Een zelfbouw, PTT-goedgekeurd, 200 gulden 1200 baud modem (okee, 75 baud upload, magertjes) was in 1986 het summum voor de homecomputer- en vroege PC-bezitters die verbinding wilden maken met andere computers (nee, er was nog geen internet in die tijd) en Elektuur verraste heel Nederland ermee in het meinummer van dat jaar. Je kon een printplaat en frontplaat bij Elektuur bestellen, de overige onderdelen met enige moeite bij de lokale elektronicahandel bemachtigen en na een weekendje solderen was je online. Ik herinner me mijn exemplaar: in die tijd inelkaar gezet door werkelijk overal onderdelen vandaan te halen en met wasknijpers de telefoondraden op z’n plek te houden. De TCM3105 was lastig, en de lijntrafo werd een scheidingstrafo die normaal voor audiodoeleinden gebruikt werd. En gelukkig waren Okaphone en Telec er om je te helpen. En dan naar het dichtstbijzijnde BBS bellen om daar software te scoren, of op de fora rond te snuizen. Of naar Gandalf, de portselector van de RUG, en met één hop door naar de Cyber. Gave tijden waren dat.
“Van zelfstudie tot procesbesturing,” presenteerde elektronica-maandblad Elektuur het mogelijke toepassingsgebied van de Junior Computer in maart 1980, een zelfbouwproject waarvoor ze ook de printplaten en het monitorprogramma beschikbaar stelde. Het maartnummer introduceerde de single board computer in hoofdlijnen, later dat jaar zou er een boek beschikbaar komen met alle details. De Junior Computer was een door de MOS Technology KIM-1 geïnspireerde computer met eenzelfde 6502 microprocessor, een soortgelijk zes-voudig 7-segmentsdisplay en een toetsenbord met een stevige aanslag. Opvallend was dat het display en toetsenbord aan de soldeerzijde van de printplaat waren gemonteerd, en de ‘interessante onderdelen’ zoals CPU en geheugen aan de onderzijde.
Een boek, getiteld ‘Een volwassen computer voor beginners’ (deel 1), bevatte alle artikelen rondom de opbouw en de zelfbouw van de Junior Computer die vanaf het maartnummer in Elektuur zouden worden gepubliceerd. Latere publicaties zouden meer aandacht besteden aan uitbreidingen en gebruikstoepassingen.
Bill of Material Junior Computer
Printplaat EPS 80089-1 (computer) en EPS 80089-2 (display)
Weerstanden 1/4 watt 330k, 6 x 3k3, 4k7, 330, 7 x 68, 2 x 2k2, 2 x 68k
Condensatoren 10p keramisch, 47µ/6V, 2 x 100n MKH, 10 x 1µ/35V tantaal
Halfgeleiders 6502, 2708, 6532, 2 x 2114, 2 x 74LS145, 556, 2 x 74LS00, 2 x 74LS01, ULN 2003, 1N4148
22 digitast schakelaars, 1 x digitast met led, dubbelpolige schakelaar, enkelpolige schakelaar
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.
Configuraties in de MCS-51 familie van microcontrollers
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.
Intel 8052AH-BASIC, een 8052AH microcontroller uit de MCS-51 familie met firmware in maskeerbaar ROM
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.
Schema van de 8052AH-BASIC V1.1 schakeling
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.
Elektuur’s 8052AH-BASIC board, voorzien van twee RAM IC’s en een EPROM voet
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
>
Elektuur is een maandblad over elektronica dat wordt uitgegeven door Elektor International Media bv. Sinds de oprichting in 1961 door Bob W. van der Horst is Elektor een toonaangevend en vooruitstrevend uitgeefhuis met een grote schare trouwe volgers, met name ook in de professionele sector. In de jaren ’70 en ’80 van de vorige eeuw was het tijdschrift een “must” voor de elektronica liefhebber. Het tijdschrift was baanbrekend in synthesizers (Formant), microcomputers (SC/MP, de Junior computer, 8052 Basic board, etc.), versterkers en luidsprekerontwerpen. Er verschenen ook vele speciale uitgaves (bv. de “Luidspreker special”) over deze onderwerpen. Van een aantal ontwerpen zijn nog steeds speciale sites op het internet te vinden. De Elektuur was innovatief (al was dat woord nog niet in de mode) en eigenwijs. Het blad gaf ook vaak print (PCB) ontwerpen. Vaak kant en klaar te koop, maar menig armlastig student heeft tot de jaren 80 deze proberen te reproduceren met fotokopieën en zuurbaden.
Beroemd was de vakantieuitgave “de halfgeleidergids” met vaak meer dan 100 ontwerpen. De eerste uitgave hiervan was in 1964, gevolgd door een jaarlijkse herhaling. Het was een uitgave om naar uit te kijken, met veel gedetailleerde schakelingen met meer-of-mindere praktische toepassing. Sommige gepubliceerde schakelingen kwamen niet veel verder dan een theoretische overweging van een onderwerp, terwijl andere op een stukje gaatjesprint konden worden opgebouwd. Verschillende artikelen hadden een bijbehorend printontwerp, terwijl andere een specifiek ontworpen behuizing bij de publicatie hadden. De halfgeleidergids had een hoog herlees-gehalte en veel schakelingen waren pareltjes van vernuft. Meer berucht was het artikel “het lek van de Elektuur” waar fouten in het de maand daarvoor gepubliceerde ontwerpen werden gecorrigeerd. Menig abonnee wachtte een maandje of twee voordat hij (zelden een zij) aan het project begon. De Elektuur had ook humor. De halfgeleidergids bevatte vaak een onzin ontwerp en sommige series werden met stripjes van ironisch commentaar voorzien. Vaak waren ook in de tekst of naam van het project (de “Stentor” versterker) grappige opmerkingen opgenomen.
Zo rond 2005 begon de interesse voor de halfgeleidergids af te nemen. De layout van het blad spoorde niet goed meer met de aard van de schakelingen: een groter lettertype, brede marges, grote witruimten sloten niet meer aan bij de behoefte aan veel tekst, veel details en veel puzzelgenot van de lezers. Ook probeerde het maandblad in het algemeen te hard om ‘voor iedereen’ geschikt te zijn en veel ‘leerzame’ teksten te publiceren, voorbijgaand aan het feit dat een groot deel van de charme van het vakgebied zit in het moeten puzzelen, steeds opnieuw lezen van teksten en zelfstudie. De leerzame teksten sloten in het geheel niet aan bij de wat meer gevordere lezer, die de Elektuur daarom links begonnen te laten liggen.
In 2022 publiceerde Elektor, de nieuwe naam voor Elektuur, voor het eerst de ‘Circuit Special’, een dankbare poging om de charme van de halfgeleidergids nieuw leven in te blazen. In eerste instantie heette de heruitgave nog ‘Summer Circuits’, maar vanaf 2023 ontstond de definitieve nieuwe naam, ‘Circuit Special’.
Met behulp van de Parallax BASIC Stamp, wat losse elektronica, enkele Lego-blokjes en -motoren is op eenvoudige wijze een compacte en programmeerbare mini-robot te maken. De Elektuur Lego Buggy is daar een mooi voorbeeld van: alles heel klein, maar toch flexibel en veelzijdig.
