Wieso eigentlich uC?

Nun, das ist schnell erklärt: das u ist ein Ersatz für den griechischen Buchstaben μ. In der Elektronik weiss eigentlich jeder was gemeint ist, wenn z.B. für einen Kondensator die Kapazität mit 10 uF angegeben wird. Beim K1000uC steht uC für “Microcontroller”. So ein Microcontroller ist im Grunde genommen ein kompletter Computer in einem Chip. Dieser vereint den Microprozessor, ROM, RAM, Ein- und Ausgabeports sowie Zeitgeber. Der K1000uC basiert auf einem Atmega 1284P.

Es folgt eine stark vereinfachte Erklärung wie der K1000uC “tickt”, dabei wird Bezug auf das Blockschaltbild genommen:

Über ein Ausgabepin des Microcontrollers wird in ständiger Wiederholung eine Folge von 16 Bits ausgegeben: 1 mal eine "1", dann 15 mal eine "0". Diese Ausgabe ist auf den Eingang eines 16-Bit Schieberegisters geschaltet, das funktioniert wie eine Warteschlange. Jeder neue Input schiebt den Inhalt eine Stelle weiter. Die eine "1" wird also Takt für Takt durch diese Warteschlange geschoben, wenn sie schliesslich ganz hinten rausplumpst wird gerade ganz vorn wieder eine "1" nachgeschoben.

Die 16 Bit der Warteschlange werden sowohl für die Ansteuerung der Anzeige als auch für die Abfrage der Tastatur verwendet. Zur Anzeige geht es pro Anzeigeelement noch über einen Transistor, der stellt lediglich sicher dass das jeweilige Pin des Warteschlangenbausteins nicht elektrisch überlastet wird. So wird jede Stelle der Anzeige kurz zugeschaltet, danach die nächste usw. Eigentlich leuchten nie zwei Anzeigeelemente gleichzeitig. Aber da dieser Vorgang 60 mal pro Sekunde abläuft bekommt das Auge den Eindruck vermittelt, dass mehrere Anzeigestellen gleichzeitig leuchten.

Jeweils in der Zeit wenn eine bestimmte Stelle aktiviert ist, gibt der Atmega über 8 Pins das Segmentmuster für die gewünschte Ziffer zur Anzeige aus. Auf der Anzeige sind die jeweils gleichen Segmente sämtlicher Ziffern leitend verbunden.

Die ersten 12 Stellen des Schieberegisters sind ausserdem mit den 12 Spalten der Tastaturmatrix verbunden. Wird eine Taste gedrückt, gibt der geschlossene Kontakt das Signal über die Leitung der zugehörigen Zeile zum Microcontroller zurück, wo diese Information ausgewertet wird.

Im Innern des Atmega läuft eine komplett in C geschriebene Emulation des U808 (Intel 8008) Prozessors, der das „Herz“ der robotron K1000 Rechner darstellte. Die Emulation arbeitet mit Teilen der Firmware des echten K1000.

Als Massespeicher kommen beim K1000uC SD-Karten zum Einsatz. Diese werden auf Blockebene beschrieben. Auf einer SD-Karte können 1000 verschiedene Programme mit den dreistelligen Nummern 000 bis 999 abgespeichert werden.

Über eine Serielle Schnittstelle kann man den K1000uC mit einem PC koppeln,  um Daten auszutauschen oder die Vorgänge im Innern des K1000uC zu debuggen.

Einschränkungen

Die echten K100x von Robotron verfügten über einen Schacht für Wechselmodule. Bekannt ist die Existenz zweier Typen: Mathematik und Statistik. Passend zum Modul gab es Auflegemasken für den linken Bereich der Tastatur. Da die Tastatur des K1000uC vom Aufbau nicht für solche Auflegemasken geeignet ist habe ich mich entschlossen, auf dieses Merkmal zu verzichten. Der K1000uC besitzt nur die Funktionalität des Mathematikmoduls. Ein Wechsel auf das Statistikmodul ist derzeit nicht vorgesehen.

Das „Flaggschiff“ der Serie, der K1003, verfügte über die Möglichkeit Informationen per Thermodrucker alphanumerisch auszugeben. Diese Möglichkeit ist beim K1000uC nicht verfügbar, allerdings denke ich intensiv darüber nach. Zumindest ist es denkbar, per serieller Schnittstelle entsprechende Daten am PC auszugeben. Gegenwärtig ist die Erforschung des entsprechenden Teils der K1003-Firmware hier aber noch der Showstopper.