I/O-Port für den Atari ST

Mit dem Atari ST steht dem Anwender ein leistungsfähiger Rechner mit einer Vielzahl von Schnittstellen zur Verfügung. Dieser Rechner ist jedoch kein offenes System wie beispielsweise der IBM-PC oder der altbewährte APPLE, die beide mit ihrem Slot-System den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden können.

Beim ST ist es sehr aufwendig, einen I/O-Port anzuschließen. Alternativen sind das Bussystem der Firma Rhothron oder eine Erweiterung am Modul-Port, die jedoch recht kompliziert ist, da leider beim ST am ROM-Port nur gelesen werden kann. Mancher Anwender schreckt vor den hohen Anschaffungskosten zurück.

Für Anwender, die keine Festplatte besitzen, bietet sich die hier vorgestellte preisgünstige Alternative an.

Sie bietet je 16 Ein- und Ausgabekanäle und kann bei Bedarf kaskadiert werden. Angeschlossen wird dieser I/O-Port an die DMA-Schnittstelle, er benötigt nur eine 19polige Steckverbindung mit entsprechendem Kabel.

Mit dieser Schaltung können elektrische Maschinen und Modelleisenbahnen gesteuert werden. Auch eine Meßdatenerfassung (Logik Analysator, A/D-Wandler) kann nun einfach und preiswert realisiert werden. Der Phantasie sind keine Grenzen gesetzt.

Programmiert wird diese Schnittstelle relativ einfach. Bedingung ist nur, daß die CPU in der Supervisor-Modus geschaltet wird. Ferner ist die Kenntnis des DMA-Chip auf der Rechnerplatine Voraussetzung. Dieser Chip wird deshalb ebenfalls in unserem Bericht beschrieben.

Die Hardware

Die DMA-Schnittstelle ist das Bindeglied zu diesem Interface. Trotz der 16-Bit Architektur der CPU hat diese Schnittstelle nur 8-Bit-Format. Zusätzlich findet man die Leitungen Al, SEL, CR/W. Mit Al kann eine Adresse angewählt werden, SEL selektiert einen Controller und CR/W bestimmt die Richtung der Datenübertragung. Die verbleibenden Leitungen sind für die Funktion des Interfaces unwichtig.

Die 16 Eingabekanäle werden durch zwei 74LS245 gebildet, die die Daten auf den DMA-Bus schalten, wenn das entsprechende IC selektiert wurde.

Die 16 Ausgabekanäle werden durch zwei 8-Bit-Tri-State-Latches gebildet, so daß ausgegebene Daten gespeichert werden.

Die Freigabe der jeweiligen ICs geschieht unter Verwendung des Decoders 74LS139. Dieser Decoder selektiert die entsprechenden Register unter Verwendung der Eingangssignale Al, SEL, CR/W.

Alle Datenleitungen führen auf den DMA-Bus, so daß ein lokales Bussystem verwirklicht ist. Der große Vorteil besteht in der leichten Beschaff-barkeit der notwendigen ICs und im niedrigen Preis, da auf Spezialbauteile (z. B. programmiert PALSs) verzichtet wurde.

Um die entsprechenden Register anwählen zu können, muß man einige Register und Bits des DMA-Chip kennen.

Wichtig ist das DMA-Mode/Status-Register unter der Adresse SFF8606.

Beim Lesen des Registers enthalten die unteren drei Bits folgende Bedeutung:

Bit 0:
1 Fehler bei der DMA-Übertragung aufgetreten
0 Kein Fehler

Bit 1:
1 Sektor Count Register ist < > 0
0 Sektor Count Register ist Null

Bit 2:
Zustand des Data Request Signals an der Schnittstelle

Wird nun auf diese Adresse geschrieben, so haben die einzelnen Bits folgende Bedeutung:

Bit 0:
Findet keine Verwendung

Bit 1:
Adresse A0; 0 = Pin A0 ist low
1 = Pin A0 ist high

Bit 2:
Adresse A1; 0 = Pin A1 ist low
1 = Pin A1 ist high

Bit 3:
0 = Zugriff auf Floppy Disk Controller
1 = Zugriff auf Hard Disk Controller

Bit 4:
3 = Zugriff auf Floppy Disk Controller-Register
1 = Zugriff auf Sektor Count Register

Bit 5:
Findet keine Verwendung

Bit 6:
0 = DMA einschalten
1 = DMA ausgeschaltet

Bit 7:
0 = Zugriff auf Hard Disk Controller
1 = Zugriff auf Floppy Disk Controller

Bit 8:
0 = HDC/FDC lesen
1 = HDC/FDC schreiben

Das Datenregist er ist unter der Adresse SFF8604 zu erreichen. Wichtig ist in diesem Zusammenhang die Systemvariable „flock“ $43E, die benötigt wird, um die Floppy zu sperren.

Ferner ist die Beschaltung des Decoders 74LS139 von Bedeutung:

SEL	AI	CR/W
0	0	0	Register IC3 aktiviert Output 0-7
0	0	1	Register IC1 aktiviert Input 0-7
0	1	0	Register IC4 aktiviert Output 8-15
0	1	1	Register IC2 aktiviert Input 8-15
1	0	0	Sämtliche IC inaktiv
1	0	1	Sämtliche IC inaktiv
1	1	0	Sämtliche IC inaktiv
1	1	1	Sämtliche IC inaktiv

Die Software

Durch diese Hardwarekonfiguration ist es möglich, die Ports zu programmieren. Dabei empfiehlt sich folgendes Schema:

Die CPU wird in den Supervisor-Mode geschaltet, da dieser Adressbe-reich intern im User-Mode geschützt ist. Anschließend ist die Systemvariable „flock“ auf den richtigen Wert zu bringen. Die Programmierung des DMA-Mode-Registers bestimmt das Portregister, ein Lese- bzw. Schreibbefehl aktualisiert die Daten. Die Systemvariablen „flock“ erhält wieder den Ausgangszustand und die CPU wird wieder in den User-Mode geschaltet.

In der Programmiersprache „C“ wird diese Arbeit zum Teil durch die Funktion $20 SUPER abgenommen.

Das abgedruckte Programm „OUTPUT 1“ zeigt ausführlich die zur Programmierung notwendigen Befehle. Besonders aufschlußreich ist dabei die Programmierung des DMA-CONTROL-Registers unter der Adresse $FFFF8606. Folgende Möglichkeiten sind dabei zulässig:

$188:
Ermöglicht das Anwählen des IC 3 für eine Ausgabe auf 00-07

$18E:
Ermöglicht das Anwählen des IC 4 für eine Ausgabe auf 08-015

$088:
Ermöglicht das Anwählen des IC 1 für eine Eingabe über 10-17

$08E:
Ermöglicht das Anwählen des IC 2 für eine Eingabe über 18-115

Die Zusammensetzung des betreffenden „Kontrollwortes“ zeigt die oben beschriebene Tabelle.

Die entsprechende Programmeinbindung zeigen die Listings, die sich hoffentlich selbst erklären. Listing 1 und 2 (Output 1 und 2) dienen zur Erklärung des Userports als Ausgang. Li-sting 3 und 4 (Input 1 und 2) dienen zur Erklärung des Userports als Eingang-

Um die Schaltung auf ihre Funktionsfähigkeit zu testen, kann das folgende Programm „Zaehlprogramm“ (Listing 5) verwendet werden. Es wurde mit dem SEKA-Assembler erstellt. Nach der Eingabe des Programms im Editor-Modus muß es assembliert werden. Gestartet wird das Programm mit „gstart“. Dann werden die Ausgänge 00-07 binär incrementiert und die Ausgänge 08-015 binär decremen-tiert. Das zugehörige Programmlisting ist wieder größtenteils selbsterklärend und demonstriert anschaulich die Funktion der Schaltung.

Für Programmierer, die nicht Assembler verwenden, bieten wir die gleichen Routinen, die sich in jedes Programm einbinden lassen, auch in GfA-Basic an. (siehe Listing 6, 7 und 8)

BAUTEILELISTE I/O-PORT

IC1	IC	74LS245
IC 2	IC	74LS245
IC 3	IC	74LS374
IC 4	IC	74LS374
IC 5	IC	74LS139
IC 6	IC	74LS04
D7	Spannungsregler	7805
GH	Gleichrichter	B40 CI500	runde Bauform
CI	Elko	2200uF/18V
C2	Tantal Kondensator	10uF/6V
Tri	Netztrafo	ca. 11V/0.5A
R	Widerstand	2,2K	2 Stück erforderlich
Stl	Pfostenstecker	34pol	2reihig
St2	Pfostenstecker	26pol	2reihig
	Buchsenleiste zu ST2		mit Zugentlastung
	Flachbandleitung	19polig	ca. 0,5 m
	DMA-Stecker	19polig	siehe Bezugsquelle
	IC-Fassung	20polig	4 Stück erforderlich
	IC-Fassung	16polig
	IC-Fassung	14polig
	gedruckte Schaltung		siehe Bezugsquelle
	Schaltdraht	0,8 mm 0	versilbert

Abbildung 2: Bauteileliste

Das Layout

Das abgebildete Layout der Schaltung vereinfacht den Aufbau. Dieses Layout ist nur für Bastler gedacht, die mit geringem finanziellem Aufwand diede Platine realisieren möchten. Für Anwender, die weniger Erfahrung im Aufbau von elektronischen Schaltungen hat, wird vom HEIM-Verlag eine doppelseitige Platine angeboten. Bei unserem einseitigen Layout sind gemäß dem Bestückungsplan einige Drahtbrücken zu ziehen. Dieses hat den Vorteil, daß die Platine einfacher und preiswerter herzustellen ist als eine doppelseitige Platine. Die zur Bestückung notwendigen Bauteile und Materialien sind in der Stückliste zusammengefaßt.

Doch nun zum praktischen Aufbau der Platine. Zuerst sollten alle notwendigen Drahtbrücken eingelötet werden. Dabei muß in der Mitte der Platine darauf geachtet werden, daß ein dünner Schaltdraht verwendet wird, da zwei Drähte durch eine Bohrung passen müssen. Dies ist im Bestückungsplan durch einen kleinen, senkrechten Strich gekennzeichnet.

Anschließend sollten alle IC-Fassungen eingelötet werden, wobei wir aus Gründen der Kontaktsicherheit gedrehte Fassungen bevorzugen.

Danach sind die Pfostenstecker und die restlichen Bauteile einzulöten. Dabei bitte auf die Bauformen des Brückengleichrichters (rund) und des Eikos Cl achten! Der notwendige Netztrafo sollte ca. llV/500mA liefern. Der Wechselspannungsanschluß ist gekennzeichnet.

Das 19polige Verbindungskabel wird an den DMA-Stecker angelötet. Die Verbindung zur Platine geschieht mit einer 26poligen Buchsenleiste in Schneidklemmtechnik. Flachbandkabel bündig auf der rechten Seite (siehe Bestückungsplan) in die Buchse legen und die Verbindung hersteilen. Eine andere Möglichkeit ist das direkte Verlöten der Flachbandleitung.

Alle Ein- und Ausgänge der Schaltung liegen auf der 34poligen Pfostenleiste. Es ist darauf zu achten, daß alle Eingangssignale TTL-Pegel aufweisen und daß an die Ausgänge keine LEDs direkt angeschlossen werden können, da IC 3 und IC 4 nicht genügend Strom liefern. Die Zwischenschaltung eines Treibers ist also notwendig.

Sollen mit dem Interface Netzgeräte geschaltet werden, so ist eine galvanische Entkopplung aus Sicherheitsgründen unbedingt zu empfehlen.

Bezugsquelle

Alle Bauteile sind im Elektronikhandel leicht erhältlich. Eine doppelseitige Platine ist für DM 38,- plus Versandkosten beim Heim-Verlag zu beziehen. Der DMA-Stecker wird von der Fa. Lischka Datentechnik, Hochstraße 22 in 4173 Kerken geliefert.

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;* I/O-Port fuer ATARI ST-Sene                 *
;* Thomas Blome Im Tiefen Winkel 3a            *
;* 5750 Menden 1                               *
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;* SEKA ASSEMBLER *** September 1986           *
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;* PROGRAMMNAME: OUTPUT 1                      *
;* Programm schaltet CPU in	den	SUPER-Mode     *
;* und gibt die in Register	D2 stehenden Daten *
;* auf Port 00-07 aus                          *
;* Anschliessend wird die CPU in den USER-Mode *
;* geschaltet                                  *
;***********************************************

dmadata:	equ	$ffff8604 ;Daten Register
dmamode: equ	$ffff8606 ;Mode Control Register
flock : equ	$43e	;DMA chip lock variable
savesp:	equ	$000f4000 ;Stack retten

;**********************************************
:* CPU in SUPER-MODE schalten                 *
;**********************************************

start:	clr.l	—(sp)
		move.w	#$20,-(sp)
		trap	#1
		add.l	#6,sp
		move.l	d0,savesp
		st	flock	;lock DMA

;**********************************************
;* Zugriff nun auf DMA-Port moeglich          *
;**********************************************

		lea	dmamode,a6
		lea	dmadata,a5
		
		move.w	#$0f,d2	;Daten	in Register D2
		move.w	#$188,(a6)	;Port Register anwaehlen
		move.w	d2,(a5)	;Daten	auf 00-07 ausgeben

;**********************************************
;* CPU in USER-MODE schalten                  *
;**********************************************

		move.l	savesp, -(sp)
		move	#120, -(sp)
		trap	#1
		add.l	#6,sp
		end

;**********************************************

Listing 1

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;* I/O-Port fuer ATARI ST-Serie               *
;* Thomas Blome Im Tiefen Winkel 3a           *
;* 5750 Menden 1                              *
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;* SEKA ASSEMBLER *** September 1906          *
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;*	PRQGRAMMNAME: OUTPUT 2                    *
;*	Programm schaltet CPU in den SUPER-Mode   *
;*	und gibt die in Register D2 stehenden Daten*
;*	auf Port 08-015 aus                       *
;* Anschliessend wird die CPU in den User-    *
;*  Mode geschaltet                           *
;**********************************************

dmadata:	equ	$ffff8604 ;Daten Reqister
dmamode: equ	$ffff8606 ;Mode Control Register
flock : equ	$43e	;DMA Chip lock variable
savesp:	equ	$000f4000 ;Stack retten

;**********************************************
;*	CPU in SUPER-MODE schalten                *
;**********************************************

start:	clr.l	-(sp)
		move.w	#$20,-(sp)
		trap	#1
		add.l	#6,sp
		move.1	d0,savesp
		st	flock	;lock DMA

;**********************************************
;* Zugriff nun auf DMA-Port moeglich          *
;**********************************************

		lea	dmamode,a6
		lea	dmadata,a5
		move.w	#$55,d2	;Daten	in Register D2
		move.w	#$18e,(a6)	;Port Register anwhlen
		move.w	d2,(a5)	;Daten	auf 08-015 ausqeben

;**********************************************
;* CPU in USER-MODE schalten                  *
;**********************************************

		move.l	savesp,-(sp)
		move	#$20,-(sp)
		trap	#1
		add.l	#6,sp
		end

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Listing 2

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;* I/O-Port fuer ATARI ST-Serie               *
;* Thomas Blome Im Tiefen Winkel 3a           *
;* 5750 Menden 1                              *
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;* SEKA ASSEMBLER *** September 1906          *
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;* PROGRAMMNAME: INPUT1                       *
;* Programm schaltet CPU in den	SUPER-Mode    *
;* und liest Daten von IÖ-I7 in	Register D2   *
;* Anschiieend wird die CPU in den USER-Mode *
;* geschaltet                                 *
;**********************************************

dmadata:	equ	$ffff8604 ;Daten Register
dmamode: equ $ffff8606 ;Mode Control Register
flock : equ	$43e	;DMA chip lock variable
savesp:	equ $000f4000 ;Stack retten

;**********************************************
;* CPU in SUPER-MODE schalten                 *
;**********************************************

Start:	clr.l -(sp)
		move.w	#120,-(sp)
		trap	#1
		add.l	#6,sp
		move.l	d0,savesp
		st	flock	; lock DMA

;**********************************************
;* Zugriff nun auf DMA-Port moeglich          *
;**********************************************

		lea	dmamode,a6
		lea	dmadata,a5

		move.w	#$088,(a6)	;Part-Register anwaehlen
		move.w	(a5),d2	; Daten von 10-17 laden

;**********************************************
;* CPU in USER-MODE schalten                  *
;**********************************************

		move.l	savesp,-(sp)
		move	#$20,-(sp)
		trap	#1
		add.l	#6,sp
		end

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Listing 3

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;* I/O-Port fuer ATARI ST-Serie               *
;* Thomas Blome Im Tiefen Winkel 3a           *
;* 5750 Menden 1                              *
;**********************************************
;* SEKA ASSEMBLER *** September 1906          *
;**********************************************
;* PROGRAMMNAME: INPUT2                       *
;* Programm schaltet CPU in den SUPER Mode    *
;* und liest Daten von 18-115 in Register D2  *
;* Anschiieend wird die CPU in den USER-Mode  *
;* gesachaltet                                *
;**********************************************

dmadata:	equ	$ffff8604	; Daten Register
dmamode:	equ	$ffff8606	; Mode Control Register
flock :	equ	$43e	;DMA chip lock variable
savesp:	equ	$000f4000 ;Stack retten

;**********************************************
;* CPU in SUPER-MODE schalten                 *
;**********************************************

start:	clr.l	-(sp)
		move.w	#$20,-(sp)
		trap	#1
		add.l	#6,sp
		move.l	d0,savesp
		st	flock	;lock DMA

;**********************************************
;* Zugriff nun auf DMA-Port moeglich          *
;**********************************************

		lea	dmamode,a6
		lea	dmadata,a5
		move.w	#$08e,(a6)	;Port-Register anwaehlen
		move.w	(a5),d2	;Daten von 18-115 laden

;**********************************************
;* CPU in USER-MODE schalten                  *
;**********************************************

		move.l	savesp,-(sp)
		move	#$20,-(sp)
		trap	#1
		add.l	#6,sp
		end

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Listing 4

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;* I/O-Port fuer ATARI ST-Serie               *
;* Thomas Blome Im Tiefen Winkel 3a           *
;* 5750 Menden 1                              *
;**********************************************
;* SEKA ASSEMBLER *** September 1906          *
;**********************************************
;* PROGRAMMNAME: Zaehlprogramm                *
;* LED am Ausgangspart werden binaer in-      *
;* crementiert und decrementiert              *
;**********************************************

dmadata:	equ	$ffff8604	; Daten Register
dmamode:	equ	$ffff8606	; Mode Control Register
flock :	equ	$43e	;DMA chip lock variable
savesp:	equ	$000f4000 ;Stack retten
hz200 :	equ	$4ba	;200hz counter

;**********************************************
;* CPU in SUPER-MODE schalten                 *
;**********************************************

start:	clr.l	-(sp)
		move.w	#$20,-(sp)
		trap	#1
		add.l	#6,sp
		move.l	d0,savesp
		st	flock	;lock DMA

;**********************************************
;* Zugriff nun auf DMA-Port moeglich          *
;**********************************************

		lea	dmamode,a6
		lea	dmadata,a5

		move.w	#$ff,d2	;Register D2 vorbesetzen
		move.w	#$0,d0	;Register DO loeschen
wait1:	move.w	#$188,(a6)	;Ausgaberegister anwaehlen
		move.w	d0,(a5)	;aktuelle Daten auf 00-07 ausgeben
		move.w	#$18e,(a6)	;Ausgaberegister anwaehlen
		move.w	d2,(a5)	;aktuelle Daten auf 08-015 ausgeben
		moveq	#20,d1	;Zeitverzgerung laden
		add.l	hz200,d1	;
wait:	cmp.l	hz200,d1	;
		bne	wait	;Warten bis Zeit abgelaufen ist
		add.w	#$1,d0	;register D0 incrementieren
		sub.w	#$1,d2	;Register D2 decrementieren
		bra	wait1

Listing 5

' OUTPUT 1
' Daten werden au-f Port 00—07 ausgegeben

For 1=1 To 9
	Sdpoke &HFFFF8606, &H188 
	Sdpoke &HFFFF8604, I 
	Open "o", #1,"vid:"
	Print #1,Chr$(16+I);
	Print 
	Pause 10
	Sdpoke &HFFFF8604,0 
	Close #1
Next I

Listing 6

' INPUT i
' Daten werden auf Port 10-17 gelesen
'
Sdpoke &HFFFF8604 , &H88 
Print Dpeek (&HFFFF8606)
Sdpoke &HFFFF8604,0

Listing 7

' Zählerprogramm
' LED am Ausgangsport werden incrementiert
'
'
Dma=&HFFFF8604
Dmm=&HFFFF8606
A=9
E=20 
B=16
Open "O",#1, “vid:"
Open "O",#2,"con:"
For 1=1 To 255 
	Sdpoke Dma,0 
	Sdpoke Dmm,2&H188 
	Sdpoke Dma,I 
	A$=Chr$(B+I)
	If I>E-1 Then 
		E=E+10 
		A=A+10 
		B=B+1 
	Endif
	If I>99 And I<101 Then 
		B$=Chr$(17)
		B=15
	Endif
	If I>199 And I<201 Then 
		B$=Chr$(18)
		B=15
	Endif
	If I>A And I<E Then
		A$=B$+Chr$(B+1)+Chr$(15+I-A)
	Endif
	Print #2,Chr$(27);"Y";Chr$(43);Chr$(67); 
	Print #1,A$;
	Print 
	Pause 5 
Next I
Close

Listing 8

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