8ビット CPU Z80周辺回路

リセット回路

電源を投入した瞬間は，電圧が立ち上がっていないのでシステムは不安定です．電圧の立ち上がり時間は，装置によってまちまちでしょう．そこで，電源を投入してしばらくして，CPUの動作を開始しなくてはなりません．そのために，Z80 の reset 端子を機器が安定になるまで，Lowにします．その後，High にします．こうすることにより，CPU を安定に起動させます．もともと，この reset 端子は CPU をリセット，例えば PC を初期設定するためのものですが，立ち上げ時の不安定性を取り除くためにも使用できます．

例えば，図1のようなリセット回路が考えられます．この回路には，リセット IC である MITSUMI PST600 を使い，High になる時間にディレイをかけています．私は，PST600C (秋葉原 200円) を使いました．データシートによると，そのディレイタイム(tPLH)は， \begin{align*} \text{Dely Time(tPLH)}=C_L R_L\log_e\left[\cfrac{V_{CC}}{V_{CC}-(V_{S\,CPU}+0.2)}\right]+0.040\qquad\qquad\qquad\text{[msec]} \end{align*} です．ここで，R_Lは抵抗 [kΩ] で，C_Lはキャパシターの容量 [μF] です．電圧の単位は [V]です．V_{S CPU}は CPU の閾値電圧です．Z80 の閾値電圧はよく分かりませんが，仮に 1 [V]とすると，図 1 の回路でのディレイタイムは 1.32 [msec]になります．ちょっと短いように思えますが，問題が生じたら考えることにします．

賢明な読者は，ディレイタイムの式からリセット IC のメリットが無いと感じるかもしれません．電源をONした瞬間の電源電圧が不安定なときに，この IC は役立ちます．データシートによると，電源電圧が 4 [V] 以下の時，その出力は 0.3 — 0.5 [V] と十分低いため，CPU にリセット信号が印可されることはありません．実際の測定結果を「電源電圧 (Vcc) が 5 [V]」と「電源電圧 (Vcc) が 3 [V]」に示します．3 [V] の時には出力が出ないことが分かるでしょう．

マニュアルのリセットスイッチも取り付けています．そのための抵抗 R_mは，R_Lの1/20以下にします(データシートより)．1[kΩ]程度で良いでしょう．

リセット回路の例 (PST600Cのピン番号)

クロック回路

コルピッツ発信回路を使う

CPUの動作タイミングを決めるクロック回路は，矩形波が出せればどんな回路でも良いのですが，一般的には図2に示す回路が使われています．コルピッツ発振器の出力をバッファーで受け，Dフリップフロップへ入れています．フリップフロップに入れることにより周波数は半分になりますが，デューティが50[%]のきれいな矩形波出力になります．このクロック回路の出力を Z80 の CLKに接続します．クロック周波数を上げたければ，ものとクリスタルを変更します．

クロック回路の例 (コルピッツ発信回路)

発信器を使う

秋葉原に，クロック回路の部品を買いに行ったところ，最初の店には 1—2 [MHz] のクリスタル発信子の在庫が有りませんでした．そこで，底の店主が 1 [MHz] のパッケージになった水晶発信器を勧めてくれました．5 [V]を印可すると，1[MHz] の矩形波を出力するものです．コンパクトなパッケージに収められており，良い感じです．ブレッドボード上に回路を作り，その波形を測定しました．

クロック回路の例 (水晶発振器)

ブレッドボードで試験

図4に示すブレッドボード上に周辺回路を作成し，その機能を確認しました．安いオシロスコープ (USBオシロスコープ DDS-140 バンド幅40MHz) を使ったので，観測された波形はそれなりでした．それでも，機能の確認はできました．

周辺回路の動作を確認したブレッドボード

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参考資料

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last update:2017/05/21 15:44:59