O que há dentro da SEGA MEGA KEY?. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Os leitores muitas vezes se deparam com o fato de que os equipamentos que lhes interessam (ou que necessitam de reparos), principalmente os de fabricação estrangeira, não vêm acompanhados de descrições técnicas, diagramas esquemáticos ou mesmo diagramas estruturais. Isso cria dificuldades quase intransponíveis no reparo e ainda mais na repetição e melhoria de tais dispositivos. No entanto, uma saída pode ser encontrada. Como fazer isso é descrito neste artigo usando o exemplo do expansor "Mega Key-2" para os populares consoles de videogame de 16 bits "Sega Mega Drive" e "Sega Mega Drive-2". O autor conseguiu não só compreender os princípios de seu funcionamento, mas também fabricar um dispositivo semelhante a partir das peças disponíveis.

Os fãs de jogar nos consoles de vídeo Sega de 16 bits sabem que alguns cartuchos só funcionam quando conectados por meio de um dispositivo especial - um expansor. Estes incluem, por exemplo, as séries licenciadas "Super Sonic", "Earth Worm Jim", etc. O fato é que tanto os próprios consoles Sega quanto os cartuchos para eles, dependendo dos padrões de televisão adotados nos diferentes países, são produzidos em diversos modificações. Os extensores "Mega Key" garantem sua compatibilidade.

Quem pensa que “Mega Key” significa “chave muito grande” provavelmente está enganado. Uma tradução mais plausível é “chave para “Mega”. Externamente, o expansor é muito semelhante a um cartucho de jogo normal, mas possui dois interruptores deslizantes de pequeno porte e dois conectores de 64 pinos: um plugue (é inserido no “CARTRIDGE ”Soquete do console) e um soquete para o cartucho.

Usando os interruptores, você pode selecionar um dos vários padrões de televisão, diferindo no número de linhas de decomposição da imagem, taxas de quadros e métodos de codificação de informações de cores. Normalmente no corpo do expansor ou nas instruções do mesmo existe uma tabela semelhante à tabela. 1, que lista países ou padrões de televisão e indica as posições correspondentes dos interruptores. Por exemplo, a coluna “EUA & BRASIL” refere-se ao padrão adotado nos EUA e no Brasil (525 linhas, 60 Hz). "JAPÃO" corresponde aos modelos asiáticos "Sega" comuns (625 linhas, 50 Hz). Às vezes, há cartuchos que funcionam quando os interruptores estão na posição "PAL & FRENCH SECAM".

Tabela 1

Atualmente, o expansor mais popular é o “Mega Key-2”, que funciona tanto com o prefixo “Sega Mega Drive” quanto com sua versão melhorada “Sega Mega Drive-2”. Compreender sua estrutura não é fácil, pois a maioria dos nós está localizada dentro de um microcircuito especializado não embalado. Os fabricantes, por razões óbvias, não têm pressa em revelar segredos. Temos que considerar o expansor uma “caixa preta”.

Lembremos que em cibernética este é o nome de um sistema no qual apenas sinais de entrada e saída estão disponíveis para um observador externo, e a estrutura interna é desconhecida por uma razão ou outra [1]. Vamos tentar entender a estrutura e o princípio de funcionamento do expansor usando níveis de análise físicos, lógicos e de tempo. A técnica descrita abaixo pode ser útil no estudo de uma ampla variedade de dispositivos eletrônicos.

NÍVEL FÍSICO

Primeiramente foi necessário analisar a topologia (desenho) da placa de circuito impresso do expansor, traçar seu diagrama de circuito, medir tensões e correntes em diversos circuitos. Descobriu-se que cada um dos 64 contatos do plugue expansor está conectado diretamente ao contato correspondente de seu soquete. O cartucho aqui inserido é conectado ao console da mesma forma que sem o expansor. Um bloco lógico é conectado em paralelo a 29 dos 64 contatos. Seu diagrama de circuito, compilado como resultado do estudo da placa de circuito impresso, é mostrado na Fig. 1. Os nomes dos sinais de entrada (A0-A22, WE2) e saída (D0, D6, D7), bem como dos circuitos de alimentação (+5 V, GND) correspondem aos aceitos nos consoles Sega [2].

A base é um microcircuito DD28 não embalado de 1 pinos preenchido com composto. A numeração de seus terminais no diagrama é arbitrária. Um nível baixo na saída Q1 permite a operação do driver de barramento DD2. Neste caso, o estado das saídas conectadas aos bits D6 e D7 do barramento de dados do processador principal do console de vídeo depende da posição dos interruptores SA1 e SA2. Um nível alto na saída Q2 do microcircuito DD1 abre o transistor VT1, cujo coletor está conectado ao bit D0 do barramento de dados. Se necessário, o chip DD2 pode ser substituído por K555AP5 e o transistor VT1 por KT3102B.

A corrente consumida pelo expansor através do circuito de +5 V em repouso é de 25...35 mA. Destes, DD1 representa não mais que 0,3 mA. Isso sugere que provavelmente é fabricado com tecnologia CMOS.

NÍVEL LÓGICO

A próxima etapa é entender a lógica de funcionamento do expansor e criar um modelo da estrutura interna do microcircuito DD1 de estrutura aberta.

Oscilogramas de sinais observados durante o trabalho com cartuchos de jogos reais mostram que pulsos únicos de polaridade negativa geralmente aparecem na saída Q1 do chip DD1 quando a alimentação é ligada e quando o botão “RESET” é pressionado. Na saída de Q2 durante o jogo, são visíveis sequências não periódicas de pulsos de polaridade positiva e alto ciclo de trabalho.

Pode-se supor que DD1 é um decodificador com duas saídas, o sinal em cada uma delas indica que o processador está acessando determinadas células de memória. Mas para determinar os endereços dessas células, é necessário passar por todas as combinações possíveis de sinais de entrada (endereços), enquanto se analisam os estados das saídas.

Nas 24 entradas do decodificador, são possíveis 224 = 16777216 combinações de sinais. É claro que é impossível classificá-los manualmente em um tempo aceitável, esta operação deve ser automatizada. O tempo para analisar cada combinação não deve ser muito curto (você pode perder uma resposta), mas não muito longo (você terá que esperar muito tempo pelo resultado). Na Fig. A Figura 2 mostra o diagrama de um dispositivo bastante simples que possibilitou realizar todo o ciclo de medição em um minuto. Também pode ser útil para estudar outros nós digitais de múltiplas entradas.

(clique para ampliar)

O oscilador mestre (DD1) opera a uma frequência de aproximadamente 500 kHz. Através dos elementos lógicos do chip DD2, é conectado a ele um contador binário de 24 bits (DD3-DD8), cujas saídas devem ser conectadas às entradas correspondentes do expansor. Quando aparecem sinais de baixo nível nas saídas D0 ou D6 desta última, o elemento DD2.1 bloqueia a contagem. Ao mesmo tempo, um dos LEDs (HL1 ou HL2) acende, indicando em qual circuito a resposta está registrada.

Neste estado, os níveis lógicos nos circuitos A0-A22 devem ser medidos. Este código será o endereço de uma célula no espaço de memória ou entrada/saída do processador, quando acessado o decodificador é “acionado”. Um nível baixo do sinal WE2 neste momento indica que provavelmente os dados estão sendo gravados, um nível alto indica que estão sendo lidos. Após pressionar o botão SB1, a busca continua. Um gatilho composto pelos elementos DD2.2 e DD2.3 elimina o “salto” dos contatos do botão.

Experimentos mostraram que o expansor responde aos sinais de entrada em dois casos: ao ler ou escrever dados no endereço 508000H e ao lê-los no endereço 600002H. Na primeira, de acordo com a posição das chaves SA1 e SA2, altera o estado dos bits D6 e D7 da célula “real” localizada em um dos chips do console ou cartucho de vídeo. No segundo, muda o bit D0 para o estado lógico 0. Deve-se dizer que isso é feito de forma “ilegal”: os sinais dos buffers de potência relativamente baixa do barramento de dados do decodificador são suprimidos por sinais poderosos do expansor, no qual quatro elementos do driver do barramento são conectados em paralelo.

Obviamente, a escolha de um driver para um ou outro padrão de televisão pelo programa do jogo depende do código no endereço 508000H. Se as chaves do expansor não estiverem na posição correta, o programa irá parar, exibindo uma mensagem semelhante a “Desenvolvido para uso somente com sistemas NTSC Mega Drive”.

O circuito equivalente do microcircuito DD1 desempacotado, obtido como resultado da análise do expansor no nível lógico, é mostrado na Fig. 3. Consiste em dois elementos de múltiplas entradas: DD1.1 (“AND-NOT”, endereço 508000H) e DD1.2 (“AND”, endereço 600002H).

NÍVEL DE TEMPO

Resta determinar o valor permitido do atraso do sinal no expansor, aumentando-o artificialmente até que ocorram falhas. Isso pode ser feito, por exemplo, conectando vários inversores conectados em série ao rompimento do fio que conecta a saída Q1 do decodificador DD1 (Fig. 1) à entrada E2 do driver do barramento DD2. Para manter a polaridade do sinal, o número de inversores deve ser par.

O experimento mostrou que o expansor funciona de forma estável mesmo com 12 elementos do microcircuito K561LN2 conectados em série, o que corresponde a um atraso de sinal de 0,5...0,7 μs. Pode ser considerado acrítico para o desempenho dos elementos ativos utilizados.

EXTENSORES CASEIROS

Assim, tendo entendido o dispositivo e o princípio de funcionamento do “Mega Key-2”, você pode desenvolver seu análogo em microcircuitos para uso generalizado. Um dos circuitos possíveis de um expansor caseiro é mostrado na Fig. 4. As funções do decodificador do expansor “proprietário” são executadas por um nó lógico nos microcircuitos DD1-DD5. Se necessário, ele pode ser usado para substituir um microcircuito de estrutura aberta com falha. Neste caso, as entradas 8 e 5 do elemento livre do microcircuito DD10 devem ser conectadas ao pino 11 do DD4, e o sinal Q1 deve ser retirado de sua saída 8.

Conectar quatro elementos conectados em paralelo de uma das metades do driver do barramento DD0 à linha D6 permite “salvar” o transistor. Para as linhas D6 e D7 foi suficiente conectar dois elementos da outra metade.

Os switches SA1 e SA2 ainda definem o padrão de televisão. Mas no dispositivo descrito eles estão conectados de forma diferente do “proprietário”, e o estado “ON” (Tabela 1) agora corresponde a uma chave aberta e “OFF” a uma chave fechada. Quando os contatos da chave SA3 são fechados, as saídas do driver do barramento passam para um estado de alta impedância e o expansor não afeta o funcionamento do decodificador de vídeo.

Todas as partes do dispositivo são montadas em uma placa de circuito impresso feita de laminado de fibra de vidro laminado com dimensões de 75x55 mm (Fig. 5). Ele foi projetado para instalação de resistores MLT-0,125, capacitor KM-5b e chaves deslizantes PD9-2 ou PD53-1 de pequeno porte.

Para substituir os microcircuitos DD1-DD6, seus análogos funcionais das séries K155, K555, KR1531, KR1533 e outras estruturas TTL são adequados. Como DD6, você pode usar não apenas microcircuitos AP5, mas também AP3 de várias séries. Como estes últimos invertem os sinais transmitidos, seus terminais 11, 13, 15 e 17 devem ser conectados não ao fio comum, mas sim ao pólo positivo da fonte de alimentação. Os contatos fechados das chaves SA1 e SA2 após tal substituição corresponderão ao estado “ON” e os contatos abertos corresponderão ao estado “OFF”.

Como o expansor é conectado em paralelo aos circuitos do decodificador e quando desligado não afeta seu funcionamento, não há necessidade de fazer um dispositivo adaptador complexo como o “Mega Key-2”. Recomenda-se colocar a placa de circuito impresso no interior da consola de vídeo (por exemplo, perto da tomada “SYSTEM”), fixando-a de forma que os interruptores SA1-SA3 possam ser controlados através da tampa lateral aberta. As placas de contato dos circuitos de entrada e saída do expansor devem ser conectadas conforme tabela. 2 com contatos de qualquer um dos conectores “SYSTEM” ou “CARTRIDGE” ou diretamente com os pinos do microprocessador MC68000.

Tabela 2

Antes de ligar pela primeira vez, inspecione cuidadosamente a instalação, certifique-se de que não haja curtos-circuitos ou interrupções. Não são necessárias configurações, basta selecionar a posição dos interruptores SA1, SA2 para que o cartucho comece a funcionar, o que se recusou a fazer isso sem expansor. Lembramos que para os modelos asiáticos da Sega, ambos, via de regra, devem estar na posição “OFF”. O expansor integrado não afeta a operação dos cartuchos “padrão”.

Literatura

1. Dicionário de Cibernética / Ed. VS Mikhalevich. - K.: Cap. Ed. USE nomeado após MP Bazhana, 1989. - 751 p.
2. Ryumik S. Recursos dos circuitos dos consoles de vídeo de 16 bits. - Rádio, 1998.

Autor: S.Ryumik, Chernihiv, Ucrânia

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