POKEY

From Atariki

Aktualna wersja

Pot-Keyboard Integrated Circuit - wielofunkcyjny układ LSI. Stosowany w 8-bitowych komputerach Atari, konsoli 5200, niektórych kartridżach do konsoli 7800 oraz w części gier salonowych produkcji Atari.

Numery katalogowe

• Standard: C012294
• PORKEY (wersja ze zintegrowanymi multiplekserami 4051B, prototyp): C020574
• MEG (wersja CMOS): C021463
• QUAD POKEY: C024425

Przeznaczenie

Służy do generowania dźwięku, kontroli interfejsu szeregowego (SIO), obsługi manipulatorów analogowych (wiosełek - paddle) i klawiatury. Poza tym POKEY zawiera cztery układy zegarowe oraz generator liczb pseudolosowych i jest głównym - ale nie jedynym - źródłem przerwań IRQ. Układ ma 29 rejestrów i zajmuje adresy $D200-$D2FF.

Transmisja szeregowa

Protokół transmisji pojedynczych bajtów

Protokół transmisji urządzeń podłączonych do szyny szeregowej (zob. Gniazdo SIO) jest zdefiniowany następująco:

• 1 bit startu (0)
• osiem bitów danych
• brak kontroli parzystości
• 1 bit stopu (1)
• 19200 bitów na sekundę
• poziom +4 V oznacza logiczną jedynkę, a 0 V - zero.

Dane transmitowane są w kolejności od najmłodszego bitu. Szybkość transmisji 19200 bitów na sekundę nie dotyczy magnetofonu kasetowego, gdzie określona jest na 600 bitów na sekundę.

Układ POKEY działa jako UART, przejmując na siebie podział bajtów, wpisanych przez system do rejestru wyjścia szeregowego (SEROUT), na pojedyncze bity i wyemitowanie ich na złącze szeregowe z zaprogramowaną częstotliwością, lub scalenie napływających z urządzenia bitów w bajt i przekazanie go w rejestrze wejścia szeregowego (SERIN).

Szybkość transmisji

Szybkość transmisji programowana jest przez OS przy użyciu połączonych w parę dzielników 3 i 4 (AUDF3 i AUDF4), do których doprowadza się sygnał o częstotliwości głównego zegara systemu, czyli 1773447 Hz w systemie PAL albo 1789772,5 Hz w systemie NTSC. Szybkość tę możemy obliczyć według następującego wzoru:

baud = (F/2)/(R+7)

gdzie F to wspomniana wyżej częstotliwość bazowa, a R - wartość wstawiana do rejestru układu POKEY. Żądaną wartość licznika dla znanej prędkości możemy obliczyć po przekształceniu tego wzoru:

R = ((F/2)/baud)-7

Szukana wartość (tzw. HS Index) to R po zaokrągleniu do najbliższej całkowitej.

Normalnie ustawianą przez system operacyjny wartością R jest 40. Teoretycznie ma to odpowiadać szybkości 19200 bitów na sekundę, z podanego wzoru wynika jednak, że w rzeczywistości jest to 18866,45 bps w systemie PAL oraz 19040 bps w systemie NTSC. W praktyce szybkość transmisji nieprzyspieszanej może wahać się w zakresie od 17734,46 bps do 20152,8 bps (19200 bps ±5%; odpowiada to wartościom dzielnika POKEY-a z zakresu od 43 do 37, w systemie PAL).

Możliwości układu POKEY nie kończą się jednak na szybkości 20 kbps. Niektóre możliwe do wygenerowania szybkości transmisji przedstawia poniższa tabela:

Oczywiście wartość dzielnika częstotliwości może mieć i wyższe wartości, do 65535 włącznie (co daje 13,6 bps).

Magnetofon

Dla magnetofonu domyślną wartością rejestru jest 1484, co odpowiada szybkości 594,7 bps. Szybkość tę podczas transmisji komputer dostosowuje w pewnym zakresie do bieżących potrzeb wynikłych np. z nierównomiernego przesuwu taśmy bądź jej rozciągnięcia itd.

Odczyt z magnetofonu przeprowadzany jest tak samo, jak komunikacja z innymi urządzeniami. Do zapisu danych na magnetofon stosowany jest tryb dwutonowy, gdzie logicznej jedynce odpowiada ton o częstotliwości 5278 Hz, a zeru - o częstotliwości 3958,56 Hz (w systemie PAL; odpowiednio są to wartości 5 i 7 dla rejestrów AUDF1 i 2).

Przydźwięk I/O

Podczas odczytu szeregowego na wyjściu audio komputera pojawia się dźwięk sygnalizujący, że transmisja jest w toku. Dźwięk ten jest generowany automatycznie przez POKEY-a, a źródłem jest kanał audio użyty jako generator częstotliwości (normalnie AUDF3/4) dla wejścia szeregowego.

Sposób generowania dźwięku jest dość prosty. Podczas odczytu z dyskietki na wyjściu AUDIO (pin 37) pojawia się sygnał prostokątny 1Vpp (Voh=~5V, Vih=~4V). Na każdy odebrany bajt - dziesięć okresów (start, 8 bitów danych, stop) o częstotliwości równej prędkości transmisji. Przy 19200 bps jest to oczywiście zbyt wysoka częstotliwość, aby była słyszalna. To co słychać, to krótka (ok. pół bitu) przerwa na synchronizację generatora, pomiędzy bitem stopu bajtu n a bitem startu bajtu n+1 (czyli ton o częstotliwości ok. 1800 Hz); i, oczywiście, dłuższe przerwy między odbieranymi bajtami 'A' i 'C' (patrz SIO).

Przebiegi sygnałów audio i data in podczas odczytu z magnetofonu - wykres z analizatora stanów logicznych.

Z odczytem z kasety jest bardzo podobnie - najpierw odbiór dwóch bajtów $AA (ustalenie częstotliwości taktowania - brak dźwięku na wyjściu), potem prawie dokładnie tak samo jak dla dysku, czyli dziesięć okresów częstotliwości taktowania na każdy odbierany bajt, z synchronizacją generatora każdym kolejnym bitem startu. Amplituda sygnału jest o około połowę mniejsza niż przy odczycie z dysku. Dodatkowo pojawia się (prawdopodobnie losowo - nie zauważa się jakiejś zależności - na oko z prawdopodobieństwem bliskim 0,5) modulacja dźwięku podstawowego częstotliwością 31,666 kHz o znacznie większej amplitudzie (łacznie 4Vpp) - ale raczej bez znaczenia dla brzmienia. To, co słychać, to ton podstawowy ~600 Hz z nałożoną częstotliwością synchronizacji bajt/bajt - ~ 60Hz. Okresowa (na blok danych) zmiana brzmienia pochodzi stąd, że dla każdego bloku występuje pewna niedokładność określenia częstotliwości taktowania (nieco inna wysokość tonu podstawowego), a ona z kolei powoduje inną długość przerw na synchronizację bajt/bajt.

Nie ma żadnej zależności między zawartością danych a generowanym dźwiękiem. Wrażenie, że jest inaczej, powstaje raczej wskutek przesłuchów i zakłóceń na połączeniach SIO w przypadku stacji dysków, w przypadku magnetofonu - przesłuchów pomiędzy ścieżką danych a (zazwyczaj pustą) ścieżką audio itp.

Jak napisano, przydźwięk kontrolny generowany jest tylko podczas odczytu, ale jednak zapis też nie jest całkowicie bezgłośny: w przypadku "normalnych" urządzeń szeregowych SIO (tj. wszystkich oprócz magnetofonu) źródłem dobiegających wtedy z głośnika postukiwań czy też chrupnięć są nadsyłane przez urządzenie potwierdzenia odbioru komend i danych. Natomiast zapis na magnetofon jest, jak napisano powyżej, realizowany akustycznie w trybie dwutonowym, stąd dźwięk.

Przydźwięk można wyłączyć zerując rejestr systemowy IOSNDEN ($41), co powoduje, że procedury szeregowe OS-u redukują głośność w kanale AUDF3/4 do zera i dźwięk milknie; normalnie zaś stosowanym poziomem głośności jest 8.

Zobacz też

• Rejestry POKEY-a
• QUAD POKEY
• HOKEY
• PokeyMAX
• Evie

Odnośniki zewnętrzne

• POKEY CO12294 - oryginalna dokumentacja. Zawiera wewnętrzne schematy
• Wersja HTML dokumentacji
• Opis końcówek
• POKEY w Wikipedii