AY-3-8500 RetroConsole
Negli anni 70 uscirono le console di prima generazione, antenate dei moderni videogiochi. Essendo console di prima generazione rappresentavano le prime forme di videogame e segnarono l'inizio del mondo del gaming. A livello circuitale erano abbastanza semplici, tutte le funzionalita' venivano affidate ad un chip "tuttofare" che si occupava di generare l'audio, il video, ed elaborare gli input e gli output. L'azienda che realizzava questi chip era la "General Instrument", che rese disponibili tali chip a partire dal 1976. Nello specifico non si trattava di un singolo chip ma di una serie di chip che differivano da modello a modello, i giochi cambiavano e anche le funzionalita'. In questa pagina tratteremo del chip piu' famoso (il primo della serie), l'AY-3-8500. Per procurarmelo non e' stato semplice (il chip e' abbastanza raro), solitamente acquisto tutto da Aliexpress (tant'e' che su Aliexpress c'e' praticamente tutto, ogni volta che compro integrati per le riparazioni rimango soddisfatto), una volta trovata l'insersione procedo all'acquisto ma successivamente il venditore mi avvisa che non era disponibile (e sono rimasto abbastanza sorpreso). Allora mi diriggo su Ebay e fortunatamente trovo qualcosa, propongo un offerta al venditore e riesco ad acquistare 2 AY-3-8500 a 12 euro (ottimo prezzo dato che soltanto uno varia dai 10 ai 20 euro), probabilmente ha accettato l'offerta perche' erano gli ultimi rimasti.
Come potete vedere abbiamo un totale di 6 giochi disponibili (2 richiedono l'interfaccia del fucile) di cui 4 da giocare in multiplayer e 2 in single player, inoltre c'e' un settimo gioco non documentato che solo alcuni modelli possiedono (e' possibile giocarlo lasciando disinseriti tutti i giochi), il nome e' Handicap. In piu' abbiamo 4 switch per decidere la grandezza delle piazzole, la velocita' della pallina, le sue angolazioni e il rientro automatico della pallina in gioco.
Il segnale video e' in bianco e nero (e' possibile generarlo a colori utilizzando un chip aggiuntivo: AY-3-8515) ed e' generato grazie all'unione di 4 segnali video + un quinto segnale di sincronizzazione. Ognuno dei quattro segnali video genera un elemento preciso (Campo da gioco + punteggio, Pallina, 2 Piazzole), il segnale di sincronizzazione serve appunto a sincronizzare i quattro segnali video uniti per scandire correttamente l'immagine. L'uscita video viene poi inviata ad un modulatore VHF che tramite il jack dell'antenna (RF) del televisore fornisce il video. Cosa c'e' sostanzialmente nel circuito complessivo?
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Diamo uno sguardo al pinout:
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A destra potete osservare le immagini del core interno (grazie a Sean Riddle per il decap). La particolarita' di questo integrato sta nel fatto che non e' un microcontrollore, di conseguenza non esegue alcun codice, tutto il processo e' gestito interamente da transistor, il videogame e' "dead bug" cioe' letteralmente privo di bug o glitch. L'audio, il video, la meccanica di gioco, e' tutto un gioco di stati logici gestito dai transistor.
Tornando al progetto, durante tutta la fase di costruzione mi sono affidato ad un vecchio televisore portatile in bianco e nero a tubo catodico dato che i nuovi televisori LCD non tollerano un segnale video "debole", in questo modo sul tubo catodico avrei potuto vedere il segnale video anche se estremamente debole (senza ricevere l'avviso "nessun segnale" come succede sugli LCD). In aggiunta, ho utilizzato l'ingresso del segnale video composito per convertire il segnale video da VHF a video composito (in modo da scartare il circuito del modulatore ed utilizzare un normale ingresso video invece dell'antenna). |
Una volta montato tutto il circuito su breadboard mi accorgo (come ben immaginavo) che il segnale video (dopo aver risolto problemi di oscillazione che causavano il de-sync) e' molto debole. Al posto della doppia porta OR a quadruplo ingresso originariamente prevista, per unire i 4 segnali video, ho utilizzato 4 semplici diodi 1N4148 unendo tutti i catodi tra di loro, poi il segnale video "completo" l'ho collegato sulla base di un transistor 2N2222, al collettore ci ho messo l'alimentazione e all'emettitore il segnale di sincronizzazione + il cavo video composito (e 2 resistori che vanno a massa da base ed emettitore). Una volta amplificato il segnale video con il transistor l'immagine si vede forte e chiara, e procedo quindi a saldare tutto il circuito su una basetta aggiungendo una sezione circuitale di alimentazione (che fornisce 7.90V).
Dopo aver completato il circuito su basetta effettuo alcune misure di tensione per assicurarmi che tutto stia funzionando ma all'improvviso noto un problema alla quale non avevo fatto caso, il punteggio dopo qualche secondo dall'accensione sparisce. Provo ad alimentare il circuito con l'alimentatore da banco fornendo la tensione che ho utilizzato durante la costruzione (6.50V) e il problema sparisce, sostituisco l'AY-3-8500 con il secondo che ho acquistato (leggermente diverso esteticamente) e lo alimento col circuito di alimentazione della basetta (7.90V), dopo che mi sono accertato che non ci siano problemi lo rimetto a posto e inserisco nuovamente l'AY-3-8500 di prima. Stranamente uno funziona senza problemi a 8V (il secondo) mentre l'altro funziona solo in un range tra 6.40V a 6.80V (il primo). Per ovviare al problema ho inserito due diodi 1N4007 in serie in modo da abbassare la tensione di 0.70V per diodo, per un totale di 1.40V ed una tensione finale di 6.45V (7.90V-1.40V= 6.5V). |
A livello termico i diodi utilizzati per abbasare la tensione da 8V a 6.5V si comportano in modo ottimo (solitamente utilizzando questa tecnica i diodi devono dissipare una grande quantita' di energia scaldando un bel po'), anche grazie al fatto che il circuito integrato assorbe una quantita' ridicola di corrente (tipica 40mA, massima 60mA). Il trasformatore che ho utilizzato e' provvisto di avvolgimento primario per i 220v AC, e due avvolgimenti secondari, S1 che fornisce 7V e 160mA ed S2 che fornisce 11V e 140mA. Ho utilizzato S2 per compensare la conversione da AC a DC e la tensione di Drop-Out (2.5V circa) del regolatore di tensione (7808, 8V, 1.5A). Il regolatore di tensione scalda un po', per farlo lavorare meglio aggiungero' un'aletta di raffreddamento; anche l'AY-3-8500 scalda un po' ma va benissimo cosi'. A destra ho inserito lo schema originale con le modifiche che ho apportato.
Qui sotto ho allegato i datasheet dell'AY-3-8500.
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Visualizzazione/Monitor
Per visualizzare il segnale video, dopo aver costruito il circuito ho abbandonato la piccola tv portatile a tubo catodico e ne ho presa un'altra che ho trovato un bel po' di tempo fa (aveva tutta la plastica della scocca distrutta quindi l'ho rimossa), che dona alla console un effetto piu' vintage. Purtroppo questa tv portatile a differenza dell'altra non possiede alcun ingresso video ne' radiofrequenza (per l'antenna). L'unico ingresso disponibile e' un jack 3.5mm per le cuffie. Quindi ho iniziato ad analizzare il circuito per trovare un punto di ingresso dove collegarmi con il cavo video composito, a gestire tutto l'apparato televisivo c'e' un integrato di nome "KA2915" (che si occupa di pilotare il tubo catodico), dando uno sguardo al pinout noto un pin interessante chiamato "Video Output" (pin 5, genera la schermata "a puntini") quindi procedo interrompendo la pista e collegando il mio segnale composito e BAM! visualizzo tutto correttamente sul tubo. Inoltre ho dovuto anche cercare un punto di ingresso per l'audio, localizzo l'amplificatore audio (AN7110) e sul datasheet trovo il pin di input e mi ci collego con un'altro cavo RCA e tutto funziona.
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Dopo aver ottenuto audio e video mi occupo della taratura dello schermo poiche' il quadro era leggermente inclinato e una parte del campo da gioco non era visibile sullo schermo. Per regolare i parametri video ci sono 3 potenziometri raggiungibili dall'esterno dello chassis della tv e 4 potenziometri contenuti all'interno posti sulla PCB. Inoltre sul cinescopio ci sono le 2 bobine di deflessione orizzontale e verticale che se ruotate permettono di girare l'immagine e due leve per regolare la posizione del quadrante sullo schermo. Qui sotto potete osservare una foto con le bobine di deflessione notevolmente girate e una foto a lavoro completato con tutti i parametri correttamente regolati. Ora non resta che unire il tutto in uno scatolo per rendere solido e stabile il progetto.
Datasheet dell'amplificatore audio e dell'integrato di controllo del cinescopio:
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