ワンボードマイコンの設計

設計仕様

1. RAM空間 8KB

2. ROM空間 8KB

3. メモリの選択はフルアドレス選択

4. プログラム作成が可能（モニタプログラム常駐）

5. シングルステップ動作可能

6. キー入力回路，表示回路付き

7. IOボート増設可能

ワンボードマイコンのブロック構成

CPU回路 ROM回路 RAM回路 IO回路

キー入力回路 表示回路

ワンボードマイコンの回路

LS

244

+5V

-5V

+5V+15V

-15V+26V

D7D6

D5D4

D3D2

D1D0

AD15AD14

AD13AD12

AD11AD10

AD9AD8

AD7AD6

AD5AD4

AD3AD2

AD1AD0

RD

WRMREQ

IORQ

WAIT

INTMNI

BUSAKBUSRQ

GNDGND

GNDGND

HALT

RESET

RST

φM1

RFSH

BUSAK

BUSRQZ

80A

CP

U

RO

M1-

2716

A10 D7

RO

M2-

2716

RO

M3-

2716

RO

M4-

2716

６

５

４

３

２

１

０ ７

８

９

ABCD

E

FGO

ADDDAINCDEC

FN1FN2FN3FN4FN5

FN6

SST

DA

DB

RA

M1-

6116

RA

M2-

6116

RA

M3-

6116

RA

M4-

6116

ADD15

ADD14

ADD13

SW ２K

Vcc

RDM1

NMI

シングルステップ動作 S.S.T

AD15

AD!4

AD13AD12AD11

MREQ

1Y01Y11Y21Y3

2Y02Y12Y22Y3

ROM1ROM2ROM3ROM4RAM1RAM2RAM3RAM4

LS155

00

04

02

CPU RESET

1Y01Y11Y21Y3

2Y02Y12Y22Y3

Q

QS

R

D

CK

DADB

キー入力回路

LED表示回路

6116-W2716-Vpp

6116-OE2716-OERD

MREQ

IORQ

WR

WR

RD

AD0AD1

AD2AD3

AD4

AD5

AD6

RST RESET B0

B7

RD

WR

CS

A0A1

D0

D7 A7

A0

C7

C3

C1C2

C4

C0

C5C6

BUSAK

IORQ

M1

RD

RST

330 Xtal

1.5k

330

680

04 04

04

0404

A495

2020

200

1k100p

CPUφ

φ

５V

５V

74

100

1μ22μ

クロック発振器

10k

1S15

85

5V

02

02

02

04

0404

0202

04

04

02

02

02

00

04

10k5V

AD AD AD AD DA DA DA DA

164

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7

TRDDS1DS2

1k 1kA1015

abcdefgh

020430

02

470p

5V

CS

CS

WRRD

MREQIORQ

M1HALTRFSH

WAITINTNMI

AD15

AD0

AD7

AD8

D7

D0

φ

RESET

５V

GND

LS

244

LS

244

LS

245

LS

365

CS

W

VppOE

OE

φ

CE

CS1CS0

M1

RESET

INT

IORQRD

D7

D0

IEICLK,TRG0IEO

5V

RST

AD0AD1

CTC

LS155

IO 155 1Y1 へチャンネル０

Z80－

CT

C

2G

2C

1C

1G

2G1C1G2C

A0

A10

A0

CPU回路L

S244

BUSAK

BUSRQ

Z80

AC

PU

BUSAK

IORQ

M1

RD0202

04

04

WRRD

MREQIORQ

M1HALTRFSH

WAITINTNMI

AD15

AD0

AD7

AD8

D7

D0

φ

RESET

５V

GND

LS2

44

LS2

44

LS2

45

LS3

65

メモリ回路

RO

M1-

2716

A10 D7

RO

M2-

2716

RO

M3-

2716

RO

M4-

2716

RA

M1-

6116

RA

M2-

6116

RA

M3-

6116

RA

M4-

6116

AD15

AD!4

AD13AD12AD11

MREQ

1Y01Y11Y21Y3

2Y02Y12Y22Y3

ROM1ROM2ROM3ROM4RAM1RAM2RAM3RAM4

LS155

02

DADB

00

CS

CS

CS

W

VppOE

OE

2G

2C

1C

1G

アドレスバスデータバス

コントロールバス

A0

A0

A10

マルチプレクサ回路

ROM回路

RAM回路

ROM2716RAM6116

アドレス空間

00 0000 0000B ～11 1111 1111B

データ８ビット

I/O回路（キー入力と表示）

６

５

４

３

２

１

０ ７

８

９

ABCD

E

FGO

ADDDAINCDEC

FN1FN2FN3FN4FN5

FN6

SST

1Y01Y11Y21Y3

2Y02Y12Y22Y3

キー入力回路

LED表示回路

IORQ

WR

RD

AD0AD1

RST RESET B0

B7

RD

WR

CS

A0A1

D0

D7 A7

A0

C7

C3

C1C2

C4

C0

C5C6

02

02

04

10k5V

AD AD AD AD DA DA DA DA

164

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7

TRDDS1DS2

1k 1kA1015

abcdefgh

CTC

LS155

DA

DB

2G1C1G2C

AD2AD3AD4

AD5

AD602

LED表示コード表示値 a b c d e f g h

０ 1 1 1 1 1 1 0 0 FCH

１ 0 1 1 0 0 0 0 0 60H

２ 1 1 0 1 1 0 1 0 DAH

３ 1 1 1 1 0 0 1 0 F2H

４ 0 1 1 0 0 1 1 0 66H

５ 1 0 1 1 0 1 1 0 B6H

６ 1 0 1 1 1 1 1 0 BEH

７ 1 1 0 0 0 1 0 0 C4H

８ 1 1 1 1 1 1 1 0 FEH

９ 1 1 1 0 0 1 1 0 E6H

A 1 1 1 0 1 1 1 0 EEH

B 0 0 1 1 1 1 1 0 3EH

C 1 0 0 1 1 1 0 0 9CH

D 0 1 1 1 1 0 1 0 7AH

E 1 0 0 1 1 1 1 0 9EH

a

b

c

d

e

f g

h

キー入力回路の動作

６

５

４

３

２

１

０ ７

８

９

ABCD

E

FGO

ADDDAINCDEC

FN1FN2FN3FN4FN5

FN6

SST

キー入力回路

A7

A0C3

C1C2

C0

10k5V

PA PC

01 02 04 08

01 FN6 DEC D 6

02 FN5 INC C 5

04 FN4 DA B 4

08 FN3 ADD A 3

10 FN2 GO 9 2

20 FN1 F 8 1

40 E 7 0

キー機能とポートアドレス対応

00 1B(FN6) 07 14(DEC) 0E 0D( D ) 15 06( 6 )

01 1A(FN5) 08 13(INC) 0F 0C( C ) 16 05( 5 )

02 19(FN4) 09 12( DA) 10 0B( B ) 17 04( 4 )

03 18(FN3) 0A 11(ADD) 11 0A( A ) 18 03( 3 )

04 17(FN2) 0B 10( GO) 12 09( 9 ) 19 02( 2 )

05 16(FN1) 0C 0F( F ) 13 08( 8 ) 1A 01( 1 )

06 15( ) 0D 0E( E ) 14 07( 7 ) 1B 00( 0 )

下位アドレスと割付キー機能

PA PC

01 02 04 08

01 00 07 0E 15

02 01 08 0F 16

04 02 09 10 17

08 03 0A 11 18

10 04 0B 12 19

20 05 0C 13 1A

40 06 0D 14 1B

ポートアドレスと下位アドレス表

メモリ選択とメモリ配置

INPUT OUTPUT

SELECT STROBE DATA

B A 1G 1C 1Y0 1Y1 1Y2 1Y3

X X H X H H H H

L L L H L H H H

L H L H H L H H

H L L H H H L H

H H L H H H H L

X X X L H H H H

INPUT OUTPUT

SELECT STROBE DATA

B A 2G 2C 1Y0 1Y1 1Y2 1Y3

X X H X H H H H

L L L L L H H H

L H L L H L H H

H L L L H H L H

H H L L H H H L

X X X H H H H H

NOR

AB C C

0 0 0 1

0 1 1 0

1 0 1 0

1 1 1 0

NAND

AB C C

0 0 0 1

0 1 0 1

1 0 0 1

1 1 1 0

AD15

AD!4

AD13AD12AD11

MREQ

1Y01Y11Y21Y3

2Y02Y12Y22Y3

ROM1ROM2ROM3ROM4RAM1RAM2RAM3RAM4

LS155

02

DADB

00

CS

2G

2C

1C

1G

00 111 111 1111 1111 RAM4

00 111 000 0000 0000

00 110 111 1111 1111 RAM3

00 110 000 0000 0000

00 101 111 1111 1111 RAM2

00 101 000 0000 0000

00 100 111 1111 1111 RAM1

00 100 000 0000 0000

00 011 111 1111 1111 ROM4

00 011 000 0000 0000

00 010 111 1111 1111 ROM3

00 010 000 0000 0000

00 001 111 1111 1111 ROM2

00 001 000 0000 0000

00 000 111 1111 1111 ROM1

00 000 000 0000 0000

不使用

モニタ領域

未使用

0000H

0800H

2000H

4000H

1000H

1800H

2800H

3000H

3800H

07FFH

0FFFH

17FFH

1FFFH

27FFH

2FFFH

37FFH

3FFFH

未使用

未使用

作業領域

スタック領域

プログラム領域

CPUバッファ回路の動作

LS2

44

BUSAK

BUSRQ

Z80

AC

PU

BUSAK

IORQ

M1

RD0202

04

04

WRRD

MREQIORQ

M1HALTRFSH

WAITINTNMI

AD15

AD0

AD7

AD8

D7

D0

φ

RESET

５V

GND

LS2

44

LS2

44

LS2

45

LS3

65

NOR

A B C C

0 0 0 1

0 1 1 0

1 0 1 0

1 1 1 0

H H-inp

HL

RD WR

a点の信号は通常は”L"状態．

＊ RD信号のみでバッファの

方向を切り替える．

＊ 割り込み要求時のみM1及びIORQで切り替える．

a

b

c

シングルステップ回路とその動作

ADD15

ADD14

ADD13

SW ２K

Vcc

RDM1

NMI

シングルステップ動作 S.S.T

00

04 020430

02

470p

5V NOR

AB C C

0 0 0 1

0 1 1 0

1 0 1 0

1 1 1 0

NAND

AB C C

0 0 0 1

0 1 0 1

1 0 0 1

1 1 1 0

SST SW OFF で動作

＊ ROM領域では動作せず．

＊ OPコードフェッチサイクル時にNMI信号を出す．

＊ コンデンサはタイミング合わせ．

クロック発振回路とその動作

Q

QS

R

D

CK

330 Xtal

1.5k

330

680

04 04

04

0404

A495

2020

200

1k100p

CPUφ

φ

５V

５V

74

クロック発振器

＊ TTLによる水晶発振回路

＊ F/Fヂュテーファクタを５０％に

＊ Z80CPUのクロック条件に合わせるために

トランジスタによる立ち上がり下がり特性

の改善

リセット回路とその動作

CPU RESET

RST

1001μ22μ

10k

1S15

85

5V

02

04

0404

スイッチ入力

電源ON時は１０Kと２２μの回路で

リセット．

途中でのリセットはスイッチ入力より

リセット．

１μと１ ０ ０オームは簡単なチャタ

リング防止回路

モニタプログラムの構成

3FFCH 3FFBH 3FFAH 3FF9H 3FF8H 3FF7H 3FF6H 3FF5H

3FF4H 3FF3H 3FF2H 3FF1H

データ表示アドレス表示LED

セグメント表示バッファ（seg buffer)

ディスプレイ表示データ (des buffer)

3FEFH 3FEEH 3FEDH 3FECH表示データ (des buffer)

LED－SEGP

SEG－DSP

DSP－DAP

モニタメイン

start

SP <= 2F70H

CALL CW

CALL 初期設定

CALL キー入力

Acc=00H

CALL データ解読

CALL データ処理

CALL データ表示

SGPASSF=00H

CALL SEG－DAP

CALL LED-SEGP

CALL DSP-DAP

データ表示

start

HL<=(3FEEH)A <= HL

(3FEDH)<= AINC HLA<=(HL)

(3FECH) <=A

RET

コントロールワードの設定と初期設定

初期設定

KEY-F <= ADD

KEY-SADD <=01HAD/DAF <= ADD

RET

CW

8255の動作設定

RET

IO素子等の動作語の設定動作を安定にするための初期値の設定

キー入力プログラム

start

(PC) <= （KEYSADD）A <= (PA)

A = 00H?

WAIT

C <= A

A = 00H?

KEYF=FFH

KEYF <= FFH

A <= C

A <= 00H

RET

KEYF <= 00H

A <= (KEYSADD)

ADD A

(KEYSADD) <= A

(KEYSADD)=01H?

(KEYSADD) <= 01H

A <= 00H

Y

N

YN

Y

KEYF 00 off状態

FF on状態OR 80HCPL

(PC) <= （KEYSADD）A <= (PA)OR 80H

CPL

2回目以降 最初のデータ 入力無し

10ms

キー入力プログラム

Crag <= キーデータ

６

５

４

３

２

１

０ ７

８

９

ABCD

E

FGO

ADDDAINCDEC

FN1FN2FN3FN4FN5

FN6

SST

キー入力回路

RESET B0

B7

RD

WR

CS

A0A1

D0

D7 A7

A0

C7

C3

C1C2

C4

C0

C5

10k5V

キーデータ解読キーデータ解読

start

SRA B

NC ?

A = A+7

SRA C

NC ?

INC A

A <= 00HB <= (KEYSADD)C <= キーデータ

RET

Areg =下位アドレス値

HL <= 変換スタートアドレスBC <= 0000H

C <= AHL = HL +BCA <= (HL)

A =キー機能値

C flg <= クリア

C flg <= クリア

Y

Y

６

５

４

３

２

１

０ ７

８

９

ABCD

E

FGO

ADDDAINCDEC

FN1FN2FN3FN4FN5

FN6

SST

キー入力回路

RESET B0

B7

RD

WR

CS

A0A1

D0

D7 A7

A0

C7

C3

C1C2

C4

C0

C5

10k5V

キーデータ処理start

A = 0?

A=10H

A=11H

A=12H

A=13H

A=14H

A=15H

A=16H

A=17H

A=18H

A=19H

A=1AH

A=1BH

B <= AAND F0HA <= B

JP LD プログラム

JP ADD

JP DA

JP INC

JP DEC

JP SST

JP GO

JP FN1

JP FN2

JP FN3

JP FN4

JP FN5

＊１ ＊２

＊１ ＊２

RET

00 1B(FN6) 07 14(DEC) 0E 0D( D ) 15 06( 6 )

01 1A(FN5) 08 13(INC) 0F 0C( C ) 16 05( 5 )

02 19(FN4) 09 12( DA) 10 0B( B ) 17 04( 4 )

03 18(FN3) 0A 11(ADD) 11 0A( A ) 18 03( 3 )

04 17(FN2) 0B 10( GO) 12 09( 9 ) 19 02( 2 )

05 16(FN1) 0C 0F( F ) 13 08( 8 ) 1A 01( 1 )

06 15(SST) 0D 0E( E ) 14 07( 7 ) 1B 00( 0 )

下位アドレスと割付キー機能

JP FN6

データ処理プログラム

データ表示

start

HL<=(3FEEH)A <= HL

(3FEDH)<= AINC HLA<=(HL)

(3FECH) <=A

RET

LDプログラム

LD prg

B <= A

A <= (AD/DA F)

(AD/DA F)=00HA<=B

A<=B

HL <= 3FEEH

RLD

INC HL

RLD

HL <= 3FDEH

RLD

BC<=(3FEEH)

A<=(HL)

(BC)<=A

3FFCH 3FFBH 3FFAH 3FF9H 3FF8H 3FF7H 3FF6H 3FF5H

3FF4H 3FF3H 3FF2H 3FF1H

データ表示アドレス表示LED

セグメント表示バッファ（seg buffer)

ディスプレイ表示データ (des buffer)

B7 B４ B3 B0B3 B0

Acc （HL)

左ローティトデジット RLD

2FFBH 2FFAH

ABCD

0 XAcc

AB(HL)Acc

RLD

0 X

AB(HL)

B(HL+1)Acc

RLD 0

0 XAcc

A(HL)

XCD

B(HL+1)Acc

0 A(HL)

XCD

RET

新しいデータ

表示値

アドレス

データ Y

N

3FEFH 3FEEH 3FEDH 3FECH表示データ (des buffer)

LED－SEGP

SEG－DSP

DSP－DAP

INC，DEC，DA，ADD，GO，FNキー動作プログラム

INC prg

RET

HL <= (3EEEH)

INC HL

(3EEEH) <= HL

DA prg

RET

ADD/DA F <= 00H

GO prg

POP HLPOP HL

(GOADD) <= C3

(GOADD+1) <= (FBUF)

(GOADD+2) <= (FBUF+1)

JP GOADD

EX AF, AF'EXX

IX <= (IXBUF)IY <= (IYBUF)

ADD prg

RET

ADD/DA F <= FFH

DEC prg

RET

HL <= (3EEEH)

DEC HL

(3EEEH) <= HLJP FN2

RET

プログラム

シングルステップ動作プログラム

ADD15

ADD14

ADD13

SW ２K

Vcc

RDM1

NMI

シングルステップ動作 S.S.T

00

04 020430

02

470p

5V

SST SW OFF で動作

SST prg

EX AF, AF'EXX

(IXBUF) <= IX(IYBUF) <= IY

POP HL(FBUF) <= HL

表示プログラム

HL <= ( 表示ｐの先頭番地)PUSH HL

RETN

表示バッファFBUF

0066H JP SST

表示プログラム

3FFCH 3FFBH 3FFAH 3FF9H 3FF8H 3FF7H 3FF6H 3FF5H

3FF4H 3FF3H 3FF2H 3FF1H

データ表示アドレス表示LED

セグメント表示バッファ（SEGBUF)

ディスプレイ表示データ (DESDA)

3FEFH 3FEEH 3FEDH 3FECH表示データ (FBUF)

BC <= 0004HDE <= DESDA (3FF1H)HL <= FBUF (3FECH)

LDIR

RET

LED－SEGP

SEG－DSP

DSP－DAP

DSP－DAP

SEG－DSP

HL<=DSEDADE<=SEGBUFBC<=SEGDATA

0 0Acc

YX(HL)Acc

RLD

0 0

YX(HL)

A<=00HRLD

BC<=BC+0X(DE)<=(BC)

A<=00HRLDBC<=BC+0Y(DE)<=(BC)

DEC DE

DEC DEDEC HL

終了

RET

セグメント表示

LED表示回路RESET B0

B7

RD

WR

CS

A0A1

D0

D7 A7

A0

C7

C3

C1C2

C4

C0

C5C6

AD AD AD AD DA DA DA DA

164

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7

TRDDS1DS2

1k 1kA1015

abcdefgh

LED－SEGPINPUT OUTPUT

RD T DS1 DS2 QA QB ------ QHL X X X L L LH L X X QA0 QB0 QH0H ↑ H H H QAn QGnH ↑ L X L QAn QGnH ↑ X L L QAn QGn

74LS164

8回

3FFCH 3FFBH 3FFAH 3FF9H 3FF8H 3FF7H 3FF6H 3FF5H

データ表示アドレス表示LED

セグメント表示バッファ（SEGBUF) LED－SEGP

１６４のクリア

HL <= 3FFCH

(PC) <= 20H(PC) <= 60H

(PB) <= (HL)

WAIT

(PC)<=30H

(PC)<=30H

(PC)<=30H(PC)<=70H

(PB)<=FFH(PC)<=70H

DEC HL

8回

RET

不使用

モニタ領域

未使用

0000H

0800H

2000H

4000H

1000H

1800H

2800H

3000H

3800H

07FFH

0FFFH

17FFH

1FFFH

27FFH

2FFFH

37FFH

3FFFH

未使用

未使用

作業領域

スタック領域

プログラム領域

作業領域

作業領域キーフラグ KEYF 3FFFHキースキャンアドレス KEYSADD 3FFEH 3FFDHセグメントバッファ SEGBUF 3FFCH ～ 3FF5Hディスプレデータ DESDA 3FF4H ～ 3FF1Hセグメントパス SEGP 3FF0H表示バッファ FBUF 3FEFH ～ 3FECHGOアドレス GO ADD 3FEBH ～ 3FE9HADD／DAフラグ AD/DAF 3FE8HINC／DECフラグ INC/DECF 3FE7HIX待避アドレス IX BUF 3FE6H 3FE5HIY待避アドレス IY BUF 3FE4H 3FE3H

スタックポインタ SPADD 3E00H

まとめ

１．ワンボードマイコンのハード設計

CPUのバッファ回路， メモリ選択（マルチプレクサ）

シングルステップ動作， リセット回路， パワーオンリセット動作

クロック発振回路， キー入力， 表示回路の制御

２．ワンボードマイコンのモニタプログラム設計

キー入力処理，キーコードの解読，セグメント変換，表示制御

NMI動作

３．割り込み処理によるモニタプログラムについて

他のプログラム実行中に割り込んで処理することが出来る．