Neuentwicklung des M066 - Ein Klangmodul für den KC85/5

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In der Zeit des Jahreswechsels 2016/2017 nahm völlig unerwartet Ralf Däubner mit dem Autor Kontakt auf und schickte einige Unterlagen zu einem unbekannten Modul eines bis dahin unbekannten Rechners, mit der Frage, ob eine Umsetzungsmöglichkeit besteht.
Zunächst war gar nicht klar, um was es sich bei dem Modul handelt. Es stellte sich heraus, daß es ein K1520-Bus-basiertes Soundmodul für den NDR-Kleincomputer (NKC) ist.
Die Verblüffung war schon recht groß, daß Ralf Däubner den Autor anschrieb. Zunächst wurde das Ganze mehr oder weniger ignoriert. Nach einigen Wochen wurden die Unterlagen dann noch einmal genauer gesichtet und es entwickelte sich Interesse daran, ein solches Klangmodul auch für den KC85/5 zu entwickeln. Warum nur für den KC85/5 wird im Verlauf deutlich.
Nun begann so langsam Mitte Februar/2017 die Entwicklung und das auch nur, weil der Autor für sich entschied, daß dieses Modul eine ideale Ergänzung zum M041 sein könnte, um die kleine Diashow, die damit Wirklichkeit wurde, mit einer Hintergrundmusik zu untermalen.

Und so soll es sich einmal (natürlich idealisiert) anhören.

Nach erneuter Kontaktaufnahme mit Mario Leubner wurde nach langen Verständnisproblemen die generelle Funktionsweise der Modulsteuerung der KC85-Module verstanden. Dem Autor war lange nicht klar, wie diese funktioniert und welchen Sinn und Zweck die einzelnen Adressen in dem Zusammenhang haben. Da es sich um ein E/A-Modul handelt, weicht die Modulsteuerung von der eines Speichermoduls (zum Beispiel das M041) ab.
Die Entwicklung und Implementierung der Steuerung wurde dann selbständig vorgenommen.
Die Funktionsschaltung, d.h. der Schaltungsteil, welcher den Zweck des Moduls ausmacht, wurde zunächst ohne technische Änderungen vom NKC-Soundmodul übernommen.

Durch einen glücklichen Zufall konnte Sven Haubold für die Schaltplanreviews gewonnen werden. Das wurde im Laufe der Revisionen sogar dahingehend erweitert, daß Sven Haubold die Schaltung mit einem Simulationsprogramm nachvollzog und dadurch feststellte, daß die Schaltung funktionsfähig entsprechend den Anforderungen und Vorgaben ist. Dafür gebührt ihm ein großer Dank.
Nachdem eine der ersten Schaltplanrevisionen veröffentlicht wurde, kam Mario Leubner freiwillig dazu und half danach tatkräftig bei der Entwicklung. Das Gleiche trifft auf Rolf Weidlich zu, welcher nur kurze Zeit später als Letzter zu dem Projekt hinzukam. Er war von der Idee des Moduls derart fasziniert, daß er begann, sich in die Problematik der Softwareprogrammierung für das Modul einzuarbeiten.

Auf Vorschlag der "K1520 und KC87"-Gemeinde wurde eine Art Standardausstattung und
-konfiguration der Klangmodule für die verschiedenen Rechner beschlossen. Dazu zählt die Ausstattung mit einem 2-MHz-Quarzosszillator, der wahlweisen Möglichkeit, diese Frequenz oder die Systemfrequenz zu verwenden, die Verwendung eines internen Piezo-Lautsprechers, welcher beim Anschluß externer Lautsprecher über die Klinkenbuchse abgeschaltet wird, die Herausführung der PIO-Ports des verwendeten Sound-IC (AY-3-3910) und die Verwendung der E/A-Basis 38h.

Im Laufe des Projekts wurden von den Beteiligten Verbesserungsvorschläge der funktionalen Schaltung entwickelt.
Für den Piezo-Lautsprecher wurde eine Spannungsverstärkung über einen OPV eingesetzt. Der noch freie zweite Teil des OPV fand eine Verwendung für die Ansteuerung einer LED, welche bei der Tonausgabe "im Takt blinkt". Eine kleine Spielerei eben.
Da Mario Leubner beabsichtigt, den SOUND-Befehl des KC85-Basics dahingehend zu erweitern, daß dieser das M066 direkt unterstützt, wurde eine spezielle Kennungsabfrage implementiert, die mit "IN" abgerufen werden kann. Dafür fanden die E/A-Adressen 3A/3B Verwendung. Die Kennung selbst ist das Strukturbyte. Diese direkte Unterstützung des Moduls ist dann nur auf KC85/5-Computern gegeben.
Die wohl größte Neuerung ist der Einsatz eines CTC (Counter-/Timer-Schaltkreis) für das M066. Aufgrund des Hinweises, daß bei der Anwendung eines Spieles eine eventuell vorhandene Hintergrundmusik quasi-parallel zum eigentlichen Spiel ertönen muß, wurde der CTC implementiert. Nur ein CTC ermöglicht das interruptgesteuerte Abspielen einer Musik. Eine Zeitschleife blockiert für die Dauer des Durchlaufs alle anderen Programmteile.

Mittlerweile, Mitte Mai 2017, hat sich Rolf Weidlich in die Problematik der Programmierung des Sound-IC soweit eingearbeitet, daß er eine erste Version einer Demonstrationssoftware für den KC85 zur Verfügung stellen konnte. Aus der Sicht des Autors stellt dies eine bemerkenswerte Leistung dar, für die Rolf Weidlich gedankt wird.
Die Software wird eine große Hilfe bei der Inbetriebnahme und Einstellung des Prototyps sein.
Im Laufe der Projektzeit sind 14 Schaltplan- und Layout-Revisionen entstanden. Mit der Revision 14 wird nun der Prototyp in die Fertigung gegeben. Wenn alles nach den Vorstellungen der Beteiligten läuft, ist Mitte Juni 2017 ein erstes funktionsfähiges Klangmodul M066 in Betrieb. Die technische Dokumentation zum M066 befindet sich im Download-Bereich.

Ende Juni 2017 hat der Autor den Prototyp komplett bestückt und in Betrieb genommen. Wie zu erwarten war, funktioniert das Modul nicht fehlerfrei. Die Grundfunktion ist gegeben, aber folgende Schwachpunkte treten zutage.

  • Der interne Piezo-Lautsprecher ist kaum zu hören. Rolf Weidlich hat sich der Thematik angenommen und nach erneutem Studium des Datenblattes festgestellt, daß dieser Lautsprecher schlicht ungeeignet ist. Er wird nun einen Testaufbau mit einem Mikro-Lautsprecher untersuchen.
  • Die als "Spielerei" vorgesehene blaue LED leuchtet nicht. Offenbar ist der Verstärkungsfaktor durch den LM833 viel zu klein und wird nun deutlich erhöht. Zusätzlich werden verschiedene Messungen mit dem Oszilloskop durchgeführt.
  • Die Aktivboxen (Trust Modell Xilo 8W 2.0) geben kaum zu hörende Töne aus. Wird das M066 an eine Philips-Stereoanlage (Modell MCD712) angeschlossen, dann ist die Musik klar, laut und in sehr guter Qualität zu hören. Eine einfache Widerstandsmessung der Aktivboxen ergab einen Eingangswiderstand von ca. 52 kOhm. Auch hier werden Messungen mit dem Oszilloskop durchgeführt.
Die nach außen gelegten Ports des Soundgeneratorschaltkreises wurden noch keinem Test unterzogen.
Letztendlich ergaben die umfangreichen Messungen, hauptsächlich mit dem Oszilloskop, daß die gemessenen Spannungswerte im Rahmen des Korrekten liegen. Da der OPV mit den 12 V des KC versorgt wird, sind die Schwingungen normal, denn diese Spannung ist schon am KC mit einer Schwingung von rund 100 mVss vorhanden. Durch den Austausch des Piezo-Schallwandlers gegen einen "richtigen" Lautsprecher und den Wechsel des OPV (LM835) konnte die Schwingspannung auf rund 75 mVss reduziert werden. Dies ist durchaus akzeptabel.
Die blaue LED flackert nun sehr schön im Takt der Musik - wovon Sie sich in diesem kleinen Video überzeugen können - und die Aktivboxen sind schlichtweg ungeeignet, da sie für den Kopfhörerausgang von Notebooks konzipiert sind und demzufolge eine viel zu geringe Empfindlichkeit haben.
Dagegen sind Aktivboxen von Logitech (S-120 2.0) klar, deutlich und laut zu hören.

Die letzten Tests gelten nun den PSG-Ports und den CTC-Ausgängen. Danach muß das Layout der Platine überarbeitet werden, damit die beiden für gut befundenen internen Lautsprecher (Pollin 641148, Pollin 641041) verwendet werden können. Des weiteren ist das Handbuch fertigzustellen und die Software zu testen. Dies alles wird noch einige Zeit in Anspruch nehmen und vor Ende des Jahres 2017 wird es zu keiner Auslieferung der Platinen an die bereits zahlreich vorhandenen Interessenten kommen.
Die Tests der PSG-Ports - auf einem Bild ist ein LED-Binärzähler zu sehen - und der CTC-Ausgänge wurden erfolgreich absolviert. Nachdem der kleinste Lautsprecher von Pollin auf der Platine aufgebracht und diese in ein Gehäuse gelegt wurde, wurde beschlossen, diesen Lautsprecher zu verwenden. Er ist aufgrund des Resonanzkörpers, den das Gehäuse bildet, sehr deutlich zu hören. Damit wird auch der Aufwand zur Layoutänderung viel kleiner.

Das Handbuch ist mittlerweile vollständig zur Korrektur gelesen worden. Komplett fertiggestellt werden kann es erst, wenn die Serienplatine zur Verfügung steht. Dies nicht nur wegen der noch fehlenden Fotos, sondern auch wegen der vorzunehmenden Tests mit dieser.
Voraussetzung für die Fertigung ist die Überarbeitung des Platinenlayouts. Ursprünglich war vorgesehen, diese bis Ende August/2017 abzuschließen.
Zunächst werden jedoch die Interessenten gebeten, den entsprechenden Betrag zu bezahlen. Dazu gibt es einen Stichtag Ende September/2017. Erst danach werden die notwendigen Änderungen vorgenommen.
Maik Trompter hat einen ersten Entwurf einer Blende für das M066 vorgestellt. Wie immer, sieht dieser schon perfekt aus. Die Blende wird wohl erstmalig mit dem Logo des KC-Clubs versehen sein.

Der Druck des Handbuches ist zurückgestellt, jedoch nicht verworfen worden. Die Serienplatinen wurden Mitte Oktober/2017 geliefert und der Aufbau eines Serienmoduls ist mittlerweile abgeschlossen. Der Test zur Musikausgabe war erfolgreich; weitere Tests werden nicht vorgenommen.

Aufgrund einiger Ereignisse hat der Autor das Interesse an dem Modul fast vollständig verloren. Daher wird das Projekt als abgeschlossen betrachtet. Einzig einige schöne Bilder werden noch hinzugefügt.

Ende Februar 2018 wurde das Handbuch zum M066 in der Druckversion angefertigt. Bis zur endgültigen Fertigstellung der Druckvorlage war es ein schwieriger Weg, da immer wieder neue, kleine Fehler gefunden wurden. Letztendlich ist ein sehr schönes Handbuch entstanden und auf einem Foto kann es betrachtet werden.

Das Interesse an diesem schönen Modul ist knapp ein Jahr nach der letzten Änderung dieser Seite wieder erwacht. Nicht zuletzt dank der freundlichen Hilfe und Unterstützung von Rolf Weidlich hat der Autor seine Bilderschau von Fotos aus ganz Deutschland weiterentwickelt und das M066 in das Programm eingebunden (siehe dazu auch das Kapitel "Kein schöner Land"). Dabei kam der Gedanke auf, die Musik auch zu visualisieren.
Zwar besitzt das Klangmodul eine Duo-LED, welche blau-rot im Takt der Musik flackert, aber der PSG hat noch zwei 8-Bit-Ports, welche unabhängig von der Musik gesteuert werden können und diese nicht beeinflussen. Die Ausgänge der Ports sind in der Lage, Low-Current-LED zum Leuchten zu bringen, ohne überlastet zu werden.
Es sollte ein kleines, steckbares Modul hergestellt werden, welches an die 29-polige D-SUB-Buchse des M066 angeschlossen werden kann. Dazu wurde ein Gehäuse eines Gender-Changers verwendet und eine blaue Acrylglasblende mit 16 Bohrungen a 3 mm gefertigt. Die LED sind in diese Blende eingeklebt. Im Inneren des Gehäuses befindet sich eine kleine, selbstgebaute Platine, auf die 16 Vorwiderstände gelötet wurden. Die Platine ist mit dem D-SUB-Stecker fest verbunden. Die obere LED-Reihe (rot) visualisiert die Lautstärke des C-Kanals des PSG und damit den linken Teil des Stereosignals. Die untere Reihe (grün), zeigt den A-Kanal an.
Ein kleines Problem gab es jedoch: Wie sollte das LED-Modul mit Spannung versorgt werden? An der D-SUB-Buchse werden die PSG-Ports und GND nach außen geführt, aber nicht 5 Volt.
Rolf Weidlich hat dafür eine kleine Modifikation entwickelt, mit der ein GND-Pin der Buchse entfällt und dieser auf 5 Volt gelegt wird.
Die Stromaufnahme des kleinen Moduls beträgt rund 60 mA und überlastet damit keinesfalls das Netzteil des speisenden Geräts. Wer aber ganz sicher gehen möchte, legt in den Signalgang einen sogenannten "Polyswitch". Es handelt sich dabei um einen Kaltleiter, der den zu entnehmenden Strom begrenzt. Sinnvoll für das Klangmodul ist ein PFRA 010, mit dem sich maximal 100 mA aus dem M066 entnehmen lassen.
Auf den neuen Fotos können Sie das LED-Modul und den Schaltplanausschnitt zur 5-Volt-Modifikation betrachten. In einem kleinen Video wird diese neueste Spielerei vorgestellt.

SRNSCHAU
Kein schöner Land
M066-KLANG
M066 - KLANG
M041-2x16 KB EEPROM
M041 - EEPROM
ENDIM622
XY-Schreiber Endim
Drucker K6304
Drucker K 6304
M030-Eprommer
M030 - Eprommer
KC854 original
85/4 - original
KC855 erweitert
85/5 - erweitert
D004D008
D004 / D008
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PS/2-Tastatur
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KC855 modifiziert
85/5 - verändert
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PS/2-Interface
CF-Kartenleser
CF-Kartenleser
M051-Scanner
M051 - Scanner