Teste free run de microprocessadores

Como Testar Microprocessadores Antigos

Há alguns dias recebi uma mensagem pedindo ajuda para testar o funcionamento de microprocessadores Z80.  Pra isso eu tenho computadores que tem o Z80 como CPU e basta retirá-lo do soquete, inserir o Z80 em teste e ligar o computador pra ver se funciona. Mas o autor da mensagem não tinha esse recurso, portanto precisa de um circuito bem básico para testar os integrados. Eu sugeri que ele montasse um circuito que achei na internet, que usava um artifício de fazer o microprocessador executar apenas instruções NOP (no operation), dessa forma o microprocessador vai incrementando o contador de programa (PC - program counter) e jogando o endereço no barramento de endereços em busca de novas instruções para executar.  Se alimentarmos o microprocessador com um clock decente e fazer pullup e pulldown em alguns sinais de controle, o microprocessador começa a funcionar e podemos ver isso monitorando os sinais na barra de endereços altos (os baixos vão piscar muito rapidamente, dependendo da frequência de clock).

O site em questão é esse:
http://www.z80.info/z80test0.htm

E o esquema do circuito mínimo proposto pelo autor é assim:

Não cheguei a montar e experimentar esse circuito, mas eu tenho outros microprocessadores que eu gostaria de testar o funcionamento. Pesquisando mais um pouco, achei esse site com um projeto de um computador básico usando o microprocessador 8085 da Intel:
http://saundby.com/electronics/8085/index.shtml

O projeto é descrito passo a passo, e nos primeiros ele também faz o 8085 rodar em "free running", executando instruções NOP e verificando a alteração no contador de programa através de monitoramento das linhas de endereço altas.
Eu montei o circuito conforme esse esquema (na verdade os pinos de endereço alto foram ligados a um buffer 74LS245 que aciona os leds):

Fiz a montagem no meu protoboard que já tem alguns circuitos de infraestrutura e usei uma plaquinha com oscilador e divisores de frequência para fornecer o clock para o 8085A. Um detalhe: o 8085 precisa de dois sinais de clock, sendo um invertido em relação ao outro, logo o sinal passa também por uma porta inversora 74LS04 antes de entrar no pino X2.

Vídeo do teste do 8085A
http://youtu.be/2wEv_p6LGJ8
Descobri que tenho um 8085A pifado ...

E no mesmo site havia um circuito para testar também o CDP1802 que é outro microprocessador de 8 bits.
O circuito que eu montei foi o seguinte:

A complicação no 1802 é que o op code da instrução NOP não é $00 como no Z80 ou 8085, mas o código $C4  (1100 0100), portanto as linhas de dados precisariam ter esses bits como entrada. Os resistores ligados  em 5V fazem o bit 1 e os resistores ligados ao terra fazem o bit 0. As linhas de endereçamento foram ligados também ao buffer 74LS245 para acionamento dos leds.

Vídeo do CDP1802
http://youtu.be/oLWaoay9sSI
Dessa vez, todos meus CDP1802 funcionaram.  :o)

Computador Nestor 2

NESTOR 2

Faltava eu colocar mais informações e fotos sobre o Nestor 2, projeto de microcomputador com Z80 da revista Nova Eletrônica, com repaginação do Victor Trucco e firmware adaptado pelo Fábio Belavenuto.

Inicialmente eu até tentei montar e testar em protoboard, mas não funcionou a tentativa. Além de ficar muito confuso e sujeito a falhas e mau contato. Vejam a bagunça:

Começou a faltar fiozinho pra fazer as ligações e meu protoboard não foi suficiente para colocar as teclas, portanto o que me levou a montar o Nestor 2 na placa de circuito impresso.

As fotos a seguir são da sequência de montagem:

 
 Placa com os resistores soldados.

Com os botões colocados.

 
Colocação dos soquetes de cis e para os displays e jacks do cassete.

Com os displays de sete segmentos (vermelhos).

 
Quase no final, com os transistores.

Com o conector de força e o cristal (soquetado).

Cristal de 4MHz.

Placa toda montada, com os integrados e ligada com os displays vermelhos. Na verdade, eles ficaram muito fracos na luminosidade, então substitui pelos verdes que vieram no kit, e que são de brilho mais intenso.

A seguir, mostro algumas das funções e como funciona o teclado:
Existem 24 teclas: 16 com os dígitos hexadecimais de 0 a F, e 7 teclas para funções. A primeira tecla é a "P" de permissão. Ela serve para entramos com dados de endereço. Ao apertarmos P, os quatro dígitos da esquerda e os dois da direita se apagam e podemos entrar com um endereço de 4 dígitos hexadecimais ($0000 a $FFFF, ou 0 a 65535 decimal, que é o máximo de endereços de memória que o Z80 pode acessar). Digitando 0000, e em seguida apertamos "L" de leitura, podemos ver o dado nessa posição de memória.

Nestor com displays verdes e mostrando o conteúdo do endereço $0000, que tem $31 (EPROM). Podemos alterar o conteúdo da posição de memória (desde que seja RAM), apenas digitando-se os novos dados no teclado. As informações digitadas correm da direita para esquerda continuamente, de forma que não é necessário se apagar se houver erro na digitação.

As teclas -1 e +1 apenas decrementam ou incrementas a posição de memória em uma posição. 

Apertando +1, o endereço aumenta de 1.

A tecla "R" faz rodar o programa em assembly que estiver no endereço de memória mostrado no display. Esse é um programa na EPROM que mostra uma palavra.

 A tecla "ER" faz com que o conteúdo dos registradores internos do Z80 sejam mostrados.

Inicialmente o valor do registrador A (acumulador).

Apertando ER novamente, mostra o registrador B.

Mais uma vez o ER, e aparece o registrador C. Em sequência serão apresentados os registradores D, E, H, L, F (flags) e I, depois retornando ao acumulador.

 Por fim, a tecla IV, é para definir uma interrupção vetorizada.

Quem precisa de Raspberry Pi ou Arduino ? Isso é para os fracos. Os fortes programam em assembly,  digitando diretamente os opcodes em hexadecimal na mão (he he he).

Até é possível fazer montagens experimentais e interligação com protoboard (como fazem com Arduino e Raspberry Pi) graças ao conector em barra com os sinais do Z80 disponíveis.

Aqui os esquemas do Nestor:

Circuito de geração de clock, circuito de reset e pullups de alguns pinos do Z80. Como eu coloquei um soquete para o cristal, isso permite que eu mude a frequência do clock apenas trocando o cristal. Eu coloquei um cristal de 2MHz para testar alguns Z80 (de 2,5MHz de clock máximo) e com o Z80A deixei com cristal de 4MHz (o original da revista era um de 3,58MHz).

As memórias usadas foram uma 2732 de 4kbytes em EPROM e uma RAM estática 62256 de 32 kbytes.

Circuito de decodificação e seleção de memórias e entrada e saída. O 74LS138 decodifica e seleciona quais chips de memória serão acessados. Os sinais de entrada são: endereços de A13 a A15 e MREQ (pedido de memória). Isso significa que o 74LS138 aciona blocos de memória de 8kbytes em cada saída. A primeira saída aciona a EPROM de 4kbytes ($0000 a $0FFF) sendo que a EPROM fica espelhada nos endereços de $1000 a $1FFF). A RAM fica no espaço de endereços de $2000 a $9FFF, para isso 4 saídas do 74LS138 são combinadas com portas E do 74LS08.

A habilitação de entrada e saída é feita combinado os sinais IORQ (pedido de entrada e saída) com os sinais WR e RD (write e read).

Circuitos de portas de entrada e saída, habilitadas pelos sinais combinados no esquema anterior. Para isso as entradas passam por buffers tri state 74LS126 e os dados de saída ficam disponíveis e guardados em latches 74LS75. Existem dois barramentos de acesso na placa.

Circuito do teclado matricial, acionado por portas de entrada semelhantes ao esquema anterior e usando buffers tri state 74LS126.

Circuito dos displays de catodo comum multiplexados.

Circuito da interface de cassete (gravação e leitura) e do alto falante.

E aqui o firmware a ser gravado na EPROM com o programa monitor básico e de cassete.

:1000000031009CC5D5E5F521E69B36192169001123

:10001000E79B010600EDB031E49B21E79B06001E43

:10002000063E01CD960079871DC2230078FE00CAE6

:10003000170021E79BCDA2007AD303DB01FE00C2AB

:100040003200CDC300CDDE00FE17C25000C3000851

:10005000FE15CA7D00FE10DA8900CDF60021E69B70

:100060007EC36F000000C3F29BC8869287C0CE217A

:100070003203856F7E4F3E0A856F6E61E921E69BF4

:100080007EFE15CAF601C35A0021E69B7EFE15CA04

:10009000070200C35D004FCDAF00DB01FE00C84783

:1000A00051C90E063E01CDAF00870DC8C3A600F5AD

:1000B000D3037ED301D91100011B7AB3C2B900D991

:1000C00023F1C90E003E01BACADC00870E08BACA85

:1000D000DC00870E10BACADC00C3170051C91E0825

:1000E0000E003E01B8CAF1000C871DC2E400C31720

:1000F0000079824700C921E69B70C90E0621E69B64

:10010000361721E79B36FF230DC205013600233643

:1001100000233600C3170021EE9B78ED6F23ED6FAF

:10012000CD5A01C31700CD480121E69B361821EFB7

:100130009BCD5A01C31700CD480178ED6F7E122187

:10014000EF9BCD5A01C3170021EE9B5E23561A2B5D

:100150002B77E521E69B3618E1C901E79BCD7601B7

:100160002BCD76012BCD7601C921EE9B7323722B0B

:100170002B1A77C9FFFF7EE521F09B77AFED6FCD9E

:100180008E010203AFED6FCD8E010203E1C9D511DF

:100190009701835F1AD1C9C0F9A4B0999282F880FF

:1001A000908883C6A1868ECD480113CD690121EFC9

:1001B0009BCD5A01C31700CD48011BCD690121EF2A

:1001C0009BCD5A01C31700FFFFFF3EFFD3033E7FC5

:1001D000D30121ED9B36C331F89BF5E5D5C531E45C

:1001E0009BC3ED9B21E59B36FEC3F60121E79B36C1

:1001F000FF2336FF23C911060321E59B34347B8698

:100200005F1A6F131A67E921E59B111D037B86C3F3

:100210000002CDEC0136882336B721F99BC32002BA

:1002200001EB9BCD7601C3170021F99B78ED6FC3DD

:100230002002CDEC0136832336B721FF9BC3200279

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:100290000136892336B721FB9BC3200221FB9B78C3

:1002A000ED6FC32002CDEC0136C72336B721FA9B90

:1002B000C3200221FA9B78ED6FC32002CDEC0136FA

:1002C0008E2336B721F89BC3200221F89B78ED6F6F

:1002D000C32002ED5721F79B77CDEC0136F9233689

:1002E000B721F79BC3200221F79B78ED6F7EED4786

:1002F000C3200201F29B3EC3020321EE9B7E020358

:10030000237E02C317001202320249026002770202

:100310008E02A502BC02D3021A03C3E401290240E3

:100320000257026E0285029C02B302CA02E702FF74

:10033000FFFF0000000000000000000000000000BF

:10034000000000010101010102010100FB26B7A725

:10035000CAE4F31737170000000000000000000097

:10036000000000000000000000000000000000008D

:10037000000000000000000000000000000000007D

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:1003F00000000000000000000000000000000000FD

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:1006F00000000000000000000000000000000000FA

:1007000000000000000000000000000000000000E9

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:1007E0000000000000000000000000000000000009

:1007F00000000000000000000000000000000000F9

:100800003E0032599B214B0A115A9B010600EDB064

:10081000215A9B06001E063E01CD960079871D20B9

:10082000F878FE0028EA215A9BCDA2007AD303DB98

:1008300001FE0020F1CDC300CDDE00FE14CA640825

:10084000FE103810FE132803C310083A599BFE000F

:10085000CA5B09C73A599BFE00282FFE012830FECB

:10086000022831C73A599BFE002809FE012810FED4

:10087000022844C721510A3E0132599BC30808216E

:10088000570A3E0232599BC3080821509B18082181

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