Читачам нерідко доводиться стикатися з тим, що до їх зацікавила (або потребує ремонту) апаратурі, особливо закордонного виробництва, не додається ніяких технічних описів, принципових і навіть структурних схем. Це створює майже непереборні труднощі при ремонті, а тим більше повторення і вдосконалення таких пристроїв. Тим не менш вихід знайти можна. Як це зробити, розповімо у пропонованій статті на прикладі розширювача "Mega Key-2" для популярних 16-бітових ігрових видеоприставок "Sega Mega Drive" і "Sega Mega Drive-2". Автору вдалося не тільки розібратися в принципах його роботи, але і виготовити аналогічний пристрій з доступних деталей.
Любителі пограти на 16-бітних видеоприставках "Sega" знають, що деякі картриджі працюють тільки будучи підключеними через спеціальний пристрій - розширювач. До них відносяться, наприклад, ліцензійні серіали "Super Sonic", "Earth Worm Jim" та ін Все справа в тому, що і самі приставки "Sega", і картриджі для них в залежності від телевізійних стандартів, прийнятих у різних країнах, випускаються в декількох модифікаціях. Розширювачі "Mega Key" забезпечують їх сумісність.
Той, хто думає, що "Mega Key" означає "дуже великий ключ", швидше за все, помиляється. Більш правдоподібним переклад "ключ для "Mega". Зовні розширювач дуже схожий на звичайний ігровий картридж, але має два малогабаритних движковых перемикача і два 64-контактних роз'єми: вилку (її вставляють в гніздо "CARTRIDGE" приставки) і розетку для картриджа.
Перемикачами можна вибрати один з декількох телевізійних стандартів, відрізняються числом рядків розкладання зображення, значеннями частоти кадрової розгортки, способами кодування колірної інформації. Зазвичай на корпусі розширювача або в інструкції до нього є таблиця, подібна табл. 1, в якій перераховані країни або телевізійні стандарти і вказані відповідні положення перемикачів. Наприклад, графа "USA & BRAZIL" відноситься до стандарту, прийнятому в США і Бразилії (525 рядків, 60 Гц). "JAPAN" відповідає поширеним у нас азіатським моделям "Sega" (625 рядків, 50 Гц). Іноді зустрічаються картриджі, які працюють при установці перемикача в положення "PAL & FRENCH SECAM".
Таблиця 1
Стандарт Положення перемикача SA1 Положення перемикача SA2 USA&Brazil OFF ON Japan OFF OFF PAL&French SECAM ON ONВ даний час найбільш популярний розширювач"Mega Key-2", що працює як з приставкою "Sega Mega Drive", так і з її вдосконаленим варіантом "Sega Mega Drive-2". Розібратися в його устрої непросто, так як більша частина вузлів знаходиться всередині спеціалізованої безкорпусною мікросхеми. Фірми-виробники зі зрозумілих причин не поспішають розкривати секрети. Доводиться вважати розширювач "чорним ящиком".
Нагадаємо, що в кібернетиці так називається система, в якій зовнішнього спостерігачеві доступні лише вхідні і вихідні сигнали, а внутрішнє пристрій тим чи іншим причин невідомо [1]. Спробуємо зрозуміти структуру і принцип дії розширювача, використовуючи фізичний, логічний та тимчасової рівні аналізу. Описувана нижче методика може стати в нагоді при дослідженні самих різноманітних електронних пристроїв.
ФІЗИЧНИЙ РІВЕНЬ
Перш за все, необхідно було проаналізувати топологію (малюнок) друкованої плати розширювача, скласти його принципову схему, виміряти напруги, струми в різних ланцюгах. Виявилося, що кожен з 64 контактів вилки розширювача з'єднаний безпосередньо з відповідним контактом його розетки. Вставлений сюди картридж виявляється пов'язаним з приставкою точно так само, як і без розширювача. Паралельно з 29 64 контактів підключений логічний блок. Його принципова схема, складена у результаті вивчення друкованої плати, показана на рис. 1. Назви вхідних (A0-A22, WE2) і вихідних (D0, D6, D7) сигналів, а також ланцюгів живлення (+5 V, GND) відповідають прийнятим в приставках "Sega" [2].
Основою служить 28-вивідна безкорпусна мікросхема DD1, залитий компаундом. Нумерація її висновків на схемі умовна. Низький рівень на виході Q1 дозволяє роботу шинного формувача DD2. При цьому стан виходів, сполучених з розрядами D6 і D7 шини даних головного процесора відеоприставки, залежить від положення перемикачів SA1 і SA2. Високим рівнем на виході Q2 мікросхеми DD1 відкривається транзистор VT1, колектор якого з'єднаний з розрядом D0 шини даних. При необхідності мікросхема DD2 можна замінити на К555АП5, а транзистор VT1 - КТ3102Б.
Струм, споживаний розширювачем по ланцюзі +5 V в стані спокою, дорівнює 25...35 мА. З них на частку DD1 припадає не більше 0,3 мА. Це говорить про те, що вона, швидше за все, виготовлена за технологією КМОП.
ЛОГІЧНИЙ РІВЕНЬ
Наступний етап - розібравшись в логіці роботи розширювача, створити модель внутрішньої структури безкорпусною мікросхеми DD1.
Осцилограми сигналів, що спостерігаються під час роботи з реальними ігровими картриджами, показують, що на виході Q1 мікросхеми DD1 в момент включення харчування і при натисканні на кнопку "RESET" зазвичай з'являються поодинокі імпульси негативної полярності. На виході Q2 під час гри видно неперіодичні послідовності імпульсів позитивної полярності і великій шпаруватості.
Можна припустити, що DD1 - дешифратор з двома виходами, сигнал на кожному з яких свідчить про звернення процесора до деяких комірок пам'яті. Але щоб визначити адреси цих комірок, необхідно перебрати всі можливі сполучення вхідних (адресних) сигналів, аналізуючи при цьому стан виходів.
На 24 входах дешифратора можливі 224=16777216 комбінацій сигналів. Ясно, що перебрати їх вручну за прийнятний час неможливо, цю операцію необхідно автоматизувати. Час аналізу кожної комбінації має бути не занадто малим (можна пропустити відповідну реакцію), але і не занадто великим (доведеться довго чекати результату). На рис. 2 показана схема досить простого пристрою, дозволив провести весь цикл вимірювань за хвилину. Воно може стати в нагоді і для дослідження інших многовходовых цифрових вузлів.
Задаючий генератор (DD1) працює на частоті приблизно 500 кГц. Через логічні елементи мікросхеми DD2 з ним з'єднаний 24-розрядний двійковий лічильник (DD3-DD8), виходи якого необхідно підключити до відповідних входів розширювача. При появі сигналів низького рівня на виходах D0 або D6 останнього елемент DD2.1 блокує рахунок. Одночасно загоряється один з світлодіодів (HL1 або HL2), показуючи, в який саме ланцюга зафіксований відгук.
У цьому стані слід виміряти логічні рівні в ланцюгах А0-А22. Цей код і буде адресою клітинки простору пам'яті або введення/виводу процесора, при зверненні до якої "спрацьовує" дешифратор. Низький в цей момент рівень сигналу WE2 говорить про те, що дані, ймовірно, записуються, високий - що вони зчитуються. Після натискання на кнопку SB1 пошук триває. Тригер з елементів DD2.2 і DD2.3 усуває "брязкіт контактів кнопки.
Проведені експерименти показали, що розширювач реагує на вхідні сигнали у двох випадках: при читанні або запису даних за адресою 508000H і при читанні їх за адресою 600002H. У першому він змінює відповідно до положення вимикачів SA1 і SA2 стан розрядів D6 і D7 "справжньої" клітинки, що знаходиться в одній з мікросхем відеоприставки або картриджа. У другому - переводить в стан логічного 0 розряд D0. Потрібно сказати, що робиться це "незаконним" чином: сигнали порівняно малопотужних буферів шини даних приставки придушуються потужними сигналами розширювача, в якому за чотири елемента шинного формувача з'єднані паралельно.
Очевидно, від коду за адресою 508000H залежить вибір ігровою програмою драйвера того чи іншого телевізійного стандарту. Якщо положення перемикачів розширювача не відповідає необхідному, програма зупиняється, вивівши на екран напис, подібну "Developed for use with NTSC Mega Drive systems only" ("Розроблено для використання в системах "Mega Drive" стандарту NTSC").
Еквівалентна схема безкорпусною мікросхеми DD1, отримана в результаті аналізу розширювача на логічному рівні, показана на рис. 3. Вона складається з двох многовходовых елементів: DD1.1 ("І-НЕ", адреса 508000H) і DD1.2 ("І", адреса 600002H).
ЧАСОВИЙ РІВЕНЬ
Залишилося визначити допустиму величину затримки сигналів в розширнику, штучно збільшуючи її до появи збоїв. Це можна зробити, наприклад, включивши кілька послідовно з'єднаних інверторів розрив проводу, з'єднує вихід Q1 дешифратора DD1 (рис. 1) з входом E2 шинного формувача DD2. Щоб зберегти полярність сигналу, число інверторів має бути парним.
Експеримент показав, що розширювач стійко працює навіть з 12 елементами мікросхеми К561ЛН2, включеними послідовно, що відповідає затримки сигналу на 0,5...0,7 мкс. Можна вважати його некритичним до швидкодії застосовуються активних елементів.
САМОРОБНИЙ РОЗШИРЮВАЧ
Отже, розібравшись у пристрої і принцип дії "Mega Key-2", можна розробити його аналог на мікросхемах широкого застосування. Одна з можливих схем саморобного розширювача показана на рис. 4. Функції дешифратора "фірмового" розширювача в ньому виконує логічний вузол на мікросхемах DD1-DD5. Він же при необхідності може бути використаний для заміни відмовила безкорпусною мікросхеми. У цьому випадку до висновку 8 DD5 слід підключити входи 10 і 11 вільного елемента мікросхеми DD4, а сигнал Q1 зняти з його виходу 8.
Підключення до лінії D0 чотирьох з'єднаних паралельно елементів однієї з половин шинного формувача DD6 дозволяє "заощадити" транзистор. Для ліній D6 і D7 виявилося достатнім з'єднати по два елементи іншої половини.
Вимикача SA1 і SA2 як і раніше задають телевізійний стандарт. Але в описуваному пристрої вони підключені інакше, ніж у "фірмовому", і станом "ON" (табл. 1) тепер відповідає розімкнутий, а "OFF" - замкнутий вимикач. При замиканні контактів вимикача SA3 виходи шинного формувача переходять в высокоимпедансное стан і розширювач не впливає на роботу відеоприставки.
Всі деталі пристрою змонтовані на друкованій платі з фольгованого склотекстоліти розмірами 75x55 мм (рис. 5). Вона розрахована на установку резисторів МЛТ-0,125, конденсатора КМ-5б, малогабаритних движковых перемикачів ПД9-2 або ПД53-1.
Для заміни мікросхем DD1-DD6 придатні їх функціональні аналоги з серій К155, К555, КР1531, КР1533 та інших структури ТТЛ. Як DD6 можна застосувати мікросхеми не тільки АП5, але і АП3 різних серій. Так як останні інвертують передаються сигнали, їх висновки 11, 13, 15 і 17 необхідно з'єднати не з загальним проводом, а з позитивним полюсом джерела живлення. Замкнуті контакти вимикачів SA1 і SA2 після такої заміни будуть відповідати станом на "ON" , а розімкнені - "OFF".
Так як розширювач підключається паралельно ланцюгах приставки, а у вимкненому стані не впливає на її роботу, складного перехідного пристрою, зразок "Mega Key-2", робити не потрібно. Друковану плату рекомендується розмістити всередині відеоприставки (наприклад, поблизу розетки "SYSTEM"),закріпивши її таким чином, щоб через відкриту бічну кришку можна було керувати вимикача SA1-SA3. Контактні майданчики вхідних і вихідних ланцюгів розширювача необхідно з'єднати згідно з табл. 2 з контактами будь-якого з роз'ємів "SYSTEM" або "CARTRIDGE" або безпосередньо з висновками мікропроцесора MC68000.
Таблиця 2
Ланцюг Контакт роз'єму System Контакт роз'єму Cartridge Висновок MC68000 A0 A3(6) A17(34) 29 A1 A4(8) A15(30) 30 A2 A5(10) A13(26) 31 A3 A6(12) A11(22) 32 A4 A7(14) A9(18) 33 A5 A8(16) A7(14) 34 A6 A9(18) A5(10) 35 A7 A10(20) A3(6) 36 A8 A11(22) B4(7) 37 A9 A13(26) B5(9) 38 A10 A14(28) A4(8) 39 A11 A15(30) A6(12) 40 A12 A16(32) A8(16) 41 A13 A17(34) A10(20) 42 A14 A18(36) A12(24) 43 A15 A19(38) A14(28) 44 A16 A20(40) A16(32) 45 A17 - B6(11) 46 A18 - B7(13) 47 A19 - B8(15) 48 A20 - B9(17) 50 A21 - B10(19) 51 A22 - B11(21) 52 WE A22(44) B29(57) - D0 B4(7) A20(40) 5 D6 B10(19) A22(44) 63 D7 B11(21) A19(38) 62 +5 V A26(52) A31(62) 53 GND A12(24) A32(64) 49Перед першим включенням ретельно огляньте монтаж, переконайтеся у відсутності замикань і обривів. Ніякої настройки не потрібно, достатньо вибрати положення вимикачів SA1, SA2 так, щоб запрацював картридж, відмовлявся робити це без розширювача. Нагадаємо, що для азіатських моделей "Sega" обидва вони, як правило, повинні бути встановлені в положення "OFF". На роботу "стандартних" картриджів вбудований розширювач не робить ніякого впливу.
Література
Автор: С. Рюмик, р. Чернігів, Україна