МУЗЫКАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР AY-8912/8910
ХАРАКТЕРИСТИКИ
1. Программное управление генератором.
2. Три программнонезависимых аналоговых выхода.
3. Два (один - для AY-3-8912) 8-разрядных универсальных порта ввода/вывода.
ОПИСАНИЕ
Программируемый генератор звуков (ПГЗ) позволяет воспроизводить широкий
спектр звуковых эффектов большого диапазона. Он совместим с 16-разрядными мик-
ропроцессорными контроллерами типа связного процессора СР1600/1610 и с 8-раз-
рядным программируемым интерфейсным контроллером Р 1С1650.
Каждый из трех аналоговых каналов ПГЗ воспроизводит звуковую картину путём
декодирования двоичного кода по логарифмической шкале.
Все сигналы управления ПГЗ являются цифровыми и вырабатываются непосред-
ственно в микропроцессоре, что даёт возможность обойтись без изменения в схемо-
технике.
Для связи ПГЗ с микропроцессором в AY-3-8910 имеется два универсальных
8-разрядных порта ввода/вывода, а его корпус имеет 40 выводов. В AY-3-8912 имеется
один порт и 28 выводов.
НАЗНАЧЕНИЕ ВЫВОДОВ МИКРОСХЕМ
DA7 - DA0 - шина данные/адрес с тремя состояниями. Выводы
30 - 37 в AY-3-8910. Выводы 21 - 28 в AY-3-8912.
Это 8-разрядная двунаправленная шина предназначена для пересылки адресов и
данных процессором и самим ПГЗ. В режиме данных DA7 - DA0 соответствует
разрядам В7 - ВО регистровой области генератора. В адресном режиме DA3 - DA0
задают номер выбираемого регистра (0 - 17), a DA7 - DA4 в сочетании с адресными
входами А8 и А9 формируют старшую часть адреса.
А8 (вход) - вывод 25 (17) AY-3-8910 (AY-3-8912).
А9 (вход) - вывод 24 AY-3-8910, в AY-3-8912 не поддерживается.
Адресные шины А8 и А9.
Область памяти ПГЗ состоит из 16 8-разрядных слов, входящих в состав общей
1024-словной памяти системы@КОМ - . Как раз с помощью этих адресных шин и
происходит расширение адресации памяти ПГЗ с 256 (DA7-DA0) 1 до 1024 слов. Если
же размер памяти реальной системы "ПГЗ - компьютер" не позволяет использовать
эти шины, то они не подсоединяются при монтаже системы, т.к. каждый из них
снабжён внутренним подпорным (для А8) или гасящим (для А9) резистором. При
неиспользовании же этих шин в "шумящих" средах, необходимо, чтобы они были
соединены с общей шиной "+5В" и "земля", соответственно.
RESET (вход) - вывод 23 AY-3-8910, вывод 16 AY-3-8912.
Используется для инициализации ПГЗ и установки его блоков в исходное состоя-
ние путём подачи на вывод логического ноля. При этом вся регистровая область
памяти ПГЗ сбрасывается в ноль. Вывод снабжен внутренним подпорным регистром.
CLOCK (вход) вывод 22 AY-3-8910,
вывод 15 AY-3-8912.
Используется для подачи тактовой частоты, задающей временные параметры ге-
нераторов шума, тона и генератора огибающей. Вход TTL-совместимый.
BDIR, ВС2, ВС1 (входы) выводы 27,28,29 AY-3-8910,
выводы 18,19,20 AY-3-8912.
Управляющие шины - BUS DIRECTION, BUS CONTROL 1,2. Используются для
управления всеми внешними и внутренними шинными операциями в 1113. Сигналы
для этих шин вырабатываются непосредственно связным процессором типа CP 1600.
При использовании другого процессора, эти сигналы должны формироваться ана-
логичными шинными сигналами используемого процессора или имитироваться на
шинах ввода/вывода главного микропроцессора системы. Декодирование управляю-
щих сигналов приведено в таблице.
_ V
Для использования всех возможностей генератора по созданию звуковых картин
достаточно иметь только четыре комбинации сигналов BDIR, ВС1, ВС2. Это достига-
ется путём подключения ВС2 к шине питания +5В.
Аналоговые каналы А, В, С (выходы) выводы 4,3,38 AY-3-8910,
выводы 5,4, 1 AY-3-8912.
Используются для формирования составного звукового сигнала с двойной ампли-
тудой вплоть до одного вольта. Являются выходными сигналами соответствующих
цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).
IOA7 - ЮАО (вход/выход) выводы 14 - 21 AY-3-8910,
выводы 7 - 14 AY-3-8912.
IOB7 - ЮВО (вход/выход) выводы 6 - 13 AY-3-8910,
в AY-3-8912 не поддерживаются.
Ввод/вывод А7 - АО, В7 - ВО.
Являются параллельными портами ввода/вывода. Используются для обмена дан-
ными с внешними устройствами, подключаемым к контактам ЮА или ЮВ, по шине
"генератор - процессор". Все выводы снабжены внутренними подпорными резистора-
ми, поэтому в режиме ввода будет читаться нормальный высокий уровень.
TEST1 - вывод 39 AY-3-8910, вывод 2 AY-3-8912.
TEST2 - вывод 26 AY-3-8910, в AY-3-8912 не поддерживается.
Предназначены для тестирования генератора и поэтому в реальных схемах не
используются. Особенность состоит в том, что эти выводы должны быть всегда свобод-
ными.
АРХИТЕКТУРА
Взаимодействие между AY-3-8910/8912 и процессором основано на принципе
ввода/выводы снимков памяти. Набор команд, предназначенных для ПГЗ записыва-
ется в шестнадцатирегистровый участок памяти. Микропроцессор может прочитать
содержимое любого из 16 регистров с изменением их состояния или без него. Все
регистры программируются за один раз и ПГЗ начинает формировать звук, освобож-
дая процессор для выполнения других операций.
ОБЛАСТЬ РЕГИСТРОВ
Шестнадцать восьмиразрядных регистров ПГЗ рассматриваются процессором как
блок памяти, расположенный за максимальным адресом памяти, состоящей из 1024
байт. Десять адресных разрядов декодируются следующим образом:
Четыре разряда младшей части адреса задают номер одного из 16 регистров, а 6
разрядов старшей части адреса представляют собой селектор и управляют тремя
состояниями двунаправленных буферов (при ошибке в старшей части адреса буфера
переводятся в состояние высокого сопротивления). Разряды DA7-DA4 старшей части
адреса могут выполнять роль маски, содержащей четырёхразрядный код, доступный
модификации. Если их использование не предусматривается, то они должны быть в
состоянии "0000".
Если в старшей части адреса ошибок нет, то в регистр фиксации адреса блока
дешифратора помещается адрес управляющего регистра. Адрес регистра фиксирует-
ся и операции с выбранным регистром производятся до получения генератором сиг-
нала о смене адреса.
Данные, поступающие от регистра фиксации адреса/дешифратора адреса и состо-
яние двунаправленных буферов, задают функцию генератора: неактивен, фиксация
адреса, чтение или запись данных. Эти состояния формируются блоком дешифрации
сигналов управления.
БЛОКИ ЗВУКОВОГО ГЕНЕРАТОРА
Основными блоками являются:
- тональные генераторы, формирующие для каждого канала основную тональную
частоту;
- генератор шума, формирующий для каждого канала последовательность импуль-
сов псевдослучайной длительности;
- смесители,4 осуществляющие объединение выходных сигналов тональных гене-
раторов и генератора шума для каждого из каналов;
- регулятор амплитуды - вырабатывает управляющие сигналы для цифро-анало-
гового преобразователя (ЦАП), задающие образец амплитуды сигнала, выдаваемого
генератором в данный момент времени;
- генератор огибающей - вырабатывает образец огибающей, используемый для
амплитудной модуляции выходных сигналов каналов;
- ЦАП каждого из каналов - формируют выходной звуковой сигнал с 16 уровнями
амплитуды, задаваемых регулятором амплитуды.
ПОРТЫ ВВОДА/БЫ ВОДА
В составе ПГЗ два порта ввода/вывода (А и В). Процессор посредством их произ-
водит обмен данными с ПГЗ, не вызывая при этом генерации звуков. В AY-3-8912 порт
В не поддерживается
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПГЗ
Шестнадцать регистров разбиты на группы, задающие последовательность выпол-
нения функций генератора и их параметры. В таблице, приведённой ниже, показаны
блоки генератора и соответствующие им управляющие регистры.
УПРАВЛЕНИЕ ТОНАЛЬНЫМ ГЕНЕРАТОРОМ
(РЕГИСТРЫ RO, R1, R2, R3, R4, R5)
Каждый канал снабжён собственным тональным генератором, вырабатывающим
импульсы требуемой частоты. Эта частота получается делением частоты тактового
генератора т 1С с после,дующем делением полученного результата на 12-разрядную
величину, соответствующую программируемому периоду тона (TP). Значение 12-
разрядной величины получается путём комбинации содержимого регистров грубого и
чистого тона.
УПРАВЛЕНИЕ ГЕНЕРАТОРОМ ШУМА
(РЕГИСТР R6)
Частота требуемого шумового сигнала получается делением частоты тактового
генератора на 16 с последующим делением полученного результата на 5-разрядную
величину, которая размещается в пяти младших разрядах (В4-В0) регистра R6.
УПРАВЛЕНИЕ СМЕСИТЕЛЕМ И ВВОДОМ
ВЫВОДОМ (РЕГИСТР R7)
Регистр R7 управляет тремя смесителями тон/шум и двумя портами ввода/вывода
общего назначения.
Смесители объединяют частоты генераторов тона и шума каждого из 3 каналов.
Все возможные комбинации тон/шум программируются в шести младших разря-
дах регистра R7 (В5-В0).
Направление передачи информации в портах ввода/вывода общего назначения
(ЮЛ и IOB) задаётся состоянием двух старших разрядов регистра R7.
УПРАВЛЕНИЕ АМПЛИТУДОЙ
(РЕГИСТРЫ R10, R11, R12)
Амплитуды сигналов, генерируемых тремя цифро-аналоговыми преобразователя-
ми, задаются содержимым пяти младших разрядов (В4 - ВО) регистров R10, R11, R12,
а именно:
УПРАВЛЕНИЕ ГЕНЕРАТОРОМ ОГИБАЮЩЕЙ
(РЕГИСТРЫ R13, R14, R15)
В ПГЗ реализовано два независимых способа создания сложных форм огибающей
выходного сигнала:
1. Изменение частоты огибающей программированием регистров R13 и R14.
2. Изменение формы огибающей изменением содержимого регистра R15.
УПРАВЛЕНИЕ ПЕРИОДОМ ОГИБАЮЩЕЙ
(РЕГИСТРЫ R13 И R14)
Частота (период) огибающей образуется, во-первых, делением частоты тактового
генератора на 256 и, во-вторых, делением полученного результата на программируе-
мое 16-разрядное значение.
Эта 16-разрядная величина образуется объединением содержимого регистров гру-
бого тона огибающей (R14) и чистого тона огибающей (R13), а именно:
УПРАВЛЕНИЕ ФОРМОЙ И ЦИКЛОМ
ОГИБАЮЩЕЙ (РЕГИСТР R15)
Генератор огибающей, путём деления частоты огибающей на 16, образует и выдаёт
на регулятор амплитуды форму огибающей, представленную 16-ю фиксированными
уровнями напряжения на один цикл, и закодированными в 4-разрядном выходном
счётчике ЕЗ, Е2, El, ЕО. Требуемая форма огибающей определяется содержанием 4-х
младших разрядов регистра R15 (ВЗ - ВО). Каждый из этих 4-х разрядов управляет
генератором огибающей следующим образом:
ПАМЯТЬ ДАННЫХ ПОРТОВ ВВОДА/ВЫВОДА
(РЕГИСТРЫ R16 И R17)
Регистры R16 и R14 используются в качестве буферной памяти данных между
шиной данных "ПГЗ-процессор" (DA7 - DAO) и портами ввода/вывода (IOA7 - IOAO
и IOB7 - ЮВО). Размещение любых данных в буферных регистрах R16 и R17 никак
не влияет на генерацию звуковой картины.
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЦИФРО-АНАЛОГОВОГО
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Цифро-аналоговое преобразование осуществляется по логарифмической шкале и
в нормализованном от 0 до 1 вольта диапазоне напряжений.
Регулятор амплитуды посредством своих трех 4-разрядных выходов (по одному на
каждый канал А, В, С) осуществляет амплитудное управление цифро-аналоговыми
преобразователями каналов А, В, С, на которые подаётся от смесителя суммарный
сигнал : шум и/или тон.
На данном рисунке представлена увеличенная диаграмма формы сигнала, соот-
ветствующего комбинации 1010 разрядов ВЗ, В2, В1, ВО регистра R15.
F - частота огибающей.
U - нормализованное напряжение; F - частота огибающей.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Предельные эксплуатационные нормы:
1. Температура хранения - от -55 до +150 С
2. Рабочая температура - от 0 до +40 С
3. Напряжение питания и все другие напряжения входов/выходов по отношению
к корпусу - от -0.3 до +8.0 В.
Превышение этих норм ведёт к постепенному выходу генератора из строя. Работа
устройства в нормальных условиях характеризуется данными, приведёнными ниже:
напряжение питания - +5В +-5%
для всех входов логический "0" - 0 - 0.6 В
для всех входов логическая "1" - 2.4 - 5 В
для всех выходов, кроме аналоговых логический "0" - 0 - 0.5 В
для всех выходов, кроме аналоговых логическая "1" - 2.4 - 5 В
уровень сигналов аналоговых выходов - 0 - 6.0 Дб
тактовая частота - 1.0 - 2.0 Мгц
Приведённые выше электрические характеристики соответствуют рабочей темпе-
ратуре +25 С и нормальному напряжению питания +5 В.
Корпус микросхем может быть как пластмассовый, так и керамический.
