ＴＫ８０／ＢＳの

シンセシステムを復活／拡張したい〜

その４５

ＳＢＣ８０８０ボードを使った
ＴＫ８０ＢＳ互換機の作製

ＴＫ８０ＢＳの修理

２０１９年
１１月１６日
ＴＫ８０ＢＳ 互換機の続きです。最終的にはＵＳＢキーボードを接続する予定ですが、その前に、本物のＢＳのキーボードを使ってＦＰＧＡの８２５５の動作確認を行います。キーボードに載っているコントローラはｕＰＤ３６４ですが、ＷＥＢ上でデータシートを見つけることができませんでした。


キーボードのコネクタのピン配置を調べるために、分岐コネクタを作製しました。


アナログディスカバリのロジアナで分岐した信号を調べます。キーボードの出力する８ビットデータとＳＴＢ−信号（ストローブ）の位置が判りました。正論理のＳＴＢ信号も出ていました。モード１で出力されるＩＢＦ信号（ＡＣＫ）はコネクタには出力されていませんでした。また、本体から５Ｖ以外に１２Ｖと−５Ｖの電源も供給さ れています。右の波形はピン配置が判明した後で’４’の次に’５’を押したときです。正しいＡＳＣＩＩコードになりました。


マルツで購入したＤ−ＳＵＢの２５ピンコネクタと３．５ｍｍのプラグとジャックが来ました。Ｄ−ＳＵＢはＲＯＭライタのパラレルケーブル用です。


ＴＫ８０ＢＳ互換機用のＦＰＧＡボードを１００Ｔから３５Ｔに変更し、設定を変更してインプリし直しました。


ＢＳのキーボードは１２Ｖと−５Ｖも必要なようなので、電源は本家のＴＫ８０ＢＳから供給し、キーコードとＳＴＢ−信号をＦＰＧＡボードに接続するケーブルを作製しました。信号線のレベルを５Ｖから３．３Ｖに変換し、ＰＭＯＤコネクタに接続できるようにします。


分岐したキーコードとＳＴＢ−信号をＦＰＧＡボードに接続し、８２５５の動作確認を行いましたが、キーは入力できませんでした。原因はポートＣの５ビットに出るはずのキーが押されていると いうＩＢＦ（Ｉｎｐｕｔ　Ｂｕｆｆｅｒ　Ｆｕｌｌ）が出力されないためです。ポートＣの３ビットに出力されていました。


Ｖｉｖａｄｏのシミュレータで確認します。キー入力でポートＣが０Ｃになり、ポートＡのリードでポートＣが０８へ変化しているので、ＩＢＦは３ビット目に出ています。


１１月１７日
８２５５のＩＰのＶｅｒｉｌｏｇのソースコードを確認したところ、内部レジスタをポートＣに出力しているビット連結が上位下位で逆になっていて、間違えています（笑）。以前に動作確認のために埋め込んだデバッグコードも、そのまま間違えていました。


早速、ビット列を逆して修正しました。この８２５５のＩＰはＧｉｔＨｕｂにあったもので、動作を保障したものではないです。


修正後、モニタへキー入力ができるようになりました。ただ、３回に１回くらいの割合で一度に２文字入力されることもあり、調査が必要です。下はメモリダンプを実行したところです。


続いてＢＡＳＩＣの動作確認です。ＦＰＧＡボードのスライドスイッチをＬ−１側に設定にして、ＢＡＳＩＣを実行してみます。エンドアドレス入力のメッセージが長いのでＬ−１が動作していることが判ります。アドレスの６０００をＥ０００にマップするリマップ機能が正しく動作しています。


続いて、スライドスイッチをＬ−２側に設定して実行してみます。エンドアドレス入力のメッセージが短いのでＬ−２が動作していることが判ります。こちらも正常に動作しているようです。ただ、偶にＶＲＡＭに不正な書き込みが発生します。右の赤矢印の’Ａ’は不正書き込みです。こちらも調査が必要です。



１１月２０日
キー入力が２回入る件です。アパートで実機が無いので、机上での考察です。以前にも書きましたが、本物の８２５５とＩＰの８２５５ではＰＣ５のＩＢＦ（ＡＣＫ）が０に戻るタイミングが違いました。これによってキーが２回入るか確認するためタイミング図を作成しました。キー入力の判定はＣポートをポーリングして、５ビット目が１になることで行います。キーが押されていればループを抜け、ポートＡを読んでキーコードを取得します。ＩＢＦ（ＡＣＫ）はポートＡを読むことで０に戻りますが、本物の８２５５ではＲＤ−の立ち上がり、ＩＰの８２５５ではポートＡのアドレス確定です。これはＩＰの８２５５にはＲＤ−信号が接続されていないからでした。ポーリングのループを抜けた後はＩＢＦの状態は参照されないので、やはりＩＢＦが０に戻るタイミングは不具合とは無関係のようです。


以下はモニタの文字入力関数の逆アセンブルリストです。赤枠のｇｏｔｏ ＬＯＯＰの所がポーリング先頭へ戻っているところです。キーが押されてポーリングのループを抜けた後、キーコードの種別判定、ＶＲＡＭへ１文字出力、バッファへの書き込みを行っています。次のポーリングまでは、かなりのステップ数があり、キーを１回押したのに２回入るのは、２文字目のポーリング中にＰＣ５が１になっているからで、ケーブルや５Ｖ−＞３．３Ｖレベル変換回路などハードウェアの不具合かもしれません。



１１月２３日
ＴＫ８０ＢＳ互換機用のＵＳＢキーボードをアマゾンで購入しました。キー機構はメンブレンですが、キーストロークの長い物を選びました。また、ＦＰＧＡにＵＳＢホストを組込むのは時間が掛かりそうなので、念のためＰＳ／２付きを購入しました。


ＰＳ／２の延長ケーブルもいっしょに購入しました。


キー配列を比べてみます。ＢＳはＪＩＳキーなので、記号やカナキー（使わないですが）の位置も日本語キーボードと同じです。ただ、ファンクションなどが余分に付いています。


ケーブルが長すぎるので、一度分解して短くしました。


先週キーボードのコネクタピン配置で未調査だった、Ｂｒｅａｋキーの信号を調べ始めると、ＢＳの調子が悪くなりました。簡易ＩＣＥでモニタＲＯＭ領域を調べると、モニタＲＯＭの内容が正しくないです。早速、ＲＯＭを取り出してＲＯＭライタで読み込みます。マスクＲＯＭの型番はｕＰＤ２３３２Ｃですが、アダプタで２７３２に変換して読み込みます。


左が取り出したモニタＲＯＭの先頭で、右が予備のＲＯＭのダンプです。明らかに左側はアドレスが異常です。


１１月２４日
モニタＲＯＭは予備に交換して復帰しましたが、だいぶ前に直ったはずの上位１２ＫバイトのＲＡＭエリアは全てＦＦが読めます。一度分解して、再度組み立てましたが、直りませんでした。また、Ｂｒｅａｋキーも効かず、モニタが割り込みモードに入れません。



１１月３０日
友人Ｓ、元同僚Ｙさんとアナログシンセビルダーズサミットに参加してきました。


ＦＰＧＡシンセを出展しました。移動中の故障や忘れ物も無く、ちゃんと動いて良かったです。ここに前回も含めて出展資料のページを作りました。


他の出展を紹介します。完成度の高いアナログポリフォニックシンセ。ロータリエンコーダが６個に７セグ表示もあって、ＦＰＧＡシンセと似ています。


Ｓ端子ケーブルでパッチをするユーロラックシンセ。


特殊な操作形状の電子楽器ウダー。


ローランドのＣＮＣルータを使ったＶＣＦの切削基板の展示。


１２月１日
土曜の夜はアナログシンセビルダーズサミットの機材をガレージに運びました。ＴＫ８０ＢＳ互換機の続きです。本家ＢＳのキーボードが壊れても良いようにＢＳキー ボード互換を作る予定です。キー入力のヒストリ機能なども実装したいと思います。これを作製すれば本家ＢＳにも互換機にも使えます。とりあえずＰＳ／２で接続します。だいぶ前に購入してあったＰＳｏＣ５ＬＰでＰＳ／２をＡＳＣＩＩコードに変換するＷＥＢページがありました。クリックするとサイトに飛びます。


キーボードのＵＳＢコネクタにＰＳ／２変換を付けて、アナログディスカバリで信号を測定します。


データ、クロックとも４．７Ｋでプルアップすると、キーボード側から送信が始まります。ＰＳ／２キーはキーボード側がクロックを出力します。下はキーを離したときのＦ０コードです。上からクロック、データです。クロック周波数は約１３．４ＫＨｚです。


前回のキーが２回入ってしまう不具合です。本家ＢＳのキーボードを繋いで再確認します。データの８ビットは５Ｖ＜−＞３．３Ｖ変換ボードで電圧変換していますが、ＳＴＢ−信号は抵抗で分圧しているのが不具合の原因のようです。次回、もう少しちゃんとした電圧変換で確認してみます。


アナログシンセビルダーズサミットから戻ったＦＰＧＡシンセの動作確認を行いました。問題なく動作しています。



１２月４日
上記のＰＳｏＣ５ＬＰを使ったＰＳ／２−＞ＡＳＣＩＩ変換は英語キー用なので、日本語キーのキーコードを表にしました。クリックするとオープンオフィスＣＡＬＣのｏｂｓファイルをダウンロードします。



１２月７日
上記のＰＳｏＣ５ＬＰを使ったＰＳ／２−＞ＡＳＣＩＩ変換のキーテーブルを日本語キーに変更しました。


ＵＡＲＴ出力をＴｅｒａＴｅｒｍに接続して動作確認を行います。


先頭で”ＴＥＳＴ”を出力し、後の文字はキーボードからの入力です。一通り、キー入力ができることを確認しました。


ＴｅｒａＴｅｒｍのバイナリログです。”ＴＥＳＴ”の後にＦＦが１回出ていますが、それ以外は正常動作しているようです。


本家ＴＫ８０ＢＳの上位１２Ｋメモリの不良解析と新作のために通販でユニバーサル基板とコネクタを購入しました。


ＵＳＢ−ＭＩＤＩパラレル変換と同じ大きさのグレー色のケースも購入しました。ＵＳＢ−ＭＩＤＩパラレル変換のベロシティのパッチ用です。フロントパネルをつや消し黒で塗装して、レーザでレタリングする予定です。


ＰＳｏＣは普通のコントローラと違い、初めからＧＰＩＯが用意されているわけではありません。ここの”PSoCを始めましょう(Lチカまで)”を参考にして、勉強します。ＧＰＩＯを使う場合の基本的な流れは、デザイナ上でＧＰＩＯを使った回路図を作り、ピンアサインを行った後、”Ｇｅｎｅｒａｔｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”を行なって、ＧＰＩＯのＡＰＩを含んだソースを生成させるという手順です。以下はＬＥＤと名前の付いた１ビットのＧＰＩＯの出力関数”ＬＥＤ＿Ｗｒｉｔｅ”です。


以下は”ＬＥＤ＿Ｗｒｉｔｅ”を呼んでいる部分のコードです。ちょっと慣れないと難しいです。


上記のページを参考に、ＰＳ／２−＞ＡＳＣＩＩ変換のＵＡＲＴ出力の部分を８ビットパラレルとＳＴＢ−信号に変更します。動作確認のため、アナログディスカバリのロジアナを接続します。


キーを押したことをキーコードの１バイトで、離したことをＦ０＋キーコードの２バイトで検出する普通のアルファベット、記号と数字は問題なく動作しているようです。以下はスペースの後にＥｎｔｅｒを押したところです。現状のコードのままでは矢印キーなど上の条件に合わないキーは正常動作しません。少なくとも無効なキーは無視される必要があります。


ＳＴＢ−信号のレベル変換を抵抗分圧から、ロジックに変更しました。会社の机の中にＳＮ７４ＬＶ１Ｔ１２５が余っていたので、これを使いました。ＳＣ７０パッケージなので小さく、配線が難しいです。ＬＶデバイスは３．３Ｖ電源で５Ｖトレラント入力です。データシートはここにあります。


１２月８日
上記のＰＳ／２キーをパラレルに変換したキーボードを互換機に接続して動作確認します。途中でキーが入らなくなります。ＰＳｏＣ側のプログラムの不具合のようです。アパートに持ち帰って確認します。


ユニバーサル基板に６２２５６のＲＡＭを載せて上位１２Ｋバイトメモリを新作します。とりあえず６２２５６用のソケットを実装したところです。他にアドレスデコーダも必要です。本家ＴＫ８０ＢＳは分解が面倒なので、互換機にコネクタを接続してテストします。



１２月１２日
アパートにキーボードとＰＳｏＣ一式を持ってきました。途中でキーが入らなくなる件をデバッグします。単にコードが間違えていました（笑）。


ＢＳのキーは大文字しか無いので、小文字が入力された時は大文字になるように変換し、追加でキーリピートに対応させました。


ＰＣのキーボードはキーを押し続けたとき、キーリピートまでの時間が５００ｍＳｅｃ、キーリピートの間隔１００ｍＳｅｃがデフォルトです。ＳＴＢ−信号の幅をキーリピート間隔の１／４の２５ｍＳｅｃにしました。以下は’Ａ’を押し続けて、リピート状態になっているパラレルデータとＳＴＢ−信号の波形です。



１２月１７日
アパートでリピートに対応させたＰＳｏＣのキーボードをＴＫ８０ＢＳ互換機に接続して動作確認しました。単体では連続動作させても問題ないですが、ＦＥＴを使った５Ｖ−＞３．３Ｖレベル変換をキーコード出力ポートに接続するだけで、ＰＳ／２のシリアル入力の部分が誤動作することが分かりました。互換機側に接続しなくても、現象が起こり、原因は不明です。この週はトライトンの整備と移動で作業を中断しました。



１２月２１日
ＴＫ８０ＢＳ互換機用キーボードの部品を秋月から購入しました。３．３Ｖの３端子レギュレータ、５Ｖ−＞３．３Ｖレベル変換の部品とＰＳｏＣ５ＬＰの評価ボードです。


プラスチックケースも購入しておきます。


ＰＳｏＣはＶＤＤＩＯがグループ分けされているので、ＢＳに接続するデータ線とＳＴＢ−信号のＩＯ電源を３端子レギュレータを使って３．３Ｖにして５Ｖ−＞３．３Ｖレベル変換基板を使わないようにしました。各ＶＤＤＩＯはパターン接続されているので、ＶＤＤＩＯ２のパターンをカットして３．３Ｖに接続します。単体では連続キー入力しても問題ないと思ったのですが違っていたようで、長時間連続してキー入力を行うと、ＳＰＩスレーブのステータスレジスタがエンプティのままになって、ＰＳ／２キーボードからのデータが受信できなくなるようです。継続して調査します。


１２月２２日
次はＦＰＧＡ内のキー入力用８２５５のＩＰが１０回に１回くらい無反応になる件です。下は正常動作している時のＳＴＢ−信号とＩＢＦ（ＡＣＫ）信号です。ＰＳｏＣがＰＳ／２キーボードからキーコードを受信し、ＳＴＢ−信号を２５ｍＳｅｃ出力し、ポートＣの５ビットにＩＢＦ（ＡＣＫ）が細いパルスが出力されます。ＩＢＦが１になるのは８２５５のロジックでＳＴＢ−の立下り検出です。ＩＢＦが０戻るのはＣＰＵがＩＢＦをポーリング後、キーコードのポートＡのデータを読んだときです。


正常動作している時のポートＣの５ビットにＩＢＦ（ＡＣＫ）拡大波形です。無反応のときは赤枠のＩＢＦが出力されないことが分かりました。ＣＰＵはＩＢＦをポーリングしてキー入力を判断しているので、このＩＢＦが出力されないと、当然無反応になります。８２５５のＩＰ内に不具合があるようです。


次はＦＰＧＡ内のＶＲＡＭに不正書き込みが起きる件です。下はＢＳのモニタを起動し、メッセージが出力された後、ＭＭコマンドでメッセージをＶＲＡＭの下から２行目の７ＦＣ０番地にムーブした時の７秒ほどのｍｐｇ動画です。ＦＰＧＡボード上のスイッチを使ってＭＭコマンドとほぼ同時にＣＰＵ側のアクセスを禁止しているので、ＦＰＧＡ内で不正な書き込みが勝手に起っていると思われます。ＦＰＧＡのブロックメモリを使ったデユアルポートＲＡＭなので、ビデオ読み出し側にもライトイネーブル端子があります。これはディゼーブルにして読み出し専用に設定してあります。不思議です。


ＭＭコマンド後、長時間放置したＶＲＡＭの表示です。不正な書き込みが増えていきますが、ＶＲＡＭの下側に限られているようです。継続して調査します。










back