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Microhobby 14. Año II, del 05 al 11 de febrero de 1985

Hardware: Interioridades y funcionamiento de la ULA (II)

Primitivo de Francisco

Adentrándonos en la filosofía de funcionamiento de la ULA, tratamos, en esta segunda parte, de cómo se direcciona eléctricamente, el significado de sus bits y de la generación de las señales de vídeo (Sincronismo y color).

La ULA es para el microprocesador como un periférico más, y como tal, lo habilita con la dirección de puerto FEH o 254 en decimal, esto quiere decir que siempre que se accede a puerto con el bit A0 del bus de direcciones puesto a cero, la ULA se da inmediatamente por enterada y pasa a atender al microprocesador.

Eléctricamente, este direccionamiento se efectúa mediante un transistor que, ingeniosamente conectado, hace las veces de una puerta OR, tal como se muestra en el dibujo. Este transistor es el que en la versión TWO está colocado físicamente encima del Z-80. Esta puerta OR tan sui-géneris, tiene como entradas la señal IORQ del Z-80, que da paso a los periféricos, y el bit A0 que identifica a la ULA, como ya hemos mencionado. Analizando funcionalmente este montaje, se observa que únicamente cuando IORQ y A0 son cero, la salida por emisor del transistor también se hace cero. Esta salida es precisamente la que habilita a la ULA por su terminal denominado IRQGE.

Desglose de los bits del byte que direcciona a la ULA (puerto FEH) (Fig. 1).

Cuando se accede a la ULA, la mayoría de los bits del bus de datos tienen significado propio. (Excepto los bits 5 y 7 que no se usan).

Veamos a continuación sus respectivos cometidos:

  • Los bits A0, Al, A2, A3 y A4 son utilizados en modo lectura para recibir el contenido del teclado, como se vio en la semana pasada.
  • Los bits A0, Al y A2 son utilizados en modo escritura para entregar, por las salidas de vídeo de la ULA, el color del borde que ha sido determinado por software.
  • Los bits A3 y A4 en modo escritura y según su combinación binaria, determinan la función que se desea obtener, dicha combinación ha de ser también establecida por programa.

Veamos más detalladamente este concepto. De modo independiente, A3 actúa sobre la salida MIC para entregar la señal a grabar en cassette cuando se está en la función SAVE; dicho de otro modo, por este bit salen en serie, bit a bit, hacia la grabadora todos los programas que Vd. salva.

Por el bit A4 se actúa de modo independiente sobre el buzzer o mini altavoz interno. Este bit es utilizado para entregar sonidos y música al exterior; pero estos dos bits, aparentemente independientes, están ligados entre sí mediante las combinaciones que se muestran en la figura número uno. La razón de esta ligazón es la de obtener distintas tensiones eléctricas mediante una red sumadora en el pin 28 de la ULA, así, cuando A4 y A5 están a cero, la tensión únicamente alcanza 0,75 voltios; cuando son 0 y 1 respectivamente, la salida entrega 1,3 voltios, voltaje suficiente para activar la entrada de un cassette pero insuficiente para hacer sonar el buzzer.

Cuando A4 y A5 son uno, se alcanzan 3,3 voltios, con los que sí suena el buzzer.

Esto ha sido así concebido para que únicamente suene el buzzer cuando se desea y no cuando se está en la operación SAVE, en cuyo caso los 1,3 voltios máximos son insuficientes para rebasar la tensión de umbral de los dos diodos que lleva en serie el buzzer (cada diodo tiene un umbral de 0,7 V. aproximadamente, por lo que hay que superar 1,4 V. para hacerle sonar).

  • El bit 6A sólo tiene la misión de aceptar en modo lectura la señal que se recibe del cassette con el comando LOAD. Por este bit entran en memoria en serie bit a bit, los programas que Vd. carga.

Detalle de la funcionalidad lógica que configi tando la señal IORQ y el bit A0 del bus de datos (Fig. 2)

El circuito de vídeo

En la figura número tres se muestra el circuito completo para el tratamiento de las señales de vídeo, desde que son generadas por la ULA, hasta su salida hacia la antena del televisor o hacia la entrada de vídeo de un monitor.

La ULA entrega por sus pines 15, 16 y 17 la totalidad de las señales de video. (Denominadas por Sinclair U, V e Y respectivamente).

La señal U contiene la información de los colores R-Y (Red-Yellow), rojo amarillo. Esta es una de las dos señales compuestas de color para el sistema P.A.L.

La señal V contiene la información de los colores B-Y (Blue-Yellow), azul-amarillo. Esta es la segunda señal normalizada para la transmisión de color P.A.L.

La señal Y contiene la luminancia o nivel de luminosidad para el color de cada pixel de pantalla. Recordemos que cada color ha de tener un brillo adecuado en función de la sensibilidad del ojo humano.

Si todos los colores fueran presentados con igual intensidad, veríamos más luminosos los verdes-azulados, pues nuestros ojos poseen mayor sensibilidad en estos tonos, quizá debido a que son éstos los que abundan con mayor profusión en la naturaleza.

La señal Y contiene también los impulsos de sincronismo. Para poder presentar una imagen en una pantalla, es preciso dirigir eficazmente al haz catódico que excita el fósforo de la pantalla. Hay que decirle cuándo ha de ir de izquierda a derecha mediante los impulsos de sincronismo de línea, y cuando de arriba abajo mediante los impulsos de sincronismo de cuadro.

La frecuencia de los primeros es de 15625 Hz para conformar las 625 líneas en que se barre la pantalla distribuidas en 312,5 por cada campo. El concepto de campo fue introducido para aminorar el efecto de parpadeo de la imagen. Cada campo barre líneas alternas en períodos consecutivos.

El tiempo que se tarda en barrer la totalidad de la pantalla es de 20 milisegundos, lo que da una frecuencia de 50 Hz, es precisamente con esta frecuencia con la que se presentan los impulsos de sincronismo de cuadro.

Las señales U, V e Y contienen, como hemos visto resumidamente, la información de color, luminancia y sincronismo. La ULA va controlándolas pixel a pixel sincronizadamente con el haz catódico que nos hará ver la imagen almacenada bit a bit, en el área de RAM del fichero de pantalla.

Las señales U y V, si bien aportan la información de color, no contienen la frecuencia de la subportadora de color necesaria para transportarlo mediante su modulación en fase.

Esquema del área del vídeo del Spectrum (Fig. 3)

El circuito integrado LM-1889

El LM-1889 es un circuito integrado desarrollado por NATIONAL INSTRUMENTS para obtener la modulación en fase de la subportadora dé color.

El LM-1889 contiene más funciones de las aprovechadas por Sinclair, además de generar la subportadora y modularla en fase, contiene también otro oscilador para proporcionar la segunda subportadora para el canal de sonido. También puede utilizarse mediante un tercer bloque como modulador de alta frecuencia para entrar directamente por la antena, pero estas dos últimas posibilidades están anuladas, el sonido eliminado vía atena y el modulador sustituido por uno incluido en una caja blindada de la cual sale al exterior la señal de antena.

El LM-1889 acepta las señales compuestas de color R-Y y B-Y, por lo que el acoplamiento con la ULA es el adecuado.

En la versión «TWO» existen unos potenciómetros para ajustar la pureza de color o, lo que es lo mismo, para ajustar la pureza en pantalla de los tres colores básicos, rojo, verde y azul. Esto se consigue mediante la actuación delicada de ambos potenciómetros.

En las versiones posteriores, estos ajustes manuales se han suprimido confiándose a la ya sobrecargada ULA que lo hace automáticamente, este método exigió una nueva versión de ULA. Los resultados, no obstante, son satisfactorios.

El objeto de eliminar puntos de ajuste va orientado hacia una mayor fiabilidad y estabilidad a la larga, una más barata elaboración al llevar menos proceso de fabricación y, sobre todo, eliminar la posibilidad de que manos inexpertas desequilibren el delicado cromático cuya puesta a punto requiere aparatos de medida al efecto.

El generador de la subportadora de color interno se encuentra controlado por un cristal de cuarzo de 4,4336 MHz que es la frecuencia de subportadora del P.A.L.

En la versión «TWO» existe un condensador de ajuste que, actuándolo manualmente, lleva al cristal hacia su frecuencia nominal exactamente. En las versiones posteriores no existe este ajuste, confiándose su exactitud a la baja tolerancia de los componentes que conforman el oscilar.

Por la pata número 13 del LM-1889 sale ya la subportadora de color modulada en fase, gracias a los dos bloques internos marcados en el esquema con una X (figura 3). Estos modulares de fase operan excitados por las señales R-Y y B-Y ya mencionadas.

El transistor TR1 de la figura 3, actúa de mezclador; ya que suma sincronismos y luminancia procedentes de Y (Pin 17 de la ULA) con la subportadora de color modulada en fase que entrega el LM-1889.

Así, en el colector de TR1 existe ya la señal compuesta y completa de vídeo.

El transistor TR2 actúa de adaptador de impedancias, su salida se bifurca hacia el modulador y hacia el terminal 15B del conector trasero. Para la conexión del Spectrum a un monitor de vídeo de color, existen dos posibilidades. Por una parte, mediante la señal compuesta del Pin 15B denominada «Vídeo», o mediante las tomas directas de la ULA (U, V e Y) que salen también por el conector trasero (U por 18B, V por 17B e Y por 16B).

Este segundo método es el utilizado por los monitores más caros y de mayor calidad.

Detalle de ia ubicación de los puntos de ajuste (versión TWO únicamente) (Fig. 4)

El modulador de vídeo

El Spectrum emplea un modulador de vídeo comercial para UHF código UM-1233.

La misión del modulador, es generar una frecuencia de UHF canal 32 aproximadamente, al cual corresponde una frecuencia de 560 MHz. Esta frecuencia es modulada en amplitud por la señal compuesta de video que existe en el emisor de TR2. La señal de alta frecuencia, una vez modulada, sale por el conector coaxial posterior del Spectrum para, vía antena, ser introducida en el TV doméstico.

El empleo de tan altas frecuencias en el modulador (560 Megahercios) obliga a tomar medidas especiales, como blindajes herméticos, pistas de circuito impreso anchas, ajustes de los pasos intermedios del modulador, etc.; el blindaje del modulador del Spectrum tiene la doble misión de no ser afectado por las radiaciones del resto de la tarjeta y no afectar él, a su vez, al funcionamiento de la placa.

Por último, recordar que la salida del modulador es de 75 ohmios, lo cual obliga a emplear cables apantallados de esta impedancia y a utilizar adaptadores e impedancia para TV de entrada de antena de 300 ohmios, estos adaptadores se encuentran fácilmente en el comercio.

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