| PIC32MXで作るMZ80エミュレータ（VGA出力）の製作 | 2022.7.25 |
１．はじめに
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NTSCで映像出力します。 |
約９年前（2013.11.3)にMZ-80エミュレータを製作しました。 この時は、ブラウン管式のアナログTVに映し出せるようにNTSC信号で映像を出力しました。
現在では、アナログ放送も終了しブラウン管TVも無くなってしまいました。そこで、パソコンのディスプレーに映し出せるように、VGA（640x480ドット）で映像出力するエミュレータを製作してみました。
前回はランニングエレクトロニクスで販売されている'SBDBT32'マイコン基板を使いましたが、マイコンのピン割り当ての都合で、'REPIC32SD'という別の基板を使いました。こちらの基板は、 簡易ドライブレコーダの製作で一度使ったことがあります。
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VGAコネクタは中古のビデオカードからの流用です。 |
4GBのSDカードを使いました。 |
２．使い方
前回製作したエミュレータと同様、SDカードにエミュレータの動作に必要なモニターROMやCGーROMのファイルを格納しておきます。
エミュレータとディスプレーをDサブミニ15ピンのVGAケーブルで接続します。USBコネクタにUSBキーボードを差し込み、＋５VのACアダプタをVGAコネクタの横にある電源ジャックに接続します。
本体が正常に動作すると、ディスプレーに、モニターの起動開始画面が表示されます。左右上下の表示位置がずれている場合にはディスプレー側で調整を行います。
これ以降の操作については、前回製作のエミュレータと同じです。詳細は、前回の製作記事を参考にしてください。
３．製 作
３−１ 回路
回路は右の通りです。'REPIC32SD'基板の回路そのものではなくそれと等価な回路で描いています。
基板は異なるもののマイコンチップは前回と同じ'PIC32MX695H512H'です。回路やピン割り当てはほとんど前と同じです。PICのファームウエアも映像出力を除いて前の物をそのまま流用しています。
NTSCの出力では、水平同期信号と垂直同期信号は複合されているので１ピンの割り当てで済みましたが、VGAの出力では、水平同期信号と垂直同期信号は分離されているので２ピンの割り当てが必要となりました。
ビデオの映像信号については、VGAでは、本来、RED(赤),GREEN(緑),BLUE(青)の３色を必要とするのですが、MZ-80ではモノクロ表示ですので、RGBのG（緑）だけ出力することにします。これにより、映像信号の出力処理は、VGAにおいてもNTSCの時と同じ考えで製作出来ます。
ファームウエアは、MPLAB IDE で c32 Cコンパイラーで作成しました。プロジェクトファイル一式はこちらです。
３−２ VGA信号の生成
VGAの信号は次のように作成しました。タイマー２（T2）と出力比較モジュール１(OC1)を使って同期信号を生成、映像信号は SPI3 で出力しました。
タイマー２のクロックを40MHzに設定します。水平同期信号は、31.469KHz ですので、その周期は、40MHzクロックで換算すると1271クロック(40MHz/31.469KHz=1271)となります。
水平同期パルスのパルス幅は4μsec ですので クロック換算で160クロックです。タイマー２と出力比較モジュール１(OC1)の設定を次のように行って、その出力ピン RD0 から水平同期信号を出力しました。
// timing parameter
#define H_LINE_CPS 1271 // 40MHz/31.469KHz=1271
// 40MHz/1271=31.471KHz
// (1/40MHz)*1271=31.775usec
#define H_SYNC_CPS 160 // (1/40MHz)*160=4usec
// set Timer2
T2CON = 0x0010; // prescale 1:2 40MHz
TMR2 = 0;
PR2 = H_LINE_CPS-1;
// set OC1(RD0) for Horizontal sync signal
OC1CON = 0;
OC1R = H_SYNC_CPS;
OC1RS = PR2;
OC1CONbits.OCM = 0b101; // continues pulse
次に垂直同期信号ですが、こちらはタイマー２の割込み処理で、出力ピン RD10 をトグルすることで生成しました。水平走査１回毎に割込みが発生しますので水平走査線数 525 本毎に垂直同期信号を作ります。
具体的には フロントポーチ区間、垂直同期パルス区間、バックポーチ区間、映像表示区間、の４区間(ステート)に分割して、VGA信号全体の生成を行っています。
映像表示区間においては、OC2Rをクロックカウンターとして動かし、OC2Rの割込み処理の中でSPI3の送信割込みを許可し、映像信号を出力するようにしています。、
// 垂直同期ステートにより分岐
switch(VState){
case ST_V_BP: // バックポーチ区間
case ST_V_FP: // フロントポーチ区間
V_SYNC_OUT = 1;
break;
case ST_V_SYNC: // 垂直同期パルス区間
V_SYNC_OUT = 0;
break;
case ST_V_SIGNAL: // 映像表示区間
if(v_gate){
OC2R = H_SYNC_CPS; // + H_BP_CPS; // 映像開始までの遅延(SPI3の送信開始遅延を考慮）
OC2CON = 0x8001; // ワンショット L->H
}
if((Line & 0xF) == 0){
Lptr = VPtr; // saved begin address of line
LrvsPtr = VrvsPtr;
}else{
VPtr = Lptr; // restore begin address of line
VrvsPtr = LrvsPtr;
}
cgrom=cgROM[((Line++)>>1)&0x7]; // set read line
break;
}
解像度についてです。VGAは 640x480ドットですが、MZ-80は、320x200ドットです。640ドット表示の映像信号のクロック周波数は25.175MHzですが、この約半分の13.333MHzのクロックでSPI3を動かし、320ドット表示にしています。、
縦は水平走査２ラインで文字の縦１ドットを表示するようにしました。これで縦25行の文字表示に水平走査 400ラインを使います。残りの80ラインは、フロントポーチ、バックポーチに含めました。
詳細は、ソースコードvideo_vga.cを参照ください。
VGA出力の確認は、ディスプレーの調整画面にて確認しました。その時の様子が下の写真です。
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の出力が確認出来ました。 |
３−３ VGA表示例
実際にVGAで表示したのが下記の写真となります。
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枠も綺麗に表示出来ている |
MZ-80のカセットテープ読み出しのエミュレートではSDカードに格納されているファイル一覧をメニュー表示するのですが、前回の製作ではメニューの枠の表示がずれる不具合がありましたが今回は修正しています。