(ホントは７４ＨＣ、ＣＭＯＳなんだけど…）
［第１２５回］
●ＴＫ８０の資料をいただいてしまいました！
前回、「資料をなくしてしまったので、ＴＫ８０ではどのような回路になっていたのかは、わかりません」と書いたところ、お読みいただいた方が、ＴＫ８０のユーザーズマニュアルを送ってくださいました。回路図もいただきました。感謝です。
Ｓ様、ご親切ほんとうにありがとうございました。
●ＴＫ８０の７ｓｅｇＬＥＤ表示回路
さすがに３０年近くも前のことになると、記憶違いもあって当然ということでしょうね。
前回、ＴＫ８０はＬＥＤ表示回路に「７４ＬＳ９０」を使っていた、と書きましたが、記憶違いでした。
今回いただいたＴＫ８０の回路図（およびユーザーズマニュアル）を見ると、７４ＬＳ９０ではなくて、７４９３（μＰＢ２２３）になっています。
おお、ＬＳではなくて、スタンダードＴＴＬだったのですね。時代を感じさせてくれます。
そしてＴＫ８０では７ｓｅｇＬＥＤ表示回路のクロック発振にタイマーＩＣのＮＥ５５５を使っています。
ＮＥ５５５で、約１ＫＨｚの幅の狭いパルス（数μＳ）を出力し、それをＣＰＵへのバス開放要求信号（ＨＯＬＤ信号）にするとともに、同じ、そのＮＥ５５５からの約１ＫＨｚのパルスを、７４９３で受けて、ＤＭＡ用のメモリアドレス出力としています。
［出典］ＮＥＣ ＴＫ８０ユーザーズマニュアル
図の上側のチャートは、ＮＥ５５５からの出力パルスと、それをうけて７４９３から出力される、Ａ０〜Ａ２（ＤＭＡアドレスの下位３ビット）との関係を模式的に示したものです。
図の下側は、ＮＥ５５５から出力されるパルスがＣＰＵに対するＨＯＬＤ要求信号になり、ＣＰＵが一時停止してバスを開放している期間に、アドレスバスに強制的にＤＭＡアドレスが挿入され、メモリから出力されるデータをラッチして、ＬＥＤ表示データとする様子を示したものです。
ＣＰＵがＨＯＬＤ要求によってホールトしている間はアドレスバスとデータバスは開放されます。
そこに７４９３からの信号がアドレスバスのＡ０〜Ａ２として出力されます。
上位のＡ３〜はプルアップされているため、ＤＭＡ期間中は、ＲＡＭの８３Ｆ８〜８３ＦＦ［＊注１］をアクセスすることになります。
［＊注１］
ＴＫ８０はメモリアドレスを完全にはデコードしていません。Ａ１５＝１のときはＲＡＭが、Ａ１５＝０のときはＲＯＭがセレクトされます。
８３ＦＦでもＦＦＦＦでも同じＲＡＭが選択されますが、ＴＫ８０ではＲＡＭアドレスを８０００〜８３ＦＦとしてあつかっています。
●「つくるＣＰＵ」のＬＥＤ表示回路の説明です
まずは、最初に［第１２０回］で紹介した、改良前のＬＥＤ表示回路で、ＬＥＤがダイナミックドライブされる、各桁の表示タイミングを模式的に示します。
ＬＥＤに表示するデータをラッチするＭ１信号は、実行される命令の長さによって周期が異なります。
そのため、上の図のように、桁ごとに表示する時間が異なってきてしまいます。
多分ＬＥＤの各桁がチラチラするような表示になってしまうのではないか、と思います。
これは、やっぱり、よくありませんね。
そこで、お待たせしました。
やっと、前回、［第１２４回］で改良したＬＥＤ表示回路の説明です。
改良前は、ＬＥＤ表示データアドレス（下位３ビットのアドレス）を出力するバイナリカウンタ７４ＨＣ１９１のＣＫ入力にＭ１［＊注２］が入っていましたが、それを７４ＨＣ０４回路からの信号に変更しました。
この７４ＨＣ０４回路はＲＣ発振回路です。約４００Ｈｚで発振します。
Ｍ１の代わりに、この信号が入るとどうなるのでしょうか。図で示します。
［＊注２］
改良前の回路図（［第１２０回］）では、７４ＨＣ１９１のＣＫ入力にはＴ３が入っていましたが、ここはその後、誤りに気づいたので、Ｍ１に訂正（［第１２２回］）しました。
ＬＥＤ表示データがＭ１のタイミングでラッチされることは、改良前と同じなのですが、改良前は７４ＨＣ１９１から出力される表示データアドレスもＭ１のタイミングで変化していました。改良後はＭ１とは関係無く（厳密にはほんの少し関係するのですが）、約４００Ｈｚで変化します。
ＬＥＤの表示データが変化するのは、ＨＣ１９１の出力が変化した後の、最初のＭ１のタイミングになります。
厳密にはこれでも、Ｍ１の長さの差は残るのですが、ＨＣ１９１の出力が変化する期間（約２．５ｍＳ。２５００μＳ）に比べて、Ｍ１はＣＰＵクロックが２ＭＨｚの場合で、４μＳ〜２５μＳと短いので、目立つほどの差にはならないと思います。
約４００Ｈｚのパルス（７４ＨＣ１９１のＣＫ入力）と、Ｍ１との関係は、図では模式的に示しています。
実際のＭ１の期間は、ＨＣ１９１の入力クロックに比べて、図よりもはるかに短い間隔です。
各桁の表示期間の差は最大で（２５−４）／２５００＝０．８％程度です。
ＴＫ８０ではＬＥＤ表示のためのＤＭＡを行うのに、ＨＯＬＤ信号（バス開放要求信号。ＣＰＵがこの信号を受けつけると、実行を一時停止して、アドレスバス、データバス、その他の出力信号をハイインピーダンスにして、外部に開放します）を使用しています。
この方法ではＬＥＤ表示データを取得するために、実行中のプログラムを一時停止させる必要がありますから、ほんのわずかですがプログラムの実行時間が遅くなります（１％程度）。
今回の「つくるＣＰＵ」でのＬＥＤ表示は、ＣＰＵを停止させることなく、ＣＰＵがメモリからデータを取得し終わって、バスが空いている期間を利用して、メモリからデータを取得する、サイクルスチールによるＤＭＡを行っていますから（［第１２１回］参照）、ＬＥＤに表示させるデータを取得していても、プログラムの実行速度は変わりません。
またＴＫ８０では、ＤＭＡの期間だけアクティブになるような幅の狭いパルスが必要なため、ＮＥ５５５のようなオシレータＩＣを使っていますが、今回の「つくるＣＰＵ」での方法では、幅の狭いパルスは必要ありませんから（デューティ比は無関係です）、簡単なＲＣ発振回路を利用することができます。
２００８．１２．１３ｕｐｌｏａｄ
２００８．１２．１４一部加筆＆訂正
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