De Motorola 68HC11 is een 8-bit microcontroller die in 1985 op de markt kwam. De 68HC11 is afgeleid van de Motorola 6800 microprocessor en wordt breed toegepast in de automobielindustrie, barcode lezers, mobiele robots en een groot scala van andere microcontroller-toepassingen.
De 68HC11 microcontroller was een tijdje het lievelingetje van Elektor, het internationale elektronicatijdschrift.
De 68HC11 staat centraal in het Rug Warrior project van Jones en Flynn.
De BC108 (en BC107 en BC109) zijn de eerste generatie generiek toepasbare NPN transistoren, ontwikkeld door Philips en Mullard en in 1966 voor het eerst op de markt gebracht. Transistoren zijn toepasbaar als traploos-variabele stroom- en spanningsversterkers, of als electronische schakelaars. In eerste instantie werden de transistoren in een TO18 behuizing geproduceerd, maar later werd door de opkomst van epoxy en andere kunststoffen ook de nu veel bekendere TO92 behuizing toegepast. De BC548 is een moderne variant van de BC108. De BC108 kan maximaal 100mA verwerken bij spanningen tot 80 volt. De maximale dissipatie was (en is, met de moderne varianten) 300mW.
De germaniumtransistor werd in 1947 uitgevonden door Bell Labs’ John Bardeen, Walter Brattain en William Shockley. De eerste op silicium gebaseerde transistor werd geproduceerd door Texas Instruments in 1954. Dit was het werk van Gordon Teal, een expert in het produceren van zeer zuivere kristallen, die daarvoor bij Bell Labs werkzaam was. Hoewel men vaak als meervoud ’transistoren’ gebruikt, is het Nederlandse meervoud officieel ’transistors’. In het jargon van elektronici spreekt men overigens van ’tor’ en ’torren’. Veelgebruikte type transistors zijn de BC547 (NPN) en BC557 (PNP) die binnen grote marges voor veel doeleinden inzetbaar zijn.
Apple’s iPhone uit 2007 is de eerste echte smartphone die model heeft gestaan voor alle smartphones die erop volgden. Hoewel er vóór 2007 voldoende telefoons waren met een aanraakgevoelig beeldscherm en organisers die eenvoudig in een broekzak pasten, was de Apple iPhone het eerste apparaat met een volwaardig besturingssysteem (OS X met een Unix kern), een betrouwbaar (capacitief) aanraakscherm, en een speciaal voor vingerbediening ontwikkelde gebruikersinterface. De meegeleverde toepassingen waren dusdanig uitontwikkeld dat ze de gebruiker een gevoel van ‘zo moet het zijn’ gaven en vanaf dat moment wilde iedereen ‘een iPhone’.
Android bestond op dat moment op toestellen met knoppen en het zou bijna twee jaar duren voordat Samsung met een eerste iPhone-kloon, gebaseerd op Android, op de markt kwam. Na enkele jaren was er bijna niemand meer, die geen smartphone had die leek op een iPhone.
Naast, of misschien zelfs nog wel meer dan, de Zilog Z80 is de MOS Technology 6502 microprocessor bepalend geweest voor de ontwikkeling en evolutie van computers zoals we die vandaag kennen. Een microprocessor bevat alle functies van een processor (accumulator, programmateller, statusregister, stackpointer en arithmetic logic unit) in een enkele chipbehuizing. Een lange lijst van home computers, maar ook randapparatuur en spelconsoles, werden ontworpen en geproduceerd met een 6502 als kloppend hart.
De 6502 werd ontworpen door een klein team van chipontwerpers die daarvoor bij Motorola aan de 6800 microprocessor hadden gewerkt. Hoewel er inhoudelijke verschillen zijn, lijken de chipontwerpen van beide microprocessoren veel op elkaar. Een rechtszaak met Motorola kon dan ook niet uitblijven, maar werd onderling geschikt; mogelijk omdat enkele van de patenten op de 6800 bij ontwerpers van de 6502 lagen.
Een single board computer, de KIM-1, werd door MOS Technology ontworpen en geproduceerd om hobbyisten de mogelijkheid te geven om met de 6502 bekend te raken. Dit bleek een populair product, evenals de Apple I, die in 1976 werd geïntroduceerd. De 6502 werd vervolgens gebruikt in de Commodore PET en de Apple II, die beide in 1977 het licht zagen. In dat jaar en de jaren erop werd de 6502 gebruikt in home computers en game consoles van onder andere Atari (2600, XL, 400/800), Commodore (VIC-20, 64) en Nintendo (NES).
MOS Technology werd in de begindagen vrij snel overgenomen door Commodore omdat ‘moederbedrijf’ Motorola met verschillende rechtszaken dreigde en voldoende grond had om die te winnen.
De Intel 4004 is de eerste processor die volledig op één chip is gebouwd. Intel lanceerde deze in 1971 en noemde het een microprocessor, om onderscheid te maken met eerdere processoren waarvan de onderdelen in verschillende chipbehuizingen (of systeemdelen) waren ondergebracht. Maar hoewel Intel de eerste was die een microprocessor op de markt bracht, ligt het patent bij Texas Instruments, die het ontwerp voor de TMS1000 eerder had gemaakt maar deze toen nog niet op de markt had gebracht.
De 4004 is een 4-bits-processor. Hij kan maar met 4 bits tegelijk bewerkingen doen. Bewerkingen met getallen van 16 (24) of groter moet hij in meerdere stappen doen. Het tientallig (BCD) rekenen verraadt waar hij oorspronkelijk voor ontwikkeld is: voor kantoorrekenmachine.
De 4004 heeft 2300 transistors. Zoveel waren er in die tijd nog nooit op één chip geplaatst. De 4004 heeft een instructieset van 46 instructies, 41 van 8 bits en 5 van 16 bits, en hij heeft een maximale kloksnelheid van 740 kHz.
Intel ontwikkelde in 1969 vier chips voor een rekenmachine van een Japanse klant; de chipfamilie bestond uit de 4004 microprocessor, passende ROM- en RAM-chips en een I/O chip. In 1971 werden de rechten van het ontwerp teruggekocht en bracht Intel de vier chips onder eigen naam op de markt, vergezeld van een postercampagne getiteld “Announcing a new era of integrated electronics”.
De Intel 8080 was een 8-bits microprocessor ontworpen en gefabriceerd door Intel vanaf april 1974. Een microprocessor bevat alle functies van een processor (accumulator, programmateller, statusregister, stackpointer en arithmetic logic unit) in een enkele chipbehuizing. De 8080 werd gebruikt de MITS Altair 8800 en de IMSAI 8080, waarmee de basis gelegd werd voor machines met het CP/M-besturingssysteem. De grootste concurrent in die tijd was de 6502 van MOS Technology. De ontwerpers van de processors begonnen na een verschil van mening met Intel hun eigen fabriek en brachten de kloon Z80 op de markt. Die processor is veel uitgebreider maar verder volledig compatibel met de 8080 en bracht een microcomputer revolutie teweeg.
Twee jaar nadat Zilog de markt voor microprocessoren van Intel had afgesnoept met de Z80 kwam Intel met een geheel nieuwe microprocessor, de Intel 8086. Een microprocessor bevat alle functies van een processor (accumulator, programmateller, statusregister, stackpointer en arithmetic logic unit) in een enkele chipbehuizing. Mogelijk omdat de oorspronkelijke ontwerpers van de 8080 nu Zilog hadden opgericht was de 8086 niet backwards compatible met de 8080. Belangrijk verschil met zijn voorganger was de 16-bits architectuur en 20-bits adresbus. Dit laatste maakte een groter geheugenbereiken tot 1MB mogelijk en daarmee aanzienlijk grotere programma’s en complexere user interfaces. Het nadeel was echter dat geen van de oude generatie interface chips kon worden hergebruikt. Intel bracht daarom vrij snel een 8088 uit, een 8086 met extern een 8-bits databus. Deze 8088 microcroprocessor werd door IBM in de eerste generatie IBM PC’s gebruikt.
“Kunnen wij ook en beter”, moet start-up Zilog gedacht hebben toen Intel met hun 8080 microprocessor op de markt kwam; de Zilog Z-80 (later als ‘Z80’ gespeld) uit 1976 was een kloon van compatible met de 8080 met extra registers en adresseringsmogelijkheden, voor een veel lagere prijs. Enkele jaren daarvoor had MOS Technology, opgericht door ontwerpers die bij Motorola de 6800 microprocessor hadden ontwikkeld, net de 6502 microprocessor uitgebracht. De Z80 was net als de 6502 een instant succes en het duurde tot ver na 1984 voordat Intel opnieuw marktleider werd met de Intel 8088. Wat volgde was het tijdperk van de single board computers zoals de Micro Professor, de Radio Shack TRS-80 model 1, home computers zoals de Sinclair ZX80, en een hele horde Z-80-gebaseerde MSX computers.
Een microprocessor bevat alle functies van een processor (accumulator, programmateller, statusregister, stackpointer en arithmetic logic unit) in een enkele chipbehuizing. Zilog werd opgericht door enkele van de Intel medewerkers die de Intel 4004 en 8080 microprocessors hadden ontworpen. Het is opvallend dat Intel nooit werk heeft gemaakt van hun weggelopen designers en dat de opvolger van de 8080, de Intel 8086, niet backwards compatible was.
De Z80 had een 8-bits architectuur met een 16-bits adresbus, hetgeen een maximum adresseerbaar geheugen van 64K mogelijk maakte. De Z80A-processor werd toegepast in de Tandy TRS-80 computer, de Sinclair ZX80, ZX81 en ZX Spectrum homecomputers, de MSX-homecomputers, de Amstrad CPC, de Philips P2000, de professionelere Exidy Sorcerer en veel CP/M-computers. Maar ook bijvoorbeeld in de dam- en schaakcomputers (Checker Challenger en Chess Challenger) van Fidelity. Tegenwoordig wordt de Z80 nog gebruikt in diverse apparaten, zoals taxameters en grafische rekenmachines, zoals de Texas Instruments TI-84 Plus.
In een tijd waarin veel mensen nog geen televisie hadden, zwart-wit televisies nog eerder regel dan uitzondering waren, we geen afstandsbediening hadden en waarin Chriet Titulaer nog geen enkel boek over onze toekomst met computers had geschreven kan er niet een meer bijzondere chip op de markt zijn gekomen dan de AY-3-8500. Voor de consument was het een onzichtbaar onderdeel, verstopt in een plastic doosje met de opdruk ’tennis’ of ‘squash’ erop dat moest worden aangesloten op de antenne-ingang van de zwart-wit televisie.
Het Amerikaanse General Instrument bracht met de AY-3-8500 een eenvoudig voor fabrikanten van speelgoed te implementeren ’televisie tennis’ chip uit, die gretig door hen werd gebruikt om een eigen variant van tennis op de televisie naar de massa te brengen. De chip had weinig meer nodig dan een printplaat, batterijvoeding en een hoogfrequent uitgang als televisie uitgang. Twee regelbare weerstanden, een 6-standenschakelaar en een plastic behuizing naar keuze maakte het product af.
De 7 mogelijke spellen heetten ’tennis’, ‘soccer’, ‘squash’, ‘practice’, ‘rifle game 1’, ‘rifle game 2’ en ‘handicap’. De chip had een geluidsuitgang die eenvoudige sinus-gebaseerde geluiden voortbracht om aan te geven dat een ‘bal’ geraakt of gemist was.
De Motorola 6800 is een microprocessor die werd ontwikkeld door Motorola en vlak na Intel’s 8080 in 1974 op de markt werd gebracht. Een microprocessor bevat alle functies van een processor (accumulator, programmateller, statusregister, stackpointer en arithmetic logic unit) in een enkele chipbehuizing. Een kloon instructie-compatible versie van de 6800, de MOS Technology 6502, werd toegepast in veel game consoles en home computers zoals de Atari 2600, Atari 400/800, Apple II, Commodore VIC-20, Acorn Atom en Nintendo Entertainment System (NES).
De opvolger van de 6800, de Motorola 68000 die werd uitgebracht in 1979, werd toegepast in de Apple Macintosh en de Sinclair QL.
Trinitron is een door Sony ontwikkelde technologie voor kleurenbeeldbuizen. De Trinitrontechnologie werd door Sony ontwikkeld in de jaren 1960. Trinitron is een beschermde merknaam. In tegenstelling tot de beeldprojectie bij klassieke kleurenbeeldbuizen staan de elektronenkanonnen in één lijn en wordt het beeld op een schaduwmasker van verticale lamellen geprojecteerd. Door de verticale lamellen draagt meer oppervlakte van het beeld bij aan de lichtopbrengst. In alle geval meer dan bij de constructie waar de elektronenkanonnen en het schaduwmasker in een driehoekspatroon staan. Ook is de convergentie eenvoudiger.
Kenmerkend voor de Trinitron is de stabilisatiedraad. Dit is een horizontale draad die het schaduwmasker stabiliseert. Deze is – voor de oplettende kijker – net zichtbaar als een donkere horizontale lijn in beeld. Grote schermen hebben in sommige gevallen twee stabilisatiedraden. Ondanks deze stabilisatie wordt het beeld (tijdelijk) vervormd bij mechanische schokken. Een ander kenmerk van Trinitron is de vorm van de beeldbuis: waar andere beeldbuizen een kromming hebben die lijkt alsof de voorzijde uit een grotere glazen bol is uitgesneden, lijkt de voorzijde van de Trinitron beeldbuis alsof deze uit een grote glazen cylinder is uitgesneden. Alleen horinzontaal is een bolling zichtbaar, de beeldbuis is vertikaal nagenoeg vlak.
Naast honderden verschillende Trinitron televisiemodellen, van heel klein tot kamervullend groot, kwam de Trinitron technologie ook beschikbaar voor apparaten van andere fabrikanten. Zo was de Macintosh Color Classic van Apple uitgevoerd met een kleine Trinitron beeldbuis.
De afgelopen 50 jaar hebben toegezien op parallelle ontwikkelingen in computer architectuur, chipfabricatie en massaproductie. De microprocessor is hiervan een tekenend resultaat, dat voor het eerst in 1971 een commercieel succes werd door de introductie van de 4-bit 4004 van een toen nog klein en onbekend bedrijfje genaamd Intel. Veel bedrijven volgden Intel’s voorbeeld en tegen het eind van de jaren ’70 kon je uit een half dozijn microprocessoren kiezen. In die jaren explodeerde het aantal computergebruikers van een handvol ondernemende hobbyisten en technisch onderlegde ‘hackers’ naar miljoenen zakelijke, industriële, ambtelijke, educatieve en thuisgebruikers, die allemaal de beschikking hadden over relatief betaalbare computeroplossingen.
Gelijktijdig aan de microprocessor, gebruikmakend van dezelfde ontwikkelingen ontstond de microcontroller, met de TMS1000 van Texas Instruments als lichtend voorbeeld. Microcontrollers zijn voor het grote publiek veel minder als eindproduct bekend dan de veel vaker genoemde microprocessoren, hoewel termen als ‘Arduino‘ en ‘ESP32’ ook bij de gemiddelde consument bekend beginnen te raken. Het grote publiek is zich echter zeer bewust van het feit dat ‘iets’ verantwoordelijk is voor de slimmigheid in huishoudelijke apparaten zoals broodroosters, koffiemachines, televisies, ovens, wasmachines, koelkasten, elektrische tandenborstels en ontelbare andere ‘gadgets’.
Een microcontroller bestaat intern uit een microprocessor, werkgeheugen, programmaopslaggeheugen en I/O voorzieningen. Dit maakt het in veel opzichten een regelcomputer-in-een-chip, waarbij er slechts een externe voedingsspanning nodig is om een programma uit te voeren. De eerste microcontroller was de TMS1000 van Texas Instruments (1974), gevolgd door de 8048 van Intel (1977). Een opvolger van de 8048 was de 8051 (1980), met als speciale uitvoering de hier beschreven 8052AH-BASIC (1986).
Het grootste verschil tussen microprocessoren en microcontrollers is gelegen in hun toepassingsgebieden: waar de microprocessor bedoeld is voor generieke toepassingen is de microcontroller bedoeld voor besturingstoepassingen met minimale externe componenten. Zo heeft een microprocessor over het algemeen geen intern geheugen, terwijl een microcontroller dat wel heeft. Een microcontroller heeft veel meer bitvergelijkingsinstructies en overwegend een beperktere instructieset die vooral op snelheid is ingericht. Ook de mogelijkheden om met andere chips en direct met digitale en analoge elektronica te communiceren is bij een microcontroller meer uitgemeten dan bij een microprocessor.
De MCS-51 is een familie van microcontroller IC’s, ontwikkeld, geproduceerd en op de markt gebracht door Intel, gebaseerd op de archetype 8051. Andere IC-fabrikanten zoals Siemens, Advanced Micro Devices (AMD), Fujitsu en Philips zijn gelicentieerde fabriekanten van deze microcontrollers. De microcontrollers uit de MCS-51 familie zijn geoptimaliseerd voor besturingstoepassingen voor ondermeer de automobielindustrie met in de instructieset een verscheidenheid aan adresseringsmodi, handige 8-bits rekenkundige instructies, ínclusief instructies voor vermenigvuldigen en delen en ondersteuning voor één-bit variabelen met bijbehorende bitmanipulatiemogelijkheden.
In de tabel zijn enkele van de MCS-51 microcontrollers weergegeven met hierbij aangegeven de hoeveelheid interne geheugen. Het interne gebeugen ligt in hetzelfde adresbereik als het externe geheugen, wat de uitwisselbaarheid van de microcontrollers vergroot.
Een speciale variant van de 8052AH, de 8052AH-BASIC, heeft een af-fabriek in het maskeerbaar ROM ondergebrachte drijvendekomma-BASIC genaamd MCS-BASIC, een terminalserver en een EPROM programmeercircuit voor de opslag van programma’s. Intel bracht deze 40-pins microcontroller in 1986 op de markt.
De 8052AH-BASIC was bij de introductie in 1986 om verschillende redenen bijzonder: het bevatte een eenvoudige terminalserver met een ingebouwde editor, zodat programma’s met een seriële terminal of terminalemulatieprogramma beheerd konden worden. Ook de ingebouwde MCS-51 BASIC maakte deze microcontroller speciaal. Nog niet eerder was er een besturingschip met een ingebouwde hogere programmeertaal beschikbaar geweest.
Elektuur kwam met het november 1987 nummer met het ontwerp van een microcontrollerboard gebaseerd op de 8052AH-BASIC, ongeveer rondom de tijd waarin ik zelf ook voor mijn studie met deze microcontroller bezig was. Het ontwerp was opgebouwd rondom een 8052AH-BASIC V1.1, twee 6264 RAM’s, een 2764 of 27128 EEPROM, wat bus logica, een programmeerspanning-beveiliging, RS232 niveau-aanpassing en een reset-schakelaar.
De opgebouwde microcontroller was een dubbelzijdige, doorgemetaliseerde printplaat met afmetingen van 10×15 centimeter. Twee connectoren maakten I/O en busuitbreidingen mogelijk. Op de printplaat zaten, buiten de 8052AH-BASIC micocontroller, twee RAM-chips, een EPROM-voet en enkele logicachips. De seriële ansluiting voor een terminal of computer met terminalsoftware bestond uit een 5-polige DIN aansluiting, in die tijd bekend als audioconnector waarmee audioapparaten onderling konden worden verbonden. De toepassing hiervan was niet standaard (een 9-polige D-connector was hier toepasselijker geweest), zodat er een kabel op maat gemaakt moest worden. Twee leds en een schakelaar maakten het geheel af. De printplaat was voorzien van montagegaten zodat het eenvoudig in een behuizing kon worden ingebouwd, een en ander overgelaten aan de creatieve vaardigheden van de constructeur.
Na het aansluiten van een geschikte terminal aan de 5-pins DIN-aansluiting en het inschakelen van de voeding werd een prompt op de terminal getoond en kon een programma worden ingetoetst:
*MCS-51(tm) BASIC V1.1*
READY
>10 FOR I=1 TO 3
>20 PRINT I
>30 NEXT I
>RUN
1
2
3
READY
>Op de prompt konden enkele commando’s worden gegeven: RUN, LIST, NEW, NULL, RAM, ROM, XFER, PROG, BAUD, CALL en variaties hierop. Met LIST (of LIST met een regelbereik) werd het programma (of een deel hiervan) naar de terminal teruggegeven. Een regel werd gecorrigeerd door deze opnieuw in te voeren.
De geplaatste EPROM kon vanuit de controller worden geprogrammeerd met het commando PROG en programma’s konden eenvoudig vanuit de EPROM worden opgestart met het commando ROM. Programma’s konden slechts met UV-licht uit de EPROM worden gewist:
>LIST
10 FOR I=1 TO 3
20 PRINT I
30 NEXT I
READY
>PROG
12
READY
>NEW
READY
>LIST
READY
>ROM 12
READY
>LIST
10 FOR I=1 TO 3
20 PRINT I
30 NEXT I
READY
>De 8052 microcontroller werd gebruikt als DSP processor op de Creative SoundBlaster serie geluidskaarten voor PC’s.
Philips bracht in 1974 een nieuwe serie elektronica-experimenteerdozen op de markt. Deze EE2000 serie die volgde op de populaire EE1000 serie was veel moderner wat design betrof: in het oog sprongen de blauwe plastic montage platen en (bij de grotere dozen) het schakelpaneel. De serie werd 2 jaar later uitgebreid met de EE2010 serie, die modernere IC techniek had. De serie kon heel eenvoudig gestart worden met de EE2040 (groen), de iets uitgebreidere EE2050 (rood), en voor de echte grote starters de EE2003 (licht blauw).
De EE2040 was de eenvoudigste begindoos van de EE2000 elektronica-experimenteerdoosserie van Philips. Alle schakelingetjes werden op 1 montageplaat gebouwd. Met de weinige componenten waren goede experimenten te doen en leuke schakelingen op te bouwen, waaronder een (regelbare) toongenerator, knipperlicht en vloeistofpijl-indicator. Diegene die met deze doos startten maakten al kennis met de PNP transistor, si-diode, instelpotmeter en druktoets. De jonge experimenteerders konden met deze doos vanaf 8 jaar kennis maken met de elektronica.
De EE2000 serie werd ondermeer verkocht in de souvenierswinkel van het Evoluon in Eindhoven.
Forrest M. Mims III is een amateurwetenschapper, columnist en auteur van verschillende populaire elektronica boeken. Zijn bekendste zijn de handgeschreven en handgetekende Engineer’s Notebooks die vanaf 1979 via Radio Shack werden verkocht. De schakelingen waren voorzien van inspirerende teksten en afbeeldingen en de boeken moeten een grote groep jonge mensen in de jaren ’80 van de vorige eeuw een duwtje in de richting van praktiserend elektronica hebben gegeven.
