題点：

SORD m5のネジ止め式カートリッジケースに収める場合はカードエッジ部分が0.5mmほどずれておりケースかカードエッジ側面を削る必要あり。

V01L03：回路図は変更なし。

・カードエッジ側面を削らなくてもケースにはいるようになった
・リセットスイッチを変更

boothにて配布予定です。

→販売開始しました。SORD m5用ROM/RAMカートリッジ基板

追記：

KiCad5による設計データとガーバーデータを公開しました。

@morecat_lab さんがカートリッジケースのデータを公開されました。ありがとうございます。

SORD m5 ROM/RAM cart enclosure (Thingiverse)

　カートリッジに入れてみた。穴位置がずれてしまった。これは基板の横幅を10cm以内にするために少し縮めたときに穴の間隔も詰めてしまったせい。また、部品実装時にICソケットを使用するとカートリッジのフタを閉めることができなくなる。

　あと、カートリッジの形状はこのネジ止め式以外にはめ込み式のものがあって、後者には対応しない。

　基板は1.6mm厚。特に端子の金メッキなどは指定していない。カードエッジコネクタに挿入する部分は角を丸めている。このようにテープでカードエッジの端子を保護した後で、消しゴムに紙やすりを巻きつけたもので削る。

　SORD m5のメモリ、0x2000~0x5FFFの16Kバイトの領域に27C512(64Kバイト)を4分割して対応させる。この指定にはA15,A14のスイッチを使う。8KバイトのゲームやBASIC-Iもあるので、16Kバイトの上位8Kバイトと下位8KバイトをA13Rスイッチで切り替える機能がある。RAMはオプションで32Kバイトを0x8000~0xFFFFに配置することができる。これによりBASIC-IやBASIC-G使用時のメモリ領域が増える。あとは調査用のカードエッジ引き出し端子やユニバーサルエリアを用意した。

　しかし動かんかった。ROMのデコードは*ROM1,*ROM2信号がそれぞれ0x2000~0x3FFFと0x4000~0x5FFFに対応しているのだが間違って*ROM0(内蔵ROM)に接続していた。デコーダ用途のLS86の1ピンをカットする代わりにソケットから出して配線しなおし。これで動いた。

　グワーッ 10枚も作ったのに……改版作業中。あとリセットボタンも付けたい。

　オリジナルのカートリッジは*MRD端子が470pF経由でGNDに接続されている。*MRD端子はROM/RAMの*OE端子に接続されている。用途は信号を遅らせるため。各ROMのチップセレクトはSORD G015カスタムチップで作られており、動作が早すぎてアドレスが充分確定する前にセレクト信号が出てしまうことの対策と思われる。本回路ではチップセレクトにLS86が挿入されているのでアドレスが確定するまでの時間が稼げているためか、470pFのコンデンサはなくても動いた。

https://keisanki.booth.pm/items/3567325　SORDm5PSA説明書

https://keisanki.booth.pm/items/3567508　SORDm5PSA SORD m5用電源アダプタ

これまでの記事：

　純正の電源アダプタとのサイズ比較。

　1980年代と較べて現代のスイッチング方式5Vアダプタや小型DCDCコンバータのおかげでこのサイズ。

　昔のパソコンで遊ぼうとすると必要な部品が全部揃ってないことがある。セパレート型のキーボードやACアダプタなど外せるものはなくなりがちで、せっかく本体を手に入れても動かせないことがあるのでこの電源アダプタは完成品として提供した。前回のFM11RGBIVGAも同様でキットにしてしまうと組み立てのミスなのか本体の故障なのか切り分けが面倒になってしまうからだ。

　とはいえこちらで組み立て後動作確認を行うとどうしても手間と時間がかかってしまう。需要次第だけれども完成品→キット→基板のみの配布、のようにしていこうと思う。

修正点：

・基板の銅箔を2ozに

・22uF/10uFコンデンサの足間隔を広げる

・電源スイッチ追加

・5Vと+12Vにリセッタブルフューズ(ポリスイッチ)追加

・パイロットランプ追加

パイロットランプのLEDは-12Vのラインに取り付けている。-12Vは+12Vから生成し、+12Vは5Vから作っているのでこれが点灯していれば動いていることになる。

スイッチは前回DCジャックと一体型のものを使用したが思ったより高さがあったので追加。5V1.2A程度だと小さなスライドスイッチは通せないので超小型ロッカースイッチを選択。

電源の安全性は5V2AのスイッチングACアダプタにすべて頼っている。リセッタブルフューズは念の為入れてみたが、いらないかもしれない。ただしフューズのパターンがあると電流測定は楽。

線幅1mmに対して流せる電流は1Aと聞いたことがある。一応線幅は満たしているが今回基板の銅箔パターンの厚みは通常1oz(35μm)だが二倍の2ozにしてみた。

　前回の試作基板を流用して5V/±12Vが来ているかどうかを確認するジグを作った。これで事前に確認すれば、いきなり手持ちのSORD m5で動かしてみて最悪壊してしまうことを予防できる。

現在、SORD m5でゲームをずっと動かして連続運転確認中。前回と回路は変わらないのでたぶんOK。

　回路図。だがしかしDCDCコンバータ入力の極性を間違うという重大なミスが。

　半泣きで修正。ただこのおかげで電流測定が楽になった。

　このような感じ。基板側はDIN8Pのコネクタを流用、MIDI用のDIN5PケーブルでDIN6Pプラグの代わりにしようと思ったのだがDIN5PとDIN6Pのプラグは端子の位置が異なりそのまま使えないことがわかった。なので端子をすこし曲げてSORD m5本体に接続している。

SORD m5は5V/+12V/-12Vの電源が必要。5Vはほとんどのロジック回路で使用している。+12VはVRAMとして使っている16Kbit x8のDRAMのみ使用。-12VはここからSORD m5内部の79L05を使って-5Vに変換し、先程のDRAMでのみ使用。

-5VはμAのオーダーなので-12Vの電力はほぼ無視してよく、+12VはDRAMの主な消費電力。DRAM uPD416のデータシートを見るとMAX 35mAなので８個で280mAとなる。+12Vは250mA出力のDCDCコンバータを使っている。ここから-12Vも生成している。おそらく大丈夫だろうということで組み立ててみた。実測値は207mAで範囲内。DCDCコンバータもほんのり温かくなる程度。なおここの消費電力はゲームを動かしてみても変わらない。VRAMとして使われているので定常的なアクセスが発生しているためだろう。

　5Vの消費電力は安定化電源を使って大雑把に測定。電圧のみテスタで測定し、できるだけ正確に5Vが出るよう調整した状態で1.18A。今回は5V3AのスイッチングACアダプタを使用したが5V2Aの品で十分。USB電源アダプタが流用できるかもしれない。

　DIN6PのコネクタやケーブルもAliExpressにあったので、基板を改版してキット化する予定。

　基板右上のRFモジュレータ近辺。R4左端にVDP TMS9918AのCOMVID出力(36PIN)、すぐ下のR3左端はGND。RFモジュレータの左端の端子はSN76489のAUDIO OUT(PIN7)。GNDは下のCC3電解コンデンサあたりから。

　３．５ｍｍステレオミニジャック　基板取付用　ＭＪ－８４３５(秋月電子)が小さいのでこれに配線。

　カセットI/FとRF切り替えの小基板の上にエポキシ系接着剤で固定できるようケースを削る。これはいい感じにできたと思ったら

　上のほうの削り方がへたくそだった。

　これで3.5mmステレオプラグ-RCAピンプラグのケーブルを使用するとAV出力が使えます。

　一部のディスプレイで音にノイズが乗るのでSN76489のオーディオ出力直出しはいいんだっけかと調べてProgress on Audio (BMOW)を参考に330μF-10Ωを付けてみました。これはノイズ対策ではないので結果としては変わらず。ビニール線ではなくシールド線を使ったほうがいいのかも。

　底面のラベル。産業能率大学が販売してたようだ。なので、サンノープライマリーコンピューターと読むのかな？SANNOの後継シリーズはMSX。

https://www.msx.org/wiki/Sanno_SPCmk-II(MSX.org)

https://www.msx.org/wiki/Sanno_PHC-SPC(MSX.org)

　キーボードは上部２箇所のツメで固定されているのだが……

　強力な両面テープで貼り付けてあった。底面のネジ３個を外せばカバーを外せる。

　内部。かなり余裕がある。スイッチング電源を内蔵している。

　メインの基板。基板名はM2C-01A。プリンタインターフェースの端子はない。

　メイン基板裏面。ジャンパはない。

　RFモジュレータのチャンネルを切り替えるスライドスイッチとカセットインターフェースのジャックを載せた小基板。右側はRFモジュレータ。カセットのモーターを制御するリレーはない。

　スイッチング電源。

　さて、内蔵しているIPL ROMはSORD M5(TAKARA ゲームパソコンM5)と違いはあるのだろうか。簡単なチェックサムを取ってみた。結果は一致。IPLROMの内容は同じものと思われる。

【ソード】クリエイティブ・コンピュータ「M5」[コンピュータ博物館]

SORD M5(OLD COMPUTERS.COM)　←これによるとチェコスロバキアではやったと。

タカラ　ゲームパソコンM5はキーボードの色がSORD M5と違って青っぽい。手前の底面3ヶ所のネジを外すと簡単に分解できる。黄色い部分のカバーははめ込んであるだけ。

　シールドをはずしたところ。シンプルですね。ROMカートリッジははんだ面が手前になる。

　基板名はM5C-01。空きエリアにROM用のソケットをはんだ付けしたのは気の迷いですので以降無視してください。

　裏面。

　ビデオ・オーディオ出力、キーボードのコネクタ、カセットI/F用のリレーなど。

　CPU Z80A(LH0080A)とカスタムICのSORD GA015。GA015がアドレスデコード全般を担っているおかげで部品点数が少なくなっている。GAはたぶんゲートアレイのこと。

　プリンタI/F、カセットI/F、電源コネクタ、カートリッジスロット、IPL ROM。

　IPL ROMの下に2Kx8のSRAMが２個。その左にSN76489。CPUの下はZ80 CTC(LH0082A)。

　VDP TMS9918Aと16Kx1のDRAM 8個。VRAM。

Další z mnoha BlogůにあるSORD M5の回路図だとTMS9918A(コンポジット出力/60Hz)のかわりにTMS9929A(コンポーネント出力/50Hz)があってその出力に多数の回路が付いているがこれは海外仕様かな？

　ROMのCSはROMCS0(2000-3FFF)、ROMCS1(4000-5FFF)の2つだが同時にアサートされることはないのでXORで2000-5FFFの16Kバイトをセレクトできる。A13をスイッチで反転することで16Kバイトの前半と後半を入れ替えて8KのROMイメージを切り替えられるようにする。A14,A15はROM 27128/27256/27512内のイメージを選択できるようにする。SRAMについてはA15を反転して*CSに与えることで8000-FFFFにマップする。これが74LS86(74HC86) 1個でできた。

　LS86をLS139の空きパターンに実装する検討。GND側に寄せてICソケットのピン上げ、基板の上側と下側で配線。パターンカットと部品面/半田面へ配線を渡す穴も必要。

　さて改造。基板上ROM0,ROM1,LS139の端子部分のハンダを抜き、ROM0に実装されているBASIC-IのROMを外す。私はカプトンテープで周囲を保護してからハンダ取り外しキットの低融点はんだで外しました。

　部品面での配線カット。

　ハンダ面での配線カット。

　ここまでやってからROM0,ROM1にソケットを実装し、カットした配線をジャンパ線で戻して動作確認。

　このBASIC-Iカートリッジは動かないという説明のTAKARA M5と同時に入手したのですが、このカートリッジ上で*WEとA12がどこかでショートしてました。*WE近辺をカットして動作。

　LS86を実装するための準備。カプトンテープでソケットの端子と基板を分離、パターンカット、配線を逃がすためのバカ穴あけ。

　こんな感じの立体配線に。

　先にSRAMの方を配線し、BASIC-IのROMを起動すると本体内蔵の4K+32K=36Kバイトを確認できます。

　さてA15/A14/A13RでROMイメージをセレクトするスイッチですが、SRAM 6116の空きパターン上に基板を重ねて実装することに。写真右下にバカ穴。ここからA15/A14/A13Rの信号線を引き出し。

　できました。

　思ったとおりにいったので満足度は高いのですが、プリント基板を作製できるスキルのある方はそちらが楽だと思います。また、BASIC-Fはイメージが20Kバイトなのでこの改造では動作しません。おそらくカートリッジ基板が異なると思われます。