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Mucho antes del sistema de aprendizaje de microcomputadoras Heathkit 6800, el Arduino Uno o el Basic Stamp, existía el kit de entrenamiento de microcomputadoras de la Feria de Ciencias de Radio Shack. Este kit fácil de programar se introdujo en 1985 y tenía como objetivo enseñar a los usuarios cómo funcionaban las microcomputadoras.
En este artículo del proyecto, actualizamos esta microcomputadora antigua construyendo y agregando un reloj Raspberry Pi Pico ajustable con pantalla LED. Después de ensamblar el hardware, programamos el entrenador para que actúe como un contador binario de 7 bits. Sin embargo, antes de hacer eso, tomemos un tiempo para familiarizarnos con las características del entrenador y, en particular, con el microcontrolador TMS1100 en su núcleo.
Kit de entrenamiento de microcomputadoras de la Feria de Ciencias de Radio Shack
El Entrenador de microcomputadoras de la Feria de Ciencias apareció por primera vez en el catálogo de Radio Shack en 1985 (Figura 1).
Ilustración 1. La introducción del Entrenador de microcomputadoras de la Feria de Ciencias en el catálogo de Radio Shack de 1985. Imagen cortesía de RadioShackCatalogs
El kit, basado en un microcontrolador Texas Instruments TMS1100, tiene las siguientes funciones de entrada/salida (E/S):
- Un teclado.
- Una pantalla LED de 7 segmentos.
- Siete LED discretos.
- Un amplificador de audio.
- Un altavoz de 8Ω.
- Un reloj de 400 kHz.
El microordenador de entrenamiento tiene una tensión de funcionamiento de 9 VCC, alimentada por seis pilas AA insertadas en un compartimento situado en la parte inferior. El teclado visible en la Figura 2 está configurado en hexadecimal. Combina números y letras para direccionamiento de memoria y programación del microcontrolador TMS1100.
Figura 2. El entrenador de microcomputadoras‘S Teclado hexadecimal. Imagen cortesía de Don Wilcher
El microcontrolador TMS1100
El microcontrolador TMS1100 forma parte de la familia TMS 1000 de circuitos integrados de microcomputadoras de 4 bits. El TMS1100 utilizó tecnología PMOS y fue introducido por Texas Instruments en 1975. En ese momento, la arquitectura de microcomputadora binaria de un solo chip del TMS1100 era única y se comercializó como la primera microcomputadora de sistema en chip.
El TMS1100 incluye ROM, RAM y una unidad lógica aritmética (ALU). La arquitectura del microcontrolador se puede ver en la Figura 3.
Figura 3. Arquitectura del microcontrolador TMS1100. Imagen cortesía de Bitsavers
La interfaz física del TMS1100 consta de una estructura básica de entrada/salida. Los pines de entrada están etiquetados con la letra K y las salidas están etiquetadas con O o R.
- El Las K entradas gestionan 4 bits de datos y están ponderadas binariamente: K1, K2, K4, K8. Los datos se obtienen de estos pines de entrada ponderados.
- Hay ocho salidas O paralelas numeradas de O0 a O7. Estas salidas son de enclavamiento. Por lo general, muestran datos binarios en LED discretos o pantallas de 7 segmentos.
- Once pines de salida están representados por la letra R. Las salidas R multiplexan las entradas K y envían los datos de salida O a pantallas y registros de almacenamiento internos.
El TMS1100 es un procesador de 4 bits. La ROM consta de 16.384 bits, configurados como 2.048 palabras de 8 bits. La RAM consta de 512 bits dispuestos en 128 palabras de datos de 4 bits.
Programación del entrenador de microcomputadoras.
Los programas para el Microcomputer Trainer se basan en el código de máquina del TMS1100. El código de máquina del kit está ajustado a 32 instrucciones, lo que permite que el kit de microcomputadora antiguo realice las siguientes operaciones:
- Aritmética.
- Almacenamiento de datos.
- Visualización de la memoria.
- Manipulación de la información de la dirección.
De esta manera se pueden programar juegos, cronómetros electrónicos, efectos de sonido y calculadoras en el microordenador.
Con el kit se incluye un manual de laboratorio que contiene 100 ejercicios y actividades de programación. Los primeros ejercicios de laboratorio se centran en el cableado y las pruebas del amplificador de audio y los puertos de E/S del microcontrolador. El manual se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Entrenador de microcomputadoras Manual de laboratorio. Imagen cortesía de Don Wilcher.
Concepto y operación del proyecto.
Nuestro proyecto comienza con una de las tareas básicas de programación presentadas en el manual del kit de laboratorio: transferir datos al registro A. El Transferido a A (TIA), que es el código de máquina 8, se inicia presionando la tecla 8. Al presionar el crecimiento La transferencia de datos se completa presionando el botón.
Cuando presionamos el botón de incremento, los siete LED discretos del kit cuentan en binario. Este evento de conteo binario manual, exclusivo del Microcomputer Trainer, se puede automatizar fácilmente usando un reloj u oscilador digital. En este proyecto automatizamos esta tarea utilizando cuatro partes electrónicas:
- Una Raspberry Pi Pico.
- Un potenciómetro de 10 kΩ.
- Un módulo LED de 7 segmentos de 4 dígitos.
- Un módulo de relé de transistores.
Juntos crean un reloj digital ajustable con una pantalla LED. La Figura 5 muestra cómo funcionan juntas las cuatro partes.
Figura 5. Proyecto Diagrama de bloques conceptual. Imagen cortesía de Don Wilcher.
La Raspberry Pi Pico genera los pulsos de control de encendido/apagado que accionan los contactos unipolares y bipolares (SPDT) del módulo de relé de transistor. La velocidad de contacto del módulo de relé de transistor se puede ajustar de 135 ms a aproximadamente 8 segundos ajustando el potenciómetro de 10 kΩ. La hora establecida se muestra en la pantalla LED de 7 segmentos y 4 dígitos.
Entonces comencemos a construir.
El reloj digital ajustable
Para construir el reloj digital ajustable, las partes del concepto del proyecto deben conectarse a una placa sin soldadura. El kit avanzado Elecrow Raspberry Pi Pico (Figura 6) contiene varias piezas que necesitamos, entre ellas:
- Potenciómetro de 10kΩ.
- Frambuesa Pi Pico.
- Módulo de pantalla LED de 4 dígitos y 7 segmentos.
- Cables de puente.
- Placas de pruebas sin soldadura.
Figura 6. Kit Avanzado Elecrow Raspberry Pi Pico. Imagen cortesía de Elecrow
También se requiere un módulo de relé de transistores para construir el proyecto. El pin VSYS de la Raspberry Pi Pico, que alimenta la bobina del relé electromecánico, suministra 5 VCC. Por lo tanto utilizamos un módulo de 5 V CC. El pin GPIO2 de la Raspberry Pi Pico suministra la señal de control de encendido/apagado al transistor SMD (dispositivo de montaje en superficie) en la placa de circuito.
El esquema eléctrico de la Figura 7 muestra los cuatro componentes del reloj insertados en una placa sin soldadura.
Figura 7. Esquema de conexión eléctrica del reloj digital regulable con pantalla LED. Imagen cortesía de Don Wilcher
La Figura 8 muestra el esquema como referencia adicional para el soporte de compilación.
Figura 8. Diagrama de cableado del reloj digital regulable con pantalla LED. Imagen cortesía de Don Wilcher
La estructura final del reloj digital se muestra en la Figura 9.
Figura 9. los reunidos Reloj digital y pantalla LED. Imagen cortesía de Don Wilcher
Este circuito de reloj digital ajustable debe entregar un pulso de conmutación limpio y de ancho variable. Para probar esto, se conectó un osciloscopio al GPIO2 de la Raspberry Pi Pico para observar los pulsos de conmutación de control. El osciloscopio midió un voltaje de pulso de conmutación de salida de 3,38 V (Figura 10).
Figura 10. Pulso de control de salida capturado del pin Raspberry Pi Pico GPIO2. Imagen cortesía de Don Wilcher
Conexión del circuito Raspberry Pi al entrenador de microcomputadora
El conjunto de hardware final (Figura 11) consiste en cablear los contactos normalmente abiertos (NO) del módulo de relé del transistor a los terminales de resorte 57 y 63 en el conjunto de microcomputadora.
Figura 11. El reloj digital ensamblado está conectado al entrenador de microcomputadora.. Imagen cortesía de Don Wilcher
Construcción de software
Usé MicroPython para crear software para el reloj digital ajustable. Parte del código se muestra a continuación:
Este software, que puede iniciarse en modo de depuración o guardarse en Raspberry Pi Pico, permite tres aspectos funcionales:
- Lectura de las tensiones analógicas configuradas generadas por el potenciómetro de 10 kΩ.
- Visualización de los valores en el módulo LED de 7 segmentos de 4 dígitos.
- Conmutación del módulo de relé de transistores.
Usando el potenciómetro podemos cambiar el tiempo de conmutación deseado para secuenciar el contador binario de 7 bits del microordenador. La visualización de los valores en el módulo LED facilita visualmente este proceso.
Examen final
Es hora de probar la funcionalidad del proyecto completado. En la Figura 12 se puede observar cómo interactúa el reloj con el contador binario del entrenador de microcomputadora.
Figura 12. Prueba final del kit de microcomputador avanzado. Vídeo cortesía de Don Wilcher.
Como muestra este proyecto, el antiguo kit de microcomputadora de la feria de ciencias se puede revivir y mejorar fácilmente utilizando las plataformas tecnológicas integradas actuales y algunos módulos de circuitos electrónicos.
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