Hardware

Bevor etwas näher auf die Modul-Hardware eingegangen wird, nachfolgend erst einmal ein Foto von der Bestückungsseite des fertig aufgebauten Prototypen. Wie man auf dem Bild bereits erkennen kann, wird fast die gesamte Fläche der Modulleiterplatte von bestückten Bauteilen eingenommen.

Hier hat sich Enrico Grämer wieder einmal selbst übertroffen und ganze Arbeit leisten müssen. Wie er selbst sagt, weist das M052 die höchste Packungsdichte auf, welche er bisher layoutet hat. Mit 0,15 mm Leiterbahnbreite und Abstand, DK's von 0,3/0,6 mm innen/aussen und bis zu 4 Leiterbahnen zwischen zwei Pins hindurch war das diesmal im Grenzbereich. Letztendlich hat er aber alle Wünsche der Entwickler umgesetzt, so dass mit dem M052 ein KC-Modul mit einer bisher nie erreichten Funktionalität zur Verfügung steht.

Zum KC-Treffen 2009 wurde von Enrico Grämer und Frank Dachselt der letzte offene Punkt, Schutz der internen 5V gegen Kurzschluss und Überstrom durch externe Geräte an USB bzw. PS2, geklärt. Daher wird es noch eine kleine Änderung im Bereich der beiden USB-Buchsen geben aber im Wesentlichen entspricht das Foto einem fertig aufgebauten M052.

Die beiden "weissen Flecken" oben links und in der Mitte werden durch den Bausatz nicht mit abgedeckt. Das sind die ISP-Schnittstelle für den eingesetzten AVR-Controller (wird vorprogrammiert ausgeliefert) und die serielle Schnittstelle für das Diagnose-Terminal der Controller-Firmware, welche man für die reine Nutzung des Moduls nicht benötigt. Wer diese beiden Sachen benutzen möchte, muss sich die Bauteile selbst besorgen und nachbestücken.

Die gesamte linke Hälfte der Platine wird durch die Bauteile für den Netzwerkanschluss belegt. In der ersten Reihe von oben befinden sich der Reset-IC für den ATmega, zwei Gatterschaltkreise und die Z80-PIO, welche die Schaltung des KCNET-Interface an den Bus des KC85 anschliesst. Darunter befinden sich der AVR-Controller ATmega 162 mit Taktgenerator und das Adresslatch 74HCT573 (nicht sichtbar, unter dem AVR). Danach kommt das WIZnet-Netzwerkmodul WIZ810MJ. Die RJ45-Buchse, welche normalerweise auf dem Modul sitzt, muss auf die Modulplatine wandern. Das ist leider notwendig, da die Bauhöhe eines KC85-Modules für die Montage des WIZ810MJ mit Netzwerkbuchse nicht ausreicht.

Die obere Hälfte des mittleren Bereiches der Platine nehmen 6 DIL-Schaltkreise ein. Dort befinden sich 2 GAL's, ein 74HCT574, ein 74HCT74 und 2 Gatterschaltkreise, welche die Modulsteuerung und Modullogik des KC85-Modules umsetzen und u.a. für die parallele Ansteuerung des VNC1L durch die Z80-PIO benötigt werden.

Oben rechts befindet sich der 32 kB EEPROM 28C256 für die Modulsoftware und etwas höher ein ganz wichtiges Teil - der Jumper J3. Mit dem gibt man "zu Fuss" das Schreibsignal für den EEPROM frei - erst dann kann der KC mit Hilfe eines kleinen Dienstprogrammes Software in den EEPROM schreiben. Das dafür vorgesehene Schreibschutzbit im Steuerbyte eines Modules ist einfach nicht sicher genug. Schliesslich stürzt auch ein KC85 mal ab und könnte dann unbeabsichtigt den Inhalt des EEPROM's zerstören.

Unter dem EEPROM befindet sich die USB-PIO, welche direkt mit dem Vinculum VNC1L USB Host-Controller parallel kommuniziert. Dafür werden lediglich noch 4 weitere Logikgatter benötigt, welche die Handshake-Signale von PIO und VNC1L so beeinflussen, dass sich beide Seiten verstehen, leider passen dort VNC1L und Z80-PIO nicht direkt zusammen.

Die lange grüne Platine ist das verwendete USB-Modul VDIP2 mit dem VNC1L, auch dort müssen die Buchsen wegen der Bauhöhe entfernt werden. Das Modul besitzt neben der USB-Hardware auch noch ein kleines 200 mA Netzteil für 3,3V, welches im M052 die Spannungsversorgung für den WIZnet-Chip des Netzwerkmodules übernimmt. Das passte sehr gut in unser Konzept, da dadurch eine ganze Menge Platz im Layout eingespart werden konnte.

Die 3 gelben PTC's (selbst rückstellende Polymer-Sicherungen) entfallen im endgültigen Modul und werden durch einen richtigen elektronischen Überstromschutz ersetzt, welcher mit Hilfe eines Strombegrenzer-Schaltkreises einen sehr schnellen und genau dimensionierbaren Schutz des KC-Netzteiles gewährleistet.

Ganz unten befinden sich schliesslich alle Anzeigen und Anschlüsse, welche an der Frontplatte des M052 sichtbar sind, siehe folgendes Foto.

Ganz links sieht man die übliche AKTIV-LED des Modules. Beim M052 kommt dort eine LED mit 3 Farben zum Einsatz, welche getrennt über den Schaltzustand des Speichers (grün) sowie den Zustand der I/O-Schaltungbestandteile (rot) informiert. Wenn beide Bestandteile des Moduls aktiv sind, leuchtet diese LED gelb.

Daneben befindet sich der Netzwerkanschluss für das Ethernet-Netzwerk. In der RJ45-Buchse befinden sich ebenfalls 2 LED's. Die grüne zeigt den LINK-Status an. Wenn sie leuchtet, ist die physische Verbindung zum Netzwerk in Ordnung. Wenn sie nach dem Anstecken des Netzwerk-Kabels nicht leuchtet, besteht ein Problem mit dem Kabel, Stecker oder der Gegenseite und das Netzwerk wird dann auch nicht funktionieren! Die gelbe LED hat nur Informationscharakter, sobald Daten gesendet oder empfangen werden, wird sie aktiv.

Die kleine Klinkenbuchse mit dem schwarzen Gehäuse ist nur bei den beiden Prototypen für Testzwecke vorhanden, bitte nicht weiter beachten.

Dann kommt ein PS2-Anschluss in Form einer sechspoligen Mini DIN Buchse - wozu das, wird man sich jetzt fragen. Im Bausatz wird das auf jeden Fall mit enthalten sein, da sich der Hardwareaufwand auf genau 9 Bauteile beschränkt. Eine Funktion hat dieser Anschluss im Moment noch nicht, man muss ihn also auch nicht unbedingt bestücken. Der Grund liegt in einer angekündigten Funktion der Firmware des Vinculum-Controllers. Irgendwann soll mit Hilfe dieser Software ein unkomplizierter Betrieb von Mäusen und/oder Tastaturen per PS2-Anschluss möglich werden.

Dort sind wir aber vom Zeitpunkt der Implementierung dieser Funktionen durch die Firma FTDI abhängig. Solange es keine Befehle in der Firmware gibt, um auf Geräte an der PS2-Schnittstelle zugreifen zu können, sind dem Z80 und seiner Software auf der anderen Seite des Chips die Hände gebunden.

Rechts befinden sich die beiden USB-Anschlüsse, welche durch den Vinculum-Controller bereitgestellt werden. Zu jedem Anschluss gehört eine Zustands-LED. Die jeweilige LED muss nach dem Einschalten des KC85 Systems immer grün leuchten, ansonsten gibt es ein Problem mit der Betriebsspannung am USB-Anschluss.

Wenn sie beispielsweise nach dem Anstecken von USB-Geräten ausgeht, sollte man das Gerät sofort wieder entfernen, da mit hoher Wahrscheinlichkeit entweder ein Gerätedefekt vorliegt oder die zulässige Stromaufnahme für die USB+PS2-Geräte von ca. 500 mA überschritten wird.

Wenn die LED gelb leuchtet, sind Aktivitäten auf dem USB-Bus vorhanden. Dieser Zustand sollte nach dem Anstecken und Erkennen von USB-Geräten durch den Vinculum und beim Gebrauch entsprechender KC85 Programme zu sehen sein, wenn auf die USB-Geräte zugegriffen wird.