COSMAC Toy Computerは「トラ技別冊 つくるシリーズ7 手作りコンピュータ入門」（1981年5月初版）を参考にして、COSMAC CPUボードやプログラムローダーや実験回路をコンパクトな基板にまとめて製作したものです。
ROMは搭載されておらず、トグルスイッチでRAMにプログラムを書き込んで実行できます。
16進キーボードを使ったことはあるけど、トグルスイッチを使ってプログラムを動かしてみたいという方の願いを叶えようという思いで作られたシンプルなボードです。モニタプログラムなどの助けを借りずに、トグルスイッチでメモリを直接書き換えてプログラムを実行するといった一連の操作を体験できます。
最初に製作したCOSMAC TOYは1980年代の当時の環境に近づけるべく可能な限り書籍を忠実に再現することを第一に製作しましたので、やや入手が容易ではないパーツも含まれていました。
このため、実機を使ってCOSMACマイコンの基本的な動きとトグルスイッチによるブートストラップを容易に体験いただけるようにVersion 2として見直しを行いました。
さらに高度なプログラミングを行いたい場合は、モニタが搭載されたSBC1802やMemberShip Cardなどの利用をおすすめします。
- CPUボードとローダーボードを1枚の基板にまとめ、さらに製作を容易にしました。
- メモリを書き込み禁止にするトグルスイッチを追加することで、メモリ内容の読み出しや正しく手順を踏めばメモリの修正も行えるようになりました。
- 600milのS-RAMを使用できるようにしました。これにより600milの6264ALPやDIP変換基板に実装したフラットパッケージのS-RAMも使用できます。
- COSMAC CPUの全ピンにアクセスできるようにピンソケット用のパターンを併設しました。
- Q出力がLEDでモニタできるようになりました。基板単体でQ出力の確認ができます。
- COSMAC CPUとS-RAMを除きすべて秋月電子さんで購入できるパーツとしました。
- USB-C電源コネクタを追加しました。(Rev.0.3)
- 入力トグルスイッチと出力LEDにおいて上位4ビットと下位4ビットの間隔を少し空けました。(Rev.0.3)
- CPU: COSMAC CDP1802
- RAM: 256byte
- ROM: 無し
- CLOCK: 約400kHz
- I/O: バスLED, Q-LED, バス設定トグルスイッチ, モード設定トグルスイッチ
- 電源: 5V 標準DCジャック(センタープラス)、USB-C電源(Rev.0.3)
- メモリバックアップバッテリー: CR2032 3V
- サイズ: 95mmX72mm
- 重さ: 約89g（全パーツ実装時）
- 入手が容易なパーツを使い、回路を極力簡素化することで必要なパーツ数を減らしています。専用基板も表面実装パーツは使用せずに製作しやすくしています。
- トグルスイッチで直接メモリに書き込むため、ROMライタなどの開発ツールは不要です。
- COSMAC CPUの全ピンにアクセスできるようにピンソケットを併設しています。CPUバスやQ出力やEF1~4入力などのアクセスはここから行ってください。
- メモリは6264を使用していますが、実際に使えるのは256バイトだけです。これはトグルスイッチで正確に手入力できるのは256バイトが限界と思われるため、アドレスバスを簡略化したためです。
- S-RAMは簡易的なバッテリバックアップが行えます。SW11をSTBYにするとメモリをスタンバイ状態にし、バッテリーで内容が保持されます。
- 8つのLEDはバスの信号をラッチしてバスの状態を表示することができます。
- 右上の3つのトグルスイッチで、CPUの動作モードを設定したあとに、DMA INにつながっているプッシュスイッチを押すことで、トグルスイッチで設定した値をメモリに書き込むことができます。ROにすることでメモリに書き込まずメモリの状態を確認することもできます。
- トグルスイッチはバスの信号を直接0/1に設定します。通常はバスバッファを介しますが、シンプルな回路にするために省略しています。
- Q出力はLEDが接続されています。
- COSMAC CPUのクロックはCR発振なのでCRの値を変えることで周波数を調整できます。
- 本基板のサイズは秋月電子のB基板に合わせました。
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Quick start guideも合わせてご覧ください。
UP トグルスイッチを上側に倒します
DOWN トグルスイッチを下側に倒します
↓ トグルスイッチの状態をそのまま維持します。（変更しない）
ー トグルスイッチの状態は任意です。（上側でも下側でも良い）
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メモリ書き込み
Step SW9 SW10 SW12 操作内容 1 UP DOWN - CPUを初期状態(P, X, R(0)を0)にする(RESETモード) 2 ↓ ↓ UP メモリ書き込み許可 3 DOWN ↓ ↓ メモリロード状態にする(LOADモード) 4 トグルスイッチでメモリに書き込む値を設定→DMAINを押す（これを繰り返す） -
メモリ読み出し
Step SW9 SW10 SW12 操作内容 1 UP DOWN - CPUを初期状態にする(RESETモード) 2 ↓ ↓ DOWN メモリ書き込み禁止 3 DOWN ↓ ↓ メモリロード状態にする(LOADモード) 4 DMAINボタンを押すとメモリの内容が表示される（これを繰り返す） -
プログラム実行
Step SW9 SW10 SW12 操作内容 1 UP DOWN - CPUを初期状態にする(RESETモード) 2 ↓ ↓ UP メモリ書き込み許可(メモリに書き込む処理があるプログラムの場合) 3 ↓ UP ↓ プログラム実行状態にする(RUNモード) -
プログラム一時停止
Step SW9 SW10 SW12 操作内容 1 DOWN UP - プログラム実行を一時停止する(PAUSEモード) 2 UP ↓ - プログラム実行状態にする(RUNモード) -
メモリバックアップ状態〜通常状態への切替
Step SW9 SW10 SW12 SW11 操作内容 1 DOWN UP - RUN プログラムを一時停止する(PAUSEモード) 2 ↓ ↓ DOWN ↓ メモリ書き込み禁止 3 ↓ ↓ ↓ STBY RAMをスタンバイモードにする 4 ↓ ↓ ↓ ↓ 電源を切断 5 DOWN UP DOWN STBY PAUSEモード+メモリ書き込み禁止になっていることを確認 6 ↓ ↓ ↓ ↓ 電源を投入 7 ↓ ↓ ↓ RUN RAMをノーマルモードにする
※メモリバックアップを行わない場合はリチウム電池は抜いておいてください。電源が供給されない状態でSW11がRUNのままだと放電してしまいます。
- 回路図
- 部品表
- KiCadデータ
- ガーバーデータ
- 組み立て手順例
- 組み立て時の注意事項
- 部品表に記載されているLEDと異なるLEDを使用する場合は、RN3 2.2KΩの集合抵抗では眩しすぎる場合もありますので、丸ピンソケットを利用して集合抵抗を交換調整できるようにしておくことをお勧めします。
- COSMAC研究会に関連記事をまとめています。
- トランジスタ技術別冊 つくるシリーズ７ 手作りコンピュータ入門 CQ出版社, 1981
- KiCad 8 入門実習テキスト『KiCad Basics for 8.0』Kosaka.Lab.出版掛
- intersil CDP1802AC/3データシート
- SB-Assembler
- COSMAC ELF - RCA CDP1802 Computing
- Compute II Issue 3: The 1802 Instruction Set
- The 1802 Membership Card
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KiCADデータおよびガーバーデータはCC BY-SA 4.0 (Copyright (C) 2024 Kazuhiro Ouchi)です。
サンプルプログラムはMITライセンスです。