«МИНИ-ДЕНДИ» СОБИРАЕМ САМИ

«Денди» — это новая реальность!» Слова известной рекламы достаточно точно отражают семимильные шаги прогресса. Всемирно известные компьютерные фирмы усиленно работают над созданием «умных» игр, обучающих и познавательных программ для 8-, 16-, 32-, 64-битных видеоприставок, число которых неуклонно растет. Совершенствуется насыщенная цветовыми оттенками телевизионно-компьютерная графика, еще удобнее становится программное обеспечение, в ранг почти полноправных членов семьи возводятся сами приставки. «Виртуальный мир» активнее вторгается в быт. Это, действительно, — реальность.

О том, как, уяснив принцип построения «Денди», самостоятельно собрать простую 8-битную видеоприставку, и рассказывается в публикуемом ниже материале.

Структура игровой видеоприставки при всем многообразии существующих моделей и 8-битных разработок может быть сведена к довольно-таки простой блок-схеме (рис.1). Сердцем и компьютерным мозгом здесь является процессорная плата, содержащая однокристальную БИС типа UM6561 (эту бескорпусную микросхему, распаянную непосредственно на дорожки печатной платы и залитую каплей компаунда, называют в обиходе «капелькой») и разъем CARTRIDGE для подключения картриджа. Причем UM6561, как и аналоги азиатского производства, содержит в своем составе центральный процессор, видеопроцессор и музыкальный процессор.

Функции своеобразного коммутатора при «капельке» выполняет плата джойстиков. Помимо периферийных (обычно двух) устройств, давших такое имя, она служит еще и для подключения к UM6561 светового пистолета. А кнопки ON/OFF (включение/выключение питания) и RESET (начальный сброс) могут быть подсоединены как к плате джойстиков, так и к процессорной плате.

Что же касается платы модулятора и питания, то она содержит лишь цепи сопряжения для подключения видеоприставки к телевизору по высокой (RF) и низкой (VIDEO/AUDIO) частотам да стабилизатор напряжения +5 В.

В состав типовой видеоприставки обычно входит и блок сетевого питания (с силовым трансформатором, мостовым выпрямителем, сглаживающим конденсатором). К тому же многие модели комплектуются антенным адаптером, который позволяет лишний раз не перестыковывать высокочастотные разъемы.

Если внимательно проанализировать всю эту структуру, нельзя не отметить, что от некоторых блоков и узлов при определенных условиях можно отказаться. Например, при подключении приставки к телевизору через низкочастотное гнездо V/A (VIDEO/AUDIO) отпадает надобность в модуляторе и антенном адаптере. Печатную плату джойстиков без ущерба заменит навесной монтаж. Также ничто не помешает вместо встроенного использовать подходящий отдельный источник питания +5 В.

Исходя из рассмотренной структурной схемы, можно определить минимально необходимый набор для самостоятельной сборки простейшей видеоприставки. Это процессорная плата, внешний стабилизированный блок питания +5 В, два переключателя (ON/OFF и RESET), кабель VIDEO/ AUDIO для подключения к низкочастотной части телевизора и один-два джойстика. При сборке в одном корпусе габариты такой мини-приставки будут определяться только размерами процессорной платы.

Рассмотрим детальнее составные части предлагаемого устройства.

ПРОЦЕССОРНАЯ ПЛАТА — покупная; изготовление ее в домашних условиях, конечно же, неосуществимо. При выборе ее нужно ориентироваться не столько на навязчивую рекламу, сколько на габариты, состав радиоэлементов и гарантию того, что приобретаемая плата исправна.

Разные фирмы-производители по-разному эмулировали электрическую схему UM6561, в результате чего появились аналоги этой БИС на одной, двух и даже трех «капельках». Типичной же считается процессорная плата 125x45x15 мм. Причем размеры собственно печатного монтажа здесь могут быть гораздо меньше (например, укладываться в габариты 75x45x10 мм).

На рис. 3 приведена обобщенная электрическая схема одного из приемлемых вариантов процессорной платы (без привязки к конкретной модели). Число выводов у используемой здесь однокристальной БИС обычно находится в пределах 79—80, жесткого закрепления нумерации выводов с обозначениями сигналов не практикуется. Но в любом случае в состав платы входят кварцевый резонатор на 26,601712 МГц, один — три транзистора, а также пять — десять конденсаторов и до десятка резисторов.

Не следует удивляться отсутствию одного или нескольких радиоэлементов, обозначенных надписями на печатной плате. Если плата универсальна, то недостающие детали устанавливаются в случае смены телевизионного стандарта (PAL/NTSC) или частоты кадровой развертки (50/60 Гц). Не исключено также, что наблюдаемое порою недоукомплектова-ние — результат экономии фирмой-производителем на «мелочевке». Например, на буфере — эмиттерном повторителе (согласно рис. 3 он собран на транзисторе VT1) на выходе VIDEO.

Исходя из разнообразия схемных решений, электронную «начинку» процессорной платы удобнее представлять в виде так называемого черного ящика с достаточно стандартизированными входными и выходными сигналами. В частности, считать, что разъемы подключения картриджей являются электрически и механически одинаковыми во всех 8-битных процессорных платах. Но в отношении контактных площадок для запайки ленточных кабелей подобное допущение оказывается неприемлемым. Ведь печатные платы, выпускаемые разными производителями, могут существенно отличаться друг от друга количеством контактных площадок, порядком их расположения, а также маркировкой.

В любом случае на типовой 8-битной процессорной плате можно выделить четыре конструктивно оформленные группы площадок подключения, обозначенные как CN1 (16—18 контактов) — для платы джойстиков, CN2 (два контакта) — для кнопки ON/OFF, CN3 (четыре или пять контактов) — для платы модулятора и питания, CN4 (два контакта) — для кнопки RESET. Однако следует учесть, что в условном разъеме CN1 могут напрочь отсутствовать цепи +5 V—IN, AUDIO—IN и т.д., а для CN3 окажется вдруг необязательным питание до выключателя (+5 V—IN).

Ну а для нормального функционирования самодельной мини-видеоприставки необходимо, чтобы к процессорной плате было подсоединено десять электрических цепей (на пять входных и столько же выходных сигналов). Причем к первой из названных «пятерок» относится подводка информации от джойстиков OUT1 и OUT2, импульса начального сброса RESET, питающего напряжения +5 V и GND («земли»), в то время как вторая включает в себя цепи с VIDEO (изображение), AUDIO (звук), а также с сигналами опроса джойстиков SYN1, SYN2, РЕ.

ДЖОЙСТИК видеоприставок типа DENDY принципиально отличается от механических «тезок» для домашних компьютеров. Строго говоря, это уже JOYPAD (джойпэд) — мягкая в продавливании крестовина с кнопками. Внутри такого денди-джойстика находится специализированная микросхема-«капелька», которая и реализует алгоритм последовательной (во времени) передачи данных. Пять проводов соединяют джойстик с самой приставкой (рис.2). Из них пара (+5 V и GND) относится к электропитанию, столько же предназначается для входных сигналов РЕ и SYN, еще один — для OUT.

По сигналу РЕ происходит запись в микросхему-регистр DD1 8-разряд-ного кода со входов D0—D7. С поступлением SYN записанная информация о состоянии кнопок джойстика потактно сдвигается на выход OUT и передается в приставку. Что касается канала TURBO, то он позволяет имитировать режим AUTOFIRE — многократное автоматическое нажатие кнопок А и В с частотой 6—12 Гц.

Фирменные денди-джойстики компактны, довольно надежны и в большинстве своем вполне доступны по цене. К тому же над их совершенствованием основательно потрудились специалисты-дизайнеры. В результате, думается, нет сейчас смысла изготавливать какой-то неуклюжий аналог в домашних условиях, лучше сразу приобрести готовое изделие.

Перед использованием в нашем самодельном устройстве денди-джойстик необходимо тщательно проверить путем подключения к любой исправной приставке. И в случае неполадок в электрической части — попытаться восстановить работоспособность (вплоть до замены микросхемы-«ка-пельки» DD1) согласно схемам и рекомендациям, которые можно, в частности, найти в публикациях журналов «Моделист-конструктор» (№ 5’97), «Радио» (№6’96) и др.

Как уже отмечалось, видеоприставки обычно комплектуются двумя джойстиками, подключаемыми в разные разъемы с тремя электрически параллельными проводами (+5 V, GND, РЕ). Помня об этом, следует также учитывать, что слабым местом практически у всех фирменных джойстиков является неразборный разъем и шнур с часто ломающимися внутри проводами. В связи с чем предлагается при сборке видеоприставки заменить заводской шнур на плоский кабель (легко изготавливается путем быстрого проглаживания утюгом пяти проводов длиной 1,5 м в виниловой изоляции, уложенных рядом друг с другом). На конце такой «ленточки» необходимо установить магнитофонную 5-штырьковую вилку типа ОНЦ-ВГ-11-5/16-В (прежнее название СШ-5). Ответную часть (розетка СГ-5) следует разместить на корпусе самого устройства (рис.4). В результате уменьшаются габариты мини-приставки в целом и повышается ее надежность.

БЛОК ПИТАНИЯ для нашей игровой мини-видеоприставки вполне можно подобрать от уже имеющейся аппаратуры. Но легко смастерить и специальную конструкцию по хорошо зарекомендовавшей себя на практике схеме (рис. 1). Для пущей надежности такой блок должен иметь защиту от короткого замыкания в нагрузке, гальваническую развязку от сети 220 В и обеспечивать на выходе стабильное напряжение +5 В даже при максимальном токе нагрузки 700 мА.

Как нельзя лучше здесь подойдет вариант с понижающим трансформатором мощностью 8—10 Вт, выпрямительным мостом (четыре полупроводниковых диода КД208А или микросборка КЦ405 любой модификации), стабилизатором на КР142ЕН5А и конденсаторами по 47— 1000 мкФ, рассчитанными на рабочее напряжение 16—25 В. В целях облегчения теплового режима и одновременного увеличения отдаваемого в нагрузку тока целесообразно установить микросхему DA1 на радиаторе с поверхностью, работающую на теплообмен и термоизлучение, не менее 2500 мм².

Разумеется, нет ограничений для использования в блоке питания и другой схемотехники, включая импульсное регулирование. В последнем случае особое внимание следует уделить экранировке.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ СИГНАЛОВ. Как известно, без нее, позволяющей разобраться и надлежащим образом выполнить распайку проводников и радиоэлементов на контактные площадки процессорной платы, правильная сборка видеоприставки практически невозможна.

Зачастую быстро и верно сориентироваться в топологии процессора помогают нанесенные на плату пометки. В их числе уже упоминавшиеся не раз надписи и условные обозначения выводов электропитания (+5V, GND), сигналов для джойстиков (SYN, SYN2, РЕ, OUT1, OUT2), VIDEO, AUDIO и RESET. Но и в противном случае паниковать, право же, не стоит. Нужно лишь руководствоваться при работе с процессорной платой хорошо выверенной методикой, основанной на ряде общих положений в сочетании с «частными» особенностями.

Например, учитывать, что шины питания на печатной плате разведены более толстыми дорожками. Общий провод GND легко найти по соединению с ним «земельных» выводов от подавляющего большинства конденсаторов. А на +5V безошибочно укажут 3—4 параллельно включенные керамические конденсаторы емкостью 0,01 — 0,1 мкФ (с условной маркировкой, соответственно, 103-104). Одним концом они соединены с общим проводом GND, другим — с питанием +5V. Окончательно рассеять сомнения поможет «прозвонка» подстыковки картриджа к игровой видеоприставке непосредственно на электроразъеме (рис. 2).

Следует помнить, что кнопка ON/OFF подключается или между контактами +5V-IN, +5V согласно маркировке на плате, или последовательно с цепью питания +5V в качестве обыкновенного замыкателя-размыкателя. А кнопка RESET припаивается к GND и, соответственно, к контакту с маркировкой RES. Причем в соответствии с той же топологией сигнал RES в любом случае должен приходить на один из выводов БИС, а также на положительную обкладку конденсатора большой емкости (от 1 мкФ до 47 мкФ).

В исходном состоянии кнопка RESET разомкнута. Зато в момент нажатия на нее цепи RES и GND оказываются электрически соединенными друг с другом.

Для определения на процессорной плате остальных сигналов не обойтись без осциллографа или звукового индикатора.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ работ по сборке нашей мини-приставки вполне по силам любому из радиолюбителей, кому доводилось иметь дело с большими интегральными микросхемами. Сама же технология здесь такова, что сперва необходимо установить в 60-контактный разъем процессорной платы периферийное устройство, в начальном меню которого звучит музыка. Подойдет, например, китайский картридж на 500 и более игр, называемый в данном случае пробным. Затем кнопкой ON/OFF надо подать питание на процессорную плату. Нажать однократно кнопку RESET.

После этого при помощи осциллографа придется проверить сигналы на всех четырех (или пяти) контактных площадках разъема CN3. VIDEO должен иметь амплитуду 1—1,5 В с характерными телевизионными импульсами строчной (64 мкс) и кадровой (20 мс) разверток. Низкочастотный сигнал AUDIO величиной 0,5—1,5 В будет постоянно меняться по амплитуде и частоте в такт музыке.

Теперь можно подавать AUDIO и VIDEO через резисторы 0,51—2 кОм на телевизор. Сигнал AUDIO — для усилителя низкой частоты (гнездо МАГН или цепь AUDIOIN в разъеме подключения видеомагнитофона), a VIDEO — к одноименному входу VIDEO-IN. Допустимо воспользоваться модулем подключения компьютера к телевизору по низкой частоте (при этом «задействуются» цепи ВИДЕО и ЗВУК), хотя в любом случае в телевизоре должен быть установлен декодер PAL-SEKAM, иначе изображение будет черно-белым.

Входные сигналы первого джойстика SYN1 и РЕ необходимо искать при помощи осциллографа: на контактных площадках разъема CN1 подключения платы джойстиков. И помнить, что в начальном меню китайских картриджей импульсы РЕ имеют форму узких одиночных положительных всплесков с периодом 20 мс длительностью 10—20 мкс. Зато сигнал SYN1 содержит группу из восьми аналогичных импульсов обратной полярности с периодом 20 мс. Амплитуда в обоих случаях — около 5 В. Осциллограммы ввиду малой длительности импульсов лучше смотреть после делителя частоты на 2 (4, 8), собранного на любом двоичном счетчике, например, К555ИЕ5, К555ИЕ7.

Сигнал SYN2 для второго джойстика имеет параметры, аналогичные SYN1. Отыскивают его обычно с помощью осциллографа на одной из контактных площадок при запуске игры, рассчитанной на участие второго игрока (рис.3). Хотя существует также слуховой способ нахождения сигналов VIDEO и AUDIO. Для этого следует подключить звуковой индикатор или любой пьезоэлектрический излучатель (типа ЗП-1, ЗП-З, ЗП-22) одним концом к цепи GND, другим — поочередно к каждой из четырех-пяти контактных площадок разъема CN3 (стыковки) с платой модулятора и питания. Тихая мелодия начальной заставки укажет на наличие AUDIO. Низкий рокот 50 Гц будет свидетельствовать о присутствии VIDEO.

Аналогично можно определить на слух и местоположение сигналов SYN1, SYN2, РЕ. Дело в том, что начальное меню китайских картриджей позволяет услышать 50-герцевый рокот при подсоединении звукового индикатора (ЗП-1) между цепью GND и контактными площадками разъема CN1 только в двух случаях: при подключении к SYN1 — более громко, при подключении к РЕ — более тихо. Кстати, подобным образом проверяют и наличие SYN2 в игре, рассчитанной на двух игроков.

Согласно рассматриваемой методике после распайки проводов РЕ и SYN1 необходимо проконтролировать различие импульсов с периодом 20 мс на выходе OUT1 (при нажатии на одну из клавиш). Ну а в заключение требуется осуществить подключение провода OUT1 (от джойстика) к процессорной плате. Здесь весьма уместным оказывается использование последовательного перебора вариантов. При этом следует временно подсоединить 470-омный резистор к проводу, идущему от выхода OUT1 джойстика. Затем поочередной подпайкой другого конца данного сопротивления к контактным площадкам разъема CN1 можно экспериментально определить место, откуда поступает сигнал и вызывает нормальное функционирование джойстика. В дальнейшем временный резистор убирают, заменяя его перемычкой.

Рекомендуемая принципиальная электрическая схема игровой мини-видеоприставки приведена на рисунке 4. Анализируя ее, следует отметить дополнительное преимущество — ввод светодиодного индикатора включения питания HL1, который сбережет массу времени при поиске причин отказов устройства. Из других особенностей обратим внимание на конденсатор С1. Оказывается, таковой вовсе не обязателен, если вход AUDIO содержит разделительную цепь.

Мощность всех резисторов 0,125 Вт. Остальные узлы и детали, как и возможности замены на более распространенные, уже названы. Что касается использования переключателей и разъемов иных типов, то принципиальных ограничений здесь нет. Хотя желательно, чтобы все, примененное в игровой приставке «Мини-Денди», было малогабаритное.

Возможный вариант дизайнерского решения для самостоятельно собранного компактного видеоустройства изображен на рисунке 5.

С. РЮМИК, г. Чернигов