●Ｚ８０版ＴＫ８０の回路
Ｚ８０は機械語コードレベルでは８０８０と完全な（上位）互換性を有しています。
８０８０のために書かれた機械語のプログラムは全く手直しすることなく、そのまま実行することができます。
ですから、前回、写真をお見せしましたように、ＭＹＣＰＵ８０（８０８０互換）回路で動作しているＴＫ８０モニタＲＯＭを実装して、ＴＫ８０と同じ動作をさせることができたのです。
といいましても、それはあくまでソフトウェア上のことで、ハードウェア回路まで同じ、というわけにはいきません。
８０８０は＋５Ｖのほかに＋１２Ｖおよび−５Ｖの３電源が必要で、さらにＣＰＵに供給するクロックもΦ１、Φ２の２相クロックが必要で、おまけにそのクロックは＋５Ｖではなくて、＋１２Ｖである必要がありました（０Ｖから＋１２ＶまでフルスイングするＭＨｚクロックなんて、もうとても涙なくしては語れません、でした）。
なんとも扱いにくいＣＰＵだったわけですが、それに比べるとＺ８０は＋５Ｖ単一電源で動作し、ＣＰＵクロックも＋５Ｖの単相クロックで動作しますから、そのことだけでも、ハードウェア回路の上では８０８０とＺ８０は全く異なっています。
というか、アドレスラインが１６本でデータラインが８本である、ということのほかは、８０８０とＺ８０は全く共通点がない、と言ったほうが適切なほど、ハードウェアの上では両者は異なっていました。
当然のことながら、メモリやＩ／Ｏに対しても、回路は８０８０とＺ８０では異なってくるのですけれど、それはまあ許容の範囲です。
ＴＫ８０の回路をＺ８０で考えるうえで、問題になってくるのが、７ｓｅｇｍｅｎｔＬＥＤの表示回路と、プログラムのステップ動作の回路です。
あ。それについて、説明する前にまず、今回設計したＺ８０版ＴＫ８０の全体の回路をまずお見せすることにいたしましょう。
●Ｚ８０ＣＰＵ回路
まずはＺ８０周辺の回路図です。
図の左下部分がステップ回路です。
これについてはのちほど説明をいたします。
●ＲＯＭおよびＲＡＭ回路
ＲＯＭおよびＲＡＭ回路はＭＹＣＰＵ８０の回路とほとんど同じです。
●Ｉ／Ｏ回路
Ｉ／Ｏ回路も基本的にはＭＹＣＰＵ８０の回路と同じです。
ＭＹＣＰＵ８０と異なっているのは、まず８２Ｃ５５が追加されていることと、シリアル入出力がＵＳＢではなくてＲＳ２３２Ｃ信号になっている点です。
それとプリンタ出力（回路の一番上部分）があることです。
●５×５キーボード回路
ここはＭＹＣＰＵ８０の回路と全く同じです。
●７セグメントＬＥＤ表示回路
７セグメント表示回路は、ＭＹＣＰＵ８０の回路と似ていますが、動作の仕組みは異なっています。
ＭＹＣＰＵ８０は、ＬＥＤ表示データをラッチするのに、命令の「隙間」を利用して、いわゆる「サイクルスチール」方式で行っていました。
これに対して、ＴＫ８０はＫＨｚオーダーでＣＰＵを一時停止させて、その間にメモリからＬＥＤ表示データを読み出してラッチする、という回路になっていました。
今回のＺ８０版ＴＫ８０も、そのＴＫ８０の方式と同じ考え方の回路です。
ＴＫ８０と同じようにタイマーＩＣの５５５を使ってＢＵＳＲＱ（バスリクエスト信号）を発生させます。
５５５は今でも現役なのですね。ちょっと驚きです。
ＭＹＣＰＵ８０では、ＣＰＵの側でサイクルスチールのための回路を用意しましたから、ＢＵＳＲＱのための信号は適当なデューティで良かったため、７４ＨＣ０４を利用したＲＣ発振回路を使いましたが、今回のＺ８０に対するＢＵＳＲＱ信号は、数百Ｈｚの発振周波数が必要で、なおかつ非常に幅の狭いパルスが必要ですので、それをゲートＩＣで作り出すのはちょっと面倒です。
ということで、ＴＫ８０と同じように５５５を使うことにしました。
参考までに。５５５のデータシート（の一部）です
●ＬＭＣ５５５のデータシート（一部）
［出典］Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社ＬＭＣ５５５ｄａｔａｓｈｅｅｔ
５５５は出力パルスのＨとＬの幅を外付抵抗とコンデンサの値から簡単に求めることができるので、今回のような用途にはまことに有難いＩＣです。
データシートにありますように、出力パルスのＨの期間（ｔ１）は、ｔ１＝０．７×（ＲＡ＋ＲＢ）×Ｃで求められます。
Ｌｎ２≒０．７です。
またＬの期間（ｔ２）は、ｔ２＝０．７×ＲＢ×Ｃで求められます。
今回の回路では、ＲＡ＝２００ＫΩ、ＲＢ＝２．２ＫΩ、Ｃ＝０．０１μＦですから、
ｔ１＝０．７×２０２２００×０．０１≒１４００（μｓ）
ｔ２＝０．７×２２００×０．０１≒１５（μｓ）
になります。
実際に測定した５５５からの出力波形です。
●５５５の出力波形
１．４ｍｓには少し足りないようです。１．２ｍｓ程度のように見えます。
Ｌの部分を拡大してみました。
もう少し拡大してみます。
こちらも１５μｓには足りません。１２μｓくらいです。
ごくフツーのセラミックコンデンサですから、まあこんなものでしょう。
ところで、なぜこんな信号が必要なのでしょうか？
７セグメント表示回路についてはＴＴＬでＣＰＵをつくろう［第１２０回］〜［第１２２回］で説明をしています。
ちょいとおさらいをしますと、８桁分の７セグメントＬＥＤはいつも全部の桁が点灯しているのではなくて、１秒間に数百回という速さで１桁ずつ切り換えて点灯させているのです。
このような表示方法をダイナミック点灯（ダイナミックドライブ）といいます。
それに対して常時全桁を表示させる方法をスタティック点灯（スタティックドライブ）といいます。
ダイナミック点灯は、表示を切り換えるための回路が必要になりますが、ＴＫ８０の回路では、表示データはメモリに置いていますから、メモリからデータを表示回路に送るところは、全桁同時には行えません。
一度には一桁分の表示データしか読み出すことができませんから、ダイナミック表示のほうが都合がよいのです。
さて、では、一体どのくらいの速さで表示を切り換えたらよいのでしょうか。
ダイナミック点灯は人間の目の残像現象を利用しています。
実際にはＬＥＤの各桁は１／８の期間しか点灯していないのですが、その繰り返しを速く行うと、人間の目では常時点灯しているように見えてしまいます。
もちろん、繰り返しの速度を遅くしていくと、ちらつきを感じるようになります。
大体１秒間に２０〜３０回以上の点滅回数になると、ちらつきはほとんど感じなくなるようです。
それを少し多めに考えて、１秒間に５０回以上繰り返すことにします。
すると、その１回の間に８桁を順次点灯させなければいけませんから、各桁を点灯させるためのパルスは５０×８＝４００Ｈｚ以上の周波数が必要になります。
今回の５５５の出力パルスは、１／０．００１２≒８３０Ｈｚですから、この半分の周波数でもよいことになりますが、まあこのくらいのほうが安全サイドということになります。
ちょっとアバウトなのですが、じつはこれには抵抗とコンデンサの値が関係しているのです。
たとえば４００Ｈｚ程度の出力パルスを得ようとすると、抵抗かコンデンサの値を現行の２倍にする必要があります。
抵抗については２００ＫΩはちょっと大きすぎるかなあと思いつつ仕方なく使ったので、これを４００ＫΩにする、というのはちょっと考えたくはありません。
コンデンサを０．０２μＦにすることは可能なのですが、じつは最近セラミックコンデンサが市場から消えてきています（なんなのでしょうか？なにかほんとに日本はちょっとおかしいのではありませんか？）。
そういう中では、セラミックコンデンサの種類は極力しぼりたい、と考えています。
私がスタンダードで使っているセラミックコンデンサは、２２ｐＦ、５６ｐＦ、１００ｐＦ、２７０ｐＦ、１０００ｐＦと、今回の０．０１μＦなので、そこに０．０２μＦを追加したくはない、という「お家の事情」があるのです。
そういうようなわけで、周波数は８００Ｈｚ程度になったのですが、問題はＬの期間の長さです。
この期間（上のオシロでの観測結果では１２μｓ）には、どのような意味があるのでしょうか。
というところで、本日は時間が無くなってしまいました。
この続きは、また次回にいたします。
ＣＰＵをつくろう！第４３４回（２０１０．２．１３ｕｐｌｏａｄ）を再編集
ワンボードマイコンをつくろう！［第３回］
２０１１．６．２６ｕｐｌｏａｄ
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