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SuperSimpleController(その9)回路図とパターン設計 [OriginalCPU]

 前回の記事で書いたようにマシン語の実装も概ねできて(今後I/O関連等のマシン語を追加予定)ハード的にも安定しているようなので回路図の整理とパターン設計を行いました。

 結果として13チップ構成となり 10cm x 10cm のプリント基板にかろうじて実装することができました^^
 外部とのインターフェースは実装できなかったのでI/Oインターフェースとしてアドレス、データ及び最小限の制御信号をコネクタ接続できるようにしています。
 この外部インターフェースのコネクタの信号配列は Simple8 というバス仕様に準拠しました(オリジナルCPUの名前を決めるためのグーグラビリティの確認時に見つけたw)

 今までの評価で多少の変更があったのでブロック図も更新しました。この図から構成チップと回路図の大枠が判るのではないかと思います。

Simple8Z概要ブロック図

★変更 2021/03/12 ブロック図の誤記を修正しました


 今回のオリジナルCPUは上述のように13チップ構成で、4itCPUでメジャーなTD4が14チップ構成なので64KBのメモリ空間を有する8bitCPUとしてはかなりシンプルな回路にできたのではないでしょうか?
★追記 2021/03/15
 上記のTD4のチップ数はネット上にあった制作例の写真からカウントしましたが「CPUの創りかた」の書籍の表紙には”IC10個のお手軽CPU”との記載がありました


 「開発環境について」の記事で書いたように動作確認時に外部からクロックとリセット信号を供給することで任意時点で動作停止できていたのでこの環境も継続して使えるようにジャンパーピンを追加しました。クロックは1MHz付近までは動くことを確認しましたが、上限は未確認です。またLEDの電流制限抵抗値等も今後見直す可能性があります(手配中のLEDがきたら実験予定)
 詳細は下記の回路図を参照してください。

Simple8Zの回路図


 パターン設計はかなり難航(特に縦方向の経路が殆どなくなった)しましたが、詰む寸前で最後のトラックを何とか通すことができました^^

 HC574周りは最小トラック幅(0.16mm:Elecrowでは0.15mmですがFusion PCBでは6milで切り上げ計算すると0.16mm)で配線しましたがviaの最小幅が0.6mm(ホール0.3mmで枠が0.15mmx2)なのでトラック間の隙間もある程度必要になり、top面とbottom面で縦横直行パターンにするより斜めにしてviaを少なくした方が効率がいい場合もあることが判りました。

 DesignSparkPCBでのSpaceingsのチェック設定は下表の値で通しています。



 尚、DCプラグのGND端子の中央部分で下記のエラーが最後まで取れませんでしたが、拡大表示して該当するようなパターンもなく、悪さしそうもないのでそのままにしていますw

Dangling Track from (538.40,542.08) to (538.54,542.29) on layer Top Copper


 完成したプリント基板のパターンが下図になります。
 緑色の部分はグランドです。未結線であることを示す細い線が残っていますが、グランドをベタパターンにする時点で接続されます(孤立した場合はviaを打ってつなげる)

完成したプリント基板のパターン(グランドベタ化前)


 グランドベタ化後のトップ面とボトム面が下図になります。

トップ面(グランドベタ化後)


ボトム面(グランドベタ化後)


 去年の暮れ頃にElecrowさんにPic24V20の基板を手配した際に貰った555ポイントがまだ有効だったのでElecrowさんに本日製造依頼しました。
 100ポイントで1ドル相当でポイント適用を555で入力したら1回に使えるポイント数は購入価格の40%までのようでポイントで-$1.96値引きされ、未使用分は残ポイントとして残りました。

Subtotal $4.90
Rewardpoints(Used 196)-$1.96
Shipping & Handling$13.90
Estimated Total$16.84


 また、今回は5枚製造依頼し、基板の厚さをちょっと薄めの1.2mmにしてみました(軽い方が輸送費が安くなるw)。
 輸送方法は安めのOCS/ANA Express(3-5 Business Days)にしています(因みにDHLでは$18.72)

 最後にElecrowさんに依頼する際に必要になる設計データファイルのリネームについてDesignSparkPCBの出力ファイル名との対応をメモしておきます。

No.DSPCB outputnew file name
1Simple8Z001 - Top Copper.gbrSimple8Z001.GTL
2Simple8Z001 - Top Silkscreen.gbrSimple8Z001.GTO
3Simple8Z001 - Top Copper (Resist).gbrSimple8Z001.GTS
4Simple8Z001 - Bottom Copper.gbrSimple8Z001.GBL
5Simple8Z001 - Bottom Silkscreen.gbrSimple8Z001.GBO
6Simple8Z001 - Bottom Copper (Resist).gbrSimple8Z001.GBS
7Simple8Z001 - Drill Data - [Through Hole].drlSimple8Z001.TXT
8Simple8Z001 - Outline.gbrSimple8Z001.GML



★追記 2021/04/17
 構成チップ一覧表を追記します。

構成チップ一覧




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