- Разработать максимально компактный простой в повторении интерфейс PS/2 Kempston Mouse для шины ZX BUS.
- Исходники прошивок микроконтролллеров / CPLD, схема и разводка платы должны быть полностью открыты.
- Сигнал WAIT микропроцессора не должен использоваться.
Не входит в требования:
- Поддержка USB мыши. Объем аппаратной и программной поддержки USB стека в микроконтроллере не соответствует сложности задачи.
Контроллер доступен как 3 8-разрядных регистра кнопок и осей X/Y MKEY, MX, MY по следующим адресам портов:
#FADF 1111 1010 1101 1111 BUTTONS #FBDF 1111 1011 1101 1111 MX #FFDF 1111 1111 1101 1111 MY
- Биты 0-2 регистра MKEY соответствуют инвертированным значениям левой, правой, средней кнопок мыши.
- Бит 3 регистра MKEY зарезервирован под четвертую кнопку мыши и всегда равен 1.
- Биты 4-7 регистра MKEY хранят значение оси mouse wheel, если она поддержана (начальное значение %0000). Если ось mouse wheel не поддержана, всегда содержат %1111.
При переполнении 8-bit значений координат осей происходит перенос значения.
Спецификация оси mouse wheel была публично зафиксирована в сообщении в Fido эхоконференции REAL SPECCY
Дополнительная информация: https://speccy.info/Kempston_Mouse
Original Kempston Mouse Interface (1986)
ZX-Ревю 1995 #1
[схема]
KEMPSTON-MOUSE
(С) М.Свечков (схема), К.Мехедов (программа) 1995
![[схема]](/proboterror/ZX_BUS_Mouse/blob/main/history/zx-review_1995-01.png){kind=link}
Фирма Scorpion & Д.К. (Санкт-Петербург 1995-97)
Контроллер IBM PC-клавиатуры и мыши
Публикации:
ZX Format #01 (31 октября 1995)
On-Line #15 (17 декабря 1995)
On-Line #16 (24 декабря 1995)
Схема от Михаила Кондратьева (17 апреля 1995)
Интерфейс Kempston Mouse от Create Soft (Максим Романов, Mad Max & RML) (Санкт-Петербург)
ZX-Format #5 (12 декабря 1996)
[screenshot]
Схемa KEMPSTON MOUSE
(С) Mad Max
![[screenshot]](/proboterror/ZX_BUS_Mouse/blob/main/history/zx-format_5.png){kind=link}
Spectrofon #20 (12 октября 1996)
[text]
[screenshot]
[схема]
ZX-SPECTRUM и МЫШЬ
(C) Владимиp Лаpьков, 1996, Санкт-Петербург
![[screenshot]](/proboterror/ZX_BUS_Mouse/blob/main/history/spectrofon_20.png){kind=link}
![[схема]](/proboterror/ZX_BUS_Mouse/blob/main/history/spectrofon_20_kempston_mouse.png){kind=link}
AY Mouse
ZX Power #1 (12.10.1996)
В ЗАЩИТУ БЕДНОЙ МЫШКИ
(C) V.M.G., Харьков
Optron #13 (12 июня 1998)
[screenshot]
Kempston mouse
(C) Рашпиль, Сергей Филимонов
![[screenshot]](/proboterror/ZX_BUS_Mouse/blob/main/history/optron_13.png){kind=link}
ZX Club #09 (31 октября 1998)
[screenshot]
Kempston mouse
(С) SERGIUS PUZZLER / PROXIMA
![[screenshot]](/proboterror/ZX_BUS_Mouse/blob/main/history/zx-club_9.png){kind=link}
Adventurer #11 (31 июля 2000)
[screenshot]
Описание на подключение Kempston MOUSE (простая и маленькая схема)
(C) Паршуков XN0ByS Юрий/CPU
![[screenshot]](/proboterror/ZX_BUS_Mouse/blob/main/history/adventurer_11.png){kind=link}
Deja Vu #0A (30 сентября 2000)
[text]
[screenshot]
Схема Kempston Mouse Interface (v2.1) на БИС KP580BB55A
(C) Felix Knajzev
![[screenshot]](/proboterror/ZX_BUS_Mouse/blob/main/history/dejavu_0a.png){kind=link}
Поддержка оси mouse wheel
DonNews #19 (26 февраля 2003)
[screenshot]
KEMPSTON MOUSE INTERFACE
(C) Bit/XXL
![[screenshot]](/proboterror/ZX_BUS_Mouse/blob/main/history/donnews_19.png){kind=link}
Схема контроллера мыши на AT89C2051 (MSC-51)
Опубликовано в ZX-Net эхоконференции HARDWARE.ZX (21 Aug 2000)
(C) Eugene Stahov 1999-2000
Микроконтроллер AT89C1051/AT89C2051, исходный код прошивки закрыт.
Использует сигнал WAIT при опросе регистров интерфейса.
PS/2 -> Kempston Mouse Adapter v2.0
Опубликовано в Fido эхоконференции ZX.SPECTRUM (2003-01-10)
(C) 1999-2000 Studio STALL (Eugene Stahov)
(C) 2003 Kamil Karimov
Микроконтроллер AT90S2313 (или AT90S1200), исходный код прошивки закрыт.
Использует сигнал WAIT при опросе регистров интерфейса.
PS/2 -> Kempston Mouse Adapter v4.0
[схема]
(C)2010 Kamil Karimov
Не использует сигнал WAIT.
Для обеспечения работы контроллера без торможения Z80 микроконтроллер ATTiny2313 работает на частоте 20 Мгц.
Исходный код прошивки микроконтроллера закрыт.
![[схема]](/proboterror/ZX_BUS_Mouse/blob/main/history/zxkm4.png){kind=link}
The Kempston Mouse Turbo Interface 2006/2008/2011 by Velesoft and Ben Versteeg
PC Mouse and Kempston joystick Interface for the Sinclair ZX Spectrum
Поддержка master/slave mouse, mouse wheel.
Микроконтроллер PIC16F84A + CPLD XC9572X
Исходный код прошивки микроконтроллера закрыт.
Z-Controller
(C) Алексей Жабин KingOfEvil 2007
Позволяет подключать к ZX Spectrum стандартную клавиатуру и мышь с интерфейсом PS/2, IDE-устройства, карты флеш-памяти стандарта SD. Устройство предназначено для установки в слот ZX Bus.
Документация
Микроконтроллер КР1878ВЕ1 + CPLD EPM7128SLC84
Closed source
ZX Evolution
(C) NedoPC 2010
Периферийный контроллер ATMEGA128
PS/2 интерфейс клавиатуры и мыши
Open source
ZX_Multi_Card ZXMC1/ZXMC2
(C) caro Kamil Karimov 2005
Поддерживает:
- IBM AT клавиатуру - эмулирует стандартную клавиатуру Спектрума;
- PS/2 мышка - эмулирует Кемпстон мышку (с колесом);
- RS232 - поддержка внешнего модема с адресацией по Кондратьеву.
- Часы реального времени (RTC)
Closed source
Схема контроллера Kempston Mouse для Nemo-BUS (модификация схемы из Spectrofon #20)
(C) Prusak 2016
Контроллер для USB клавиатуры и мыши
[github]
(С) Игорь Матвеев @azx987sa 2023
Микроконтроллер CH9350
Closed source
Для реализации была выбрана связка ATmega8 + EPM3032.
Общая идея контроллера Kempston Mouse на ATmega+EPM3032, схема включения и выбор битов адреса для дешифрации портов были взяты из Deltagon 1.5 (C) Евгений Королёв @djking26, Игорь Матвеев @azx987sa.
Прошивка ATmega для обработки протокола написана на языке C.
Аппаратные прерывания ATmega по фронтам сигналов PS/2 MDATA/MCLK и таймеры не использовались для большей понятности кода. Тем не менее, сигналы MDATA/MCLK подключены к входам INT1/INT0 микроконтроллера.
Реализация регистров интерфейса, схемы дешифрации адресов и формирования сигнала IORQGE для CPLD EPM3032 выполнена на языке VHDL.
Текущая реализация использует 30 из 32 macrocells в CPLD EPM3032 c отключенными битами оси mouse wheel в регистре кнопок мыши, 35 macrocells при включении битов оси mouse wheel.
Попытка перенести реализацию на AHDL пока закончилась таким же потреблением macrocells.
Теретически возможно использование менее доступной и более дорогой CPLD EPM3064 или оптимизация модели в VHDL и распределения ресурсов в CPLD.
При подаче питания на контроллер до прихода первого пакета событий от PS/2 мыши в регистры MKEY, MX, MY всегда записываются значения 0xFF, 0x80, 0x60.
При отключенной поддержке оси mouse wheel в старших 4 битах регистра MKEY %1111, при включенной поддержке начальное значение оси %0000.
Формирование сигнала IORQGE/ происходит исходя из общих битов адресов портов A0,A1,A7,A5/ и сигнала M1/.
Отладка устройства проводилась на Pentagon 2024 и сверялась с эмулятором Unreal Speccy 0.39.0, выбранным как референс реализации. Работа на других клонах ZX Spectrum не проверялась.
Условная эквивалентная схема контролллера в CPLD:
На некоторых платах с неправильной реализацией IORQGE теоретически возможен конфликт с портом Kempston Joystick.
PS/2 мышь может требовать задержку перед инициализацией после подачи питания. Решено перезагрузкой контроллера после 2 секунд ожидания инициализации устройства PS/2.
| Ref | Qnty | Value | Cmp name | Footprint | Description |
|---|---|---|---|---|---|
| C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 | 8 | 0.1u | C | Capacitor_SMD:C_1206_3216Metric | Unpolarized capacitor |
| C9 | 1 | 10u | C_Polarized | Capacitor_Tantalum_SMD:CP_EIA-6032-28_Kemet-C_Pad2.25x2.35mm | Polarized capacitor |
| C10 | 1 | 22u | C_Polarized | Capacitor_Tantalum_SMD:CP_EIA-6032-28_Kemet-C_Pad2.25x2.35mm | Polarized capacitor |
| J4 | 1 | Mini-DIN-6 | Mini-DIN-6 | Connector_Mini-DIN_Female_6Pin_2rows | 6-pin Mini-DIN connector |
| J5 | 1 | Conn_02x03_Odd_Even ISP | Conn_02x03_Odd_Even | Connector_PinHeader_2x03_P2.54mm_Vertical | |
| J7 | 1 | Conn_02x05_Odd_Even JTAG | Conn_02x05_Odd_Even | Connector_IDC-Header_2x05_P2.54mm_Vertical | |
| R1 | 1 | 2.2K | R | Resistor_SMD:R_1206_3216Metric | Resistor |
| R2, R3 | 2 | 4.7K | R | Resistor_SMD:R_1206_3216Metric | Resistor |
| R4, R5, R6, R7 | 4 | 10K | R | Resistor_SMD:R_1206_3216Metric | Resistor |
| U1 | 1 | ATmega8A-U | ATmega8A-U | Package_QFP:TQFP-32_7x7mm_P0.8mm | 16MHz, 8kB Flash, 1kB SRAM, 512B EEPROM, TQFP-32 |
| U2 | 1 | EPM3032ALC44 | EPM3032ALC44 | Package_LCC:PLCC-44_THT-Socket | CPLD MAX3000A MCs:32 IOs:34 [PLCC-44] |
| U3 | 1 | AMS1117-3.3 | AMS1117-3.3 | Package_TO_SOT_SMD:SOT-223-3_TabPin2 | 1A Low Dropout regulator, positive, 3.3V fixed output, SOT-223 |
IC Socket PLCC-44 THT DIP
Разъем J4 PS/2 зеленый с прямыми ушками.
Разъемы программаторов J5, J7 - любой pin header 2x03, 2x05 2.54mm. Запаивать их не обязательно.
Конденсаторы C9, C10 линейного преобразователя напряжения танталовые согласно datasheet.
Отладочные компоненты:
| Ref | Qnty | Value | Cmp name | Footprint | Description |
|---|---|---|---|---|---|
| R8, R9 | 2 | 2.2K | R | Resistor_SMD:R_1206_3216Metric | Resistor |
| J6 | 1 | Conn_01x04 Debug | Conn_01x04 | Connector_PinHeader_1x04_P2.54mm_Vertical |
Нужно установить AVR SDK: WinAVR-20100110
Сompile:
make clean make all
Собранная прошивка с включенной поддержкой mouse wheel и отключенным отладочным выводом на OLED дисплей.
Для сборки и заливки прошивки CPLD необходима бесплатная версия ПО Quartus II Web Edition версии 9.1 SP2 / 13.0 SP1
Последовательность компиляции и прошивки:
- File/Open Project
- Processing/Start Compilation
- Tools/Programmer
- При необходимости выбрать программатор USB Blaster через Hardware Setup
- Для файла скомпилированной прошивки mouse_controller.pof выбрать Program/Configure и Verify.
- Start.
Для прошивки ATmega можно использовать программатор CH341A и ПО NeoProgrammer V2.2.
Последовательность прошивки:
- Убедиться, что микроконтроллер доступен и определяется через SPI: Нажать Detect.
- Если контроллер не определяется, то возможна ошибка соединения проводов с программатором, отсутствие контакта в разъеме ISP, ошибки сборки, в микроконтроллере могут быть прошиты fuses для использования внешнего кварцевого резонатора.
- Выставить Fuses через соответствующий диалог, нажать Write.
Low High 0xC4 0xD9
- Открыть файл .hex прошивки через Open File.
- Через Write IC сделать Erase/Write/Verify.
При некоторой сноровке гребенки разъемов ISP и JTAG можно не припаивать, а прижать под углом на время прошивки.
Для прошивки по JTAG может быть использован дешевый аналог Altera USB Blaster.
Несколько более дорогие аналоги USB Blaster на FT245+CPLD возможно более совместимы в установке и работе (не проверялось).
Доступные дешевые аналоги Altera USB Blaster Rev.c на CH552G условно работоспособны, нужно обновление прошивки программатора.
Требуется WCHISPTool и прошивка CH552_Blaster_v22.2.27.hex
Подробнее: Прошивка китайского USB-Blaster на основе CH552G
Драйвер программатора устанавливается из папки установки quartus/drivers/usb-blaster
После запайки в плату всех компонентов помимо CPLD и обвязки JTAG, в первую очередь преобразователя питания 5V=>3.3V, при подаче питания 3.3V на разъем JTAG с программатора напряжение питания падает до ~2V.
CPLD определяется в Quartus, но не прошивается.
Нужно подать на плату внешнее питание 5V через разъем ISP или слот ZX-BUS.
На практике при отладке плата успешно перешивалась на лету на включенном Pentagon 2024.
Требуется особая осторожность при подключении программаторов через USB, необходимо выполнять на выключенном устройстве.
Бывшие в употреблении чипы EPM3032 могут быть залочены и не видны через JTAG интерфейс. Можно попытать удачи в процедуре unlock, или заказать у другого поставщика.
Включение поддержки mouse wheel в регистре кнопок контроллера:
register_key: register_generic_3_state
generic map(data_width => 3)
port map(DI(2 downto 0), D, C => to_stdulogic(MKEY), OE => MKEY_SEL);
заменить на:
register_key: register_generic_3_state
port map(DI, D, C => to_stdulogic(MKEY), OE => MKEY_SEL);
Целевым устройством указать EPM3064.
Текущая реализация использует 35 macrocells вместо 30. На EPM3032 доступно 32 macrocells, на EPM3064 64 macrocells.
Работа mouse wheel проверялась на EPM3032 с отключенной одной из осей X/Y. Работа с EPM3064 не тестировалась.
ПО для тестирования интерфейса: MousTest (C) 2012 Patrik Rak - Raxoft
Для отладки интерфейса PS/2 можно использовать OLED I2C Display 128x32. Должны быть запаяны резисторы подтяжки I2C SDA/SCL R8, R9.
Припаивать дисплей не нужно, достаточно контакта в разъеме I2C под собственным весом дисплея.
В Makefile нужно включить отладочный код и пересобрать с библиотекой OLED for AVR mikrocontrollers:
CFLAGS += -DDEBUG=1Можно отследить шаги инициализации устройства PS/2, тип устройства, обработку осей, кнопок и колеса мыши.
- Общая идея контроллера Kempston Mouse на связке ATmega+EPM3032, схема включения и выбор битов адреса для дешифрации портов: Deltagon 1.5 (C) Евгений Королёв @djking26, Игорь Матвеев @azx987sa
- @Alex_Eburg - ZX BUS PCB Prototype Board
- Black_Cat - BC Info Guide #7. Стандартизация ZXBus интерфейсов и шин. (c) Black_Cat 2011-2020
- Adam Chapweske - PS/2 Mouse/Keyboard Protocol (C) 1999, The PS/2 Mouse Interface (C) 2003
- Kris Chambers - Arduino/Wiring Library for interfacing with a PS2 mouse
- Patrik Rak raxoft - MousTest
- Sylaina - OLED for AVR mikrocontrollers library
- Velesoft - RUSKA VERZE KEMPSTON MOUSE - скриншоты статей из электронных журналов
- Zxdn - Электроника/схемы устройств - Клавиатуры, мыши
- Калинин Вячеслав/newart - zxpress.ru
- @AMM - поддержка в начальном запуске