A tari - K eyboard - I nterface

Version 1.0

PC-Tastatur am ATARI 800/130!

• Anschluß jeder handelsüblichen PC Tastatur nach MF2 Standard
• 99% ATARI-kompatibel
• Verschiedene Tastaturlayouts (Sprachen)
• Geringe Einbauarbeiten, kein Abgleich notwendig
• ATARI-Tastatur kann gleichzeitig bedient werden
• Makrospeicher bis zu 60 Tastenanschläge, bleiben nach dem Ausschalten im AKI erhalten
• AKI-Software updatefähig

1. Kurzbeschreibung

Beim AKI handelt es sich um eine Interfaceplatine die es ermöglicht den ATARI 800/130 mit jeder handelsüblichen PC-AT-Tastatur ( auch mit Windows 95 Erweiterung ) zu verbinden. Die in den ATARI eingebaute Tastatur bleibt dabei gleichzeitig bedienbar. Die Erweiterungsplatine wird zusammen mit der 5poligen DIN Buchse in den ATARI eingebaut. Der Einbau ist, da nur wenige Lötarbeiten nötig sind, relativ einfach und daher auch vom Anfänger durchzuführen. Durch den Platinenaufbau ‘huckepack’ zum Tastaturchip ist das AKI mechanisch sehr stabil. AKI ist 99% softwarekompatibel da es sich zur vorhandenen ATARI- Tastatur ‘parallelschaltet’ d.h. der Tastaturchip des ATARI ist nicht in der Lage die Signale von ATARI-interner Tastatur und der PC-Tastatur zu unterscheiden. Die Platine ist durch ihren kompakten Aufbau nur wenig größer als der Tastaturchip (POKEY) selbst (ca. 25x50mm). Der im AKI eingesetzte Prozessor kann jederzeit mit einer neuen Version des AKI Programms nachgerüstet werden.*

Abb.1: Zweiter Prototyp der AKI Hardware

* Hierzu muß der PIC aus der AKI-Chip-Fassung entfernt werden, es wird weiterhin ein PIC-Programmiergät mit zugehöriger Software benötigt.

2. Einbau

Bevor Sie mit dem Einbau beginnen, sollten Sie sich die notwendige PC-AT-Tastatur besorgen. Diese Tastaturen sind teilweise schon für 20,- DM Neupreis zu erhalten. Wer glaubt, daß eine ergonomische Cherry-Tastatur notwendig ist, kann diese jedoch auch benutzen. Es sollte nur darauf geachtet werden das die Tastatur 101/102 Tasten hat, den MF2 - Standard unterstützt und einen 5poligen DIN Stecker besitzt. A l l e neuen, heutzutage erhältlichen, PC-Tastaturen tun das !!! Tastaturen mit W95 Zusatztasten können ebenfalls benutzt werden. Wer den Anscluss die filigranere Lösung durch eine PS2-Buchse vorzieht, kann diese ebenfalls einbauen. Über einen Zwischenadadpter kann die Tastatur angepasst werden falls diese nicht schon einen PS2-Stecker besitzt. Für den Anfänger ist diese Buchse vom Löten her vielleicht etwas zu diffizil und daher nicht unbedingt zu empfehlen.

Das alle Arbeiten im spannungsfreien Zustand durchgeführt werden setze ich mal voraus, ebenso eine Grundausstattung an diversen Bastelwerkzeugen (muß kein Oszi dabei sein!).

Der Einbau findet in folgenden Schritten statt (jetzt bekommt das Abschirmblech 'ne Beule!):

Der ATARI wird geöffnet, die 5polige DIN Buchse ins Gehäuse eingearbeitet. Es wird empfohlen, die Buchse mit dem Kragen außen am Gehäuse aufzulegen, Probleme mit den dicht an der Hauptbohrung liegenden Befestigungslöchern werden so vermieden. Ein mechanisch festes Verschrauben wird dringend angeraten. Die Position der Buchse in der Rückwand ist unkritisch und daher jedem selbst freigestellt. Der Ordnung halber kann man Wert auf kurze Drahtverbindungen zum AKI legen, Leitungslängen bis 50cm sind jedoch unkritisch! Vorsicht bei der Verdrahtung der Buchse zum AKI, ein längerer Kurzschluß der Betriebsspannung bekommt dem ATARI-Netzteil nicht gut, ein längeres Vertauschen der Betriebsspannung nimmt der PIC im AKI und die Tastatur sehr übel, das Vertauschen der Datenleitungen untereinander hat im allgemeinen keine größeren Folgen. 

Die Abbildung 4 zeigt den Einbau der 5poligen DIN Buchse in den ATARI 800 XL. Die Buchse befindet sich oben zwischen Buserweiterungsanschluß und dem seriellen Steckverbinder.



Die AKI-Platine wird Huckepack zum POKEY-Chip gelötet (10 Lötstellen). Wohl dem der einen ATARI mit gesockelten Chips besitzt !!! Bei gesockeltem POKEY wird dieser entfernt und das AKI aufgelötet, anschließend der POKEY wieder eingesteckt. Bei nicht gesockeltem POKEY gibt es drei Varianten. Die Erste wäre das normale Auflöten, was aber ziemlich kompliziert ist da man nur sehr schwer an die Lötstellen herankommt und ist deshalb nur den fortgeschritteneren Elektronikbastlern zu empfehlen. Die Zweite wäre man sockelt den POKEY, dies ist die beste Variante, aber ebenfalls nur für ‘Fachpersonal’ zu empfehlen. Die dritte Möglichkeit ist eine 40polige DIL Fassung ‘huckepack’ zu löten und das AKI später darin einzustecken, was jedoch das Einschneiden bzw. das Weglassen des Abschirmblechs verlangt (Das Weglassen des Abschirmblechs hat keinen Einfluß auf das sichere Arbeiten des ATARIs, es kann jedoch zu Bildverschlechterungen führen). Eventuell kann ein Kondensator, unten rechts vom POKEY, durch seine Bauhöhe (je nach eingesetzten Bauteilen) etwas stören, vorsichtiges 'Umbiegen' des Kondensators schafft dann Abhilfe.

Abb. 5: Einbau des ersten Prototyps in den ATARI 800XL, die Platine sitzt ‘huckepack’ zum POKEY.

Entsprechend der Abbildung werden jetzt noch die notwendigen Verbindungen für START, SELECT, OPTION und RESET verdrahtet.

Abb. 6: Anschluß von START, SELECT und OPTION im ATARI 800 XL (die drei Widerstände befinden sich rechts unten vom Abschirmblech).

Abb. 7: Anschluß der RESET-Leitung (gn / ws), rechts unten vom AKI.

Ebenfalls kann jetzt die Verbindung zu einer umschaltbaren RAM-Erweiterung erfolgen. Dies ist u.U. sehr produktabhängig und deshalb ohne detaillierte Informationen über die eingebaute RAM-Ansteuerung nicht möglich.

ATARI einschalten, die Funktion der normalen ATARI-Tastatur testen, wenn noch alles funktioniert, die PC-Tastatur anstecken und los geht’s ... Man kann noch im Selftest den Tastaturtest laufen lassen, das sagt jedoch nur etwas über die PC-Tastatur an sich aus, sollten einzelne Tasten nicht funktionieren liegt das zu 99% an der PC-Tastatur selbst. Sollte gar nichts funktionieren ist der Aufbau nochmals genauestens zu kontrollieren. Spätestens nach entfernen des PICs aus der AKI-Fassung sollte die alte Funktionsweise (ohne AKI) wiederhergestellt sein.

Nun aber doch noch ein paar Tips für den Fall das nichts funktioniert:

• Vorweg: Bei einer selbstgeätzten Platine sind grundsätzlich alle Verbindungen auf Haarrisse und unsauber voneinander getrennte Leiterbahnen zu prüfen! Die Dioden auf ihre richtige Polung kontrollieren! Den PIC mit der 'Nase' zum Tastatursteckverbinder einstecken!
• Mit einem Voltmeter die Betriebsspannung direkt zwischen PIN 5 (GND) und PIN 14 (+5V) messen, hier müssen 5V +-10% anliegen, sollte dies nicht der Fall sein, sind diese beiden Verbindungsleitungen (zum POKEY) zu prüfen.
• Am PC-Tastaturanschluß müssen ebenfalls diese 5V anliegen (PIN 4 und 5 der DIN-Buchse). An der PC-Tastatur sollten nach dem Zuschalten der Betriebsspannung die 3 Lämpchen kurz aufleuchten (Selbsttest der Tastatur), sollten diese nicht Leuchten, die Betriebsspannung jedoch anliegen, bestitzt die Tastatur kein Selbsttestprogramm (älteres Baujahr) oder ist defekt.
• Mit einem Logikprüfstift den RESET PIN 4 kontollieren, dieser muß Hi-Pegel haben, im Fehlerfall R1 und C1 sowie deren Verbindungen prüfen.
• An PIN 15 (16) müssen Impulse (2 / 4 MHz) anliegen, ansonsten Quartz oder PIC tauschen (Ist der PIC korrekt programmiert ???).
• An PIN 12 und 13 müssen Frequenzen von 31KHz bzw. 500Hz anliegen, falls nicht, Verbindungen zum POKEY kontrollieren (POKEY defekt ???).
• Während des Drückens einer Taste an der PC-Tastatur muß an den PINS 2 und 3 ein Impulsraster messbar sein, ebenfalls an den PINs 10 und 11 ein Ausgangssignal, im Fehlerfall die Anschlüsse zur Tastatur prüfen (CLK und DATA vertauscht ???, ist der PIC korrekt programmiert ???, PIC defekt ???, Dioden defekt oder falsch herum eingelötet ???).
• Beim Betätigen der Tasten F5, F6, F7, F8 (sowie SHIFT-F8) muß an dem jeweils zugehörigen Ausgang (PINs 6, 7, 8, 9, bzw. 17) ein statischer L-Pegel erscheinen, der RAMDISK-Anschluß (PIN 17) muß sich je nach RESET / SHIFT-RESET ändern, (PIC korrekt programmiert, PIC defekt ???).
• Nun gleichen Messungen an den Ausgängen des AKI durchführen (START, SELCT, OPTION, RESET) sollten hier diese Pegel nicht erscheinen sind die Entkopplungsdioden defekt oder falsch herum eingelötet.
  
  

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3. Tastaturbelegung

Abb. 8: PC-MF2-Standardtastatur (englische Version, Tasten 42 und 45 sind bei deutschem Layout vorhanden)

Die PC-Tastaturbelegung ist im wesentlichen identisch mit den aufgedruckten Symbolen der deutschen bzw. englischen (amerikanischen) Tastatur. Die englische Belegung ist dem ATARI ähnlicher, dem (deutschen) PC Benutzer aber vielleicht nicht so vertraut.

Tastennummern mit verschiedenen Sprachbelegungen: 3,7,8,9,10,11,12,13,22,27,28,40,41,42,45,46,53,54,55.

Hier die Sondertasten, die bei der ATARI-Emulation eine spezielle Bedeutung haben:

* es gibt ATARI-Modelle welche die Tasten F1... F4 besitzen. Diese Tasten werden vom ATARI-OS unterstützt (auch vom 800/130er OS!) und haben folgende Bedeutung:

4. Softwarekompatibilität

Wie schon gesagt, AKI ist 99% softwarekompatibel da der ATARI nicht unterscheiden kann von welcher Tastatur die Signale gesendet werden. Es gibt, soweit mir bekannt, nur drei Unstimmigkeiten die sich einstellen können:

• Die Tasten START, SELECT, OPTION, RESET, sowie BREAK, SHIFT und CONTROL, werden vom ATARI in Kombination abgefragt. Normale PC-Tastaturen können aber nur begrenzt Mehrtastendrücke korrekt auswerten, sofern es sich nicht um Umschalttasten wie z.B.: CTRL, SHIFT, ALT bzw. ALTGR handelt. Gleichzeitiges drücken anderer Tasten kann die PC-Tastatur unter bestimmten Umständen (je nach Matrixanordnung*) nicht erkennen. Dies ist PC-Tastatur abhängig. Für den ATARI Anwender ist es unter Umständen daher nicht möglich START, SELECT, OPTION und RESET gleichzeitig (F5, F6, F7, F8), oder Kombinationen aus diesen, auf der PC-Tastatur zu drücken. Bei einer von mir getesteten FUJITSU N860-8725-T853 sowie einer NCR H0150-STD1-12 konnten daher nicht START, OPTION und RESET gleichzeitig gedrückt werden, Kombinationen von nur zwei Tasten funktionieren reibungslos (wer arbeitet noch mit Kassette). Sollen diese Funktionen ausgeführt werden muß man wie gewohnt zur ATARI-Tastatur greifen. Ich bezweifle, daß das nach Herstellerangaben ‘100% kompatible TRANSKEY’ diese Funktionen beherrscht.
• Aufgrund der verschiedensprachigen Tastaturbelegnungen kann es möglich sein, daß diverse Tasten nicht direkt erreichbar sind. Dies Betrifft vorallem Benutzer die eine deutsche Tastaturbelegung eingeschaltet haben und eine andere Tastatur benutzen. Da auf einer englischen MF101 - Tastatur z.B. Taste 45 fehlt, ist es unmöglich bei gleichzeitig eingeschalteter deutscher Tatstaturemulation einen senkrechten Strich '|' hervorzubringen. Ähnliche Umstände könnten sich bei umgekehrten Hard- / Softwaeverhältnissen ergeben. (Hier wäre ich ebenfalls dankbar für Hinweise die beschreiben wie TRANSKEY mit diesen Problemen umgeht).

* Wenn es aufgrund mehrfachen Tastendrucks zum sogenannten ‘ghosting’ kommt (der Matrixcontroller der PC Tastatur erkennt Tasten die nicht gedrückt wurden) werden nur die Tasten als gültig befunden die als erstes abgetastet wurden. Dies ist in den technischen Dokumentationen zu den entsprechenden PC-Tastaturen nachzulesen.

• Tastaturmakros werden vom AKI gesendet. Bei der jetzigen Version 1.0 ist die Tastenfolgegeschwindigkeit nicht einstellbar, d.h. sehr langsame ATARI-Programme ‘verschlucken’ unter Umständen einige Tasten da sie der Makrogeschwindigkeit nicht folgen können. Die Makrogeschwindigkeit ist im Standard BASIC getestet, und funktioniert mit diesem einwandfrei. Es ist angedacht bei späteren Versionen des PIC-Programms einen Geschwindigkeitsbefehl für die Makrowiedergabe einzubauen.

Ein weiterer interessanter Effekt tritt beim schnellen Drücken zweier aufeinanderfolgender Tasten auf. Das Betriebssystem des ATARI ist nicht in der Lage innerhalb 100ms zwei verschiedene Tastenanschläge zu erkennen. Da sich auf der 'neuen' PC Tastatur aber bestimmte Tastenkombinationen wesentlich schneller tippen lassen, kann unter Umständen ein Zeichen ‘verschluckt’ werden. ( Mir passiert das häufig beim Tippen von ‘LDA’ > ‘LA’ oder ‘STA’ > ‘SA’ ). Durch zwischenspeichern zweier Tastenanschläge im PIC wurde dieser Effekt jedoch weitestgehend beseitigt.

5. AKI und RAM-Erweiterungen

Da AKI auf seiner Platine einen Ausgang besitzt der während des RESET-Zustandes geschaltet wird ist es möglich RAM-Disk-Systeme die über eine Bankumschaltung verfügen anzusteuern. Die 2 - ATARI Umschaltung läßt sich also sehr komfortabel über 1 oder 2 Tastendrücke der PC-Tastatur erledigen. Zur Umschaltung wird der SHIFT-Zustand während des Drückens einer der möglichen RESET-Tasten ausgewertet. Ein SHIFT-RESET bewirkt ein Setzen des Ausgangs, normaler RESET bewirkt das Rücksetzen. Der Ausgang schaltet einige Zeit nachdem der RESET-Zustand aktiviert wurde, um einen Prozessorzugriff während der Bankumschaltung sicher zu verhindern.

6. Technische Zusatzinfos

Das AKI besteht im wesentlichen aus nur einem Baustein, einem PIC-Prozessor mit 64 Byte internem EEPROM. Die Beschaltung des PICs entspricht im wesentlichen der Standardapplikation. Der PIC empfängt die von der Tastatur seriell gesendeten AT-Codes und simuliert das Drücken einer Taste in der ATARI-Tastaturmatrix. Die Tasten SHIFT und CONTROL werden 1:1 an den ATARI durchgereicht. Die Stromaufnahmen von AKI (typ. 20mA) und Tastatur (typ. 70mA-160mA, je nach Tastatur) stellen für das ATARI - Netzteil kein Problem dar. Genauere Beschreibungen unter den folgenden Links.

Schaltplan (GIF, 30KByte)

Layout (GIF, 12KByte)

Hexdatei für PIC-Programmierung, aktuellste Version! (Intellec8, 6KByte)

Es werden weiterhin folgende Bauteile benötigt (vergleiche mit Schaltplan):

• ein programmierter PIC16C84 im DIL Gehäuse, (4MHz Version reicht), möglichst mit Schaltkreisfassung (für Updates notwendig)
• 6 Kleinsignaldioden, z.B.: 1N4148
• 1 Quartz (um die 4 MHz)
• R1 Widerstand 100KOhm
• R2 Widerstand 2,2 ... 10KOhm
• C1 Kondensator 100nF
• 4 poliger Steckverbinder, abgewinkelt, 2.54 mm Raster (2.5mm geht bei dem Abstand auch)
• 1 Platine nach dem o.g. Layout

Noch einige Projekt - Zusatzinfos von mir, die während der Bastelzeit angefallen sind (für die Insider):

Funktionsweise von AKI, Matrixcodes (Scancodes) der ATARI-Tastatur ... u.v.m ! (TXT, 7KByte)

Liste mit allen bisher durchgeführten Änderungen (Bugreport) !

7. Vertrieb, Preis, Qualität und Weiterentwicklung

Es handelt sich bei meiner Entwicklung um ein Bastelprojekt das der ATARI Gemeinde frei zugänglich gemacht werden soll. Dieses Dokument und alle anhängenden Dateien sind ‘F r e e w a r e’, dürfen also frei kopiert, bzw. zum Selbstkostenpreis weitergegeben werden. Die Weitergabe von CAD bzw. Assembler-Quellcodes, die nicht in diesem Dokument erhältlich sind, ist u n z u l ä s s i g . Der Nachbau ist jedem gestattet, solange es sich um kleine Stückzahlen im privaten Bereich / Freundeskreis handelt. Der Nachbau zum Zweck des Vertriebs in größeren Stückzahlen ist n i c h t gestattet. Für ein nachgebautes AKI ist ein Preis von über 40,- DM für eine Einzelanfertigung nicht gerechtfertigt. Bei größeren Stückzahlen sollte sich der Preis weiter senken lassen.

Falls sich Interessenten für dieses Projekt finden, wäre eine ‘professionell’ gefertigte Platine möglich. In diesem Falle wäre auch ein SMD-Layout denkbar, die Platine wäre dann in die Schaltkreisfassung des POKEY einsetzbar. Finden sich also genügend 'AKI - Freaks' bin ich gerne bereit, auch die notwendigen Ursprungs-CAD Daten, auch für SMD, freizugeben bzw. Platinen fertigen zu lassen. (Beim Updaten der PIC-Software kann sich SMD allerdings als nachteiliger erweisen). Weiterentwicklungen sind ebenso denkbar, wie zum Beispiel ein weiterer EEPROM Baustein um längere Tastaturmakros aufzeichnen zu können (bis 8 KByte möglich). In anderen Fällen können die beiden noch freien Aus- / Eingänge vielleicht zusätzliche Sonderfunktionen erfüllen. Wer diesbezüglich Ideen hat, oder mit der Tastaturbelegung nicht ganz zufrieden ist, kann es mir gerne mitteilen (AKI kann sich nur verbessern!).

Alle für den Nachbau notwendigen Dateien gibt's in diesem Dokument frei zum Download !

Ansonsten gibt's bei mir eine PC-Diskette (3,5“) mit allen notwendigen Dateien für 10,- DM, einen programmierten PIC mit der aktuellsten Softwareversion gibt's für 20,- DM, Versand jeweils inklusive.

8. Die Geschichte von AKI, AKI kontra TRANSKEY

Noch einige Worte zur Geschichte von AKI. Inspiriert meinen ATARI nach 2 Jahren wieder aufzustellen, wurde ich beim diesjährigen ATARI-Treffen in Schreiersgrün. Es freut einen zu sehen, daß es doch noch einen 'harten Szene-Kern' gibt. Nochmal vielen Dank an Helmut Weidner, nicht zuletzt für die geschenkte XEP-80. Da ich meinen Berufsalltag vor PC-Tastaturen verbringe, fiel es mir nun doch schwer mit der ATARI-Tastatur zurechtzukommen. Also entwickelte ich diese kleine Schaltung die es ermöglicht, die vorhandene PC-Tastatur mit den ATARI zu verbinden. Einige Tage danach erfuhr ich von einem Produkt namens TRANSKEY, das vor einigen Jahren auf dem Markt erhältlich war und anscheinend den gleichen Zweck erfüllte. Da ich bis heute noch keine detaillierten Informationen über bzw. noch kein TRANSKEY selbst auftreiben konnte, kann ich leider keine Aussagen zu diesem Produkt machen. Allen Hinweisen zu TRANSKEY bin ich sehr dankbar (AKI kann sich nur verbessern!).

Für Hinweise zur Verbesserung bin ich jederzeit dankbar, ein Update der PIC-Software ist jederzeit möglich. Fragen werde ich versuchen, so schnell wie möglich, zu beantworten. MacFalkner@aol.com

Quellen:

• SAMS Computerfacts (Schaltpläne verschiedener ATARIs), Kopie vom ABBUC-Bauplanservice, ABBUC-HOME
• Der ATARI mit IBM-Tastatur (Werbung für TRANSKEY), Kopie vom ABBUC-Bauplanservice, ABBUC-HOME
• PC-Tastatur am ATARI XL (Teilweise Beschreibung der ATARI-Matrixcodes), Kopie vom ABBUC-Bauplanservice, ABBUC-HOME
• Application Note 734 von National Semiconductor: 'MF2 Compatible Keyboard With COP8 Microcontrollers' (Aufbau einer PC-Tastatur, Scancodes, COP8 als Tastaturcontroller), NS-HOME
• Application Note 1723 von Motorola: 'Interfacing MC68HC05 Microcontrollers to the IBM AT Keyboard Interface' (Serielles Tastaturprotokoll, 6805 als Tastaturcontroller), MOTOROLA-SEMICONDUCTOR-HOME
• Datenblatt zum PIC16C84 von Microchip, MICROCHIP-HOME

Vielen Dank an:

• Burkhard Rau (Media-Inside) für den Beta-Test und das ständige Nörgeln HCRBurk,
• dem A.B.B.U.C. - Bauplanservice für die technischen Unterlagen (schon paar Jahre her),
• Erhard 'Floppy-Doc' Pütz für den Beta-Test, die Infos zu TRANSKEY und für's Verpetzen an Wolfgang :-)), es hätte sonst nie diese Seite gegeben!.

09.06.1998, André Bertram.