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Novedades KiCAD

La próxima semana empezamos los talleres de KiCAD en Bits & Books

KiCAD ya no es aquella herramienta compleja de inicios de la década pasada. Todos recordamos aquellos cuelgues sin motivo. Horas perdidas a cambio de la ilusión por conseguir hacer el circuito electrónico más económico del mundo.

Ya no hace falta saber todos los accesos rápidos, perder horas en esquemáticos que no llevan a nada o ni tan siquiera editar los códigos gerber.

Pero claro, no todo son flores, seguimos sin autoruter, innecesario para los más diestros en diseño de la PCB pero imprescindibles para los seguidores del bus S100. Me consta que John Monahan conoce la V6, pero seguimos con los mismos diseños en V3 del 2013 en la comundad.

¿Conoces las novedades en cuanto a enrutado? ¡te convencerá!

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base per a circuits electrònics amb cnc

Origen de l’enllaç

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S104-3U Bus pasivo

En revisión, bus pasivo para S104

Es posible su realización a una cara con puentes.
Carece de terminador de bus.
Puede ser alimentado directamente con una fuente de PC convencional. Las placas antiguas no operan en este bus, por tanto 5Vdc, +12V y -12V.
La PCB soporta las guías y el bastidor.

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S104 specification

An Open Source specification when using the S100_draft adapter

Row 1 of the S104 connector, the lower one, is placed at the same Y coordinate that lower mounting holes.

The height of the plate can be modified according to the needs. We propose two possibilities:

Eurorack 3U compatible: For a Eurorack frontal development, in an stack mounting composition, where an aluminium frontal will be associate to the first board of the system, the total high of the board must be 110mm (4,33in) This means the height pitch between holes is 97,3mm (This will be label as S104-3U)

Eurocard compatible: For a Eurocard board, Always using the right side of the plate for a backplane DIN bus connector, right mounting holes must be modified to the connector. The total high of the board must be 100mm (3,94in) This means the height pitch between holes is 87,3mm (This will be label as S104-E)

A S104 connector can be incorporated in a Standard IEEE696-83 board whit the couple of mounting holes in lower corners, with o without chamfers. The total height of the board is the standard 5 inches. The vertical pitch location of the couple holes and the S104 connector will be depend the compatibility intention to be associated to an other kine of S104 type. (This will be label as S100) It may be appropriate to mention which format is supported. For example: (S100-3U or S100-E).

Care must be taken when using S100_Draft. There are two types of adapters, from row 1 to row 1 and from row 1 to row 50. When switching from an IEEE696-83 format to Stack the rows must change. In contrast, an S104 connector does not change rows. The 1 is below and the 50 is above. Be careful with this.

Example: This is a backplane S100 board in a S104-3U for a Eurorack Music Synthesizer

This is a run to try.

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Un Tera Byte

¡Si nuestros abuelos hubieran tenido los componentes de hoy en día se lo habrían pasado en grande!

CPU 80486 de mapa de direcciones de 1 Tera Byte

En el número 5 de la revista S100-Journal de 1987 se publicaba un articulo con el título “32 bits expansion to the S100 Bus”. En él se describen dos posibilidades, modificar el protocolo del estándar IEEE696 o situar una caché entre el bus y el procesador de 32 bits.

Cromemco optó por dejar el estándar tal cual y por ello opto por la segunda posibilidad, la memoria caché en sus placas procesadoras de 32 bits con el 68020. De hecho, diez años antes, en 1977, Gordon Bell ya tomó esa decisión en el VAX-11. A todas luces, tenia más sentido virtualizar la memoria que tener un mapa muy extenso y económicamente difícil de completar. Pero, ¿qué habría ocurrido si se hubiera optado por la primera opción?

Teniendo en cuenta que la mayor parte de seguidores de bus S100 lo son a su vez de Intel no seria extraño pensar en una multiplexación del bus ya que de hecho así ocurría en sus circuitos integrados 8086, que por poder trabajar con chips de 40 pines solapaban los buses de direcciones y datos en los mismos terminales.

Multiplexando todos los terminales del direcciones y datos del bus S100 se podía tener un mapa de 2^40 direcciones físicas, 1.099.511.627.776 bytes (1 tera byte)

En el proyecto de la imagen del articulo se presenta un posible lay-out de una CPU Intel 80486 con direccionamiento de 1 Tera Byte tal como se establecería en las predicciones. El proyecto está reeditado en KiCAD de la Versión 6.

Pero el 80486 ya funcionaba con el principio de la captura caché a nivel interno. La industria ya iba en ese sentido y Intel abandonó la multiplexación. Pese a que se vería extraño que el procesador en placa abordara una doble filosofía, sin embargo la arquitectura con 3 CPLD dedicadas a distintas secciones de la CPU demostraría un “way of life” a lo americano que podía haber tenido aceptación en su momento, el sistema habría podido funcionar.

¡Todo un reto!

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Proxima del Centauro

Un vehículo espacial que viajara por la galaxia necesitaría un cuentakilómetros de 64 bits. Mejor dicho, tres, uno para cada dimensión.

Dicen que una galaxia como la nuestra puede medir del orden de 100.000 años luz.

Un año luz son 9,46 billones de kilómetros (9.460.000.000.000 Km)
La galaxia mediría 9460000000000 x 100000 = 946.000.000.000.000.000 Km (0,946 trillones de kilómetros)
Los puntos de medida de un contador de 64 bits sería de 2^64 (18.446.744.073.709.551.616 puntos)
Por lo cual 18,446 trillones de puntos dividido por 0,946 trillones de kilómetros = 19,5 galaxias por recorrer. La galaxia cabe.

Ni que la Via Lactea sea, según valoraciones más recientes, de 240.000 años luz sigue sobrando capacidad al contador. Una de dos, o se me ha hecho la galaxia pequeña, o los ordenadores de 64 bits son muy grandes.

Mejor dicho, podrían llegar a ser muy grandes, pero los procesadores de 64 bits, a lo sumo, no pasan de los 48 bits de direccionamiento real. Con módulos de memoria física harían falta 16.777.216 de discos duros (16 millones) de 1 tera byte (1.099.511.627.776) para abarcar la totalidad del mapa de 64 bits. Un tera byte se consigue con 40 bits y pocos son los procesadores que llegan a ello.

En los pioneros procesadores de 8 bits, para que alcanzaran un mapa de memoria que pudiera ser útil se doblo el contador de programa. Es decir, en un contador de programa de 8 bits no hubiera tenido más de 256 celdas de memoria, eso no daría ni para una pantalla alfanumérica. Al doblar el contador de programa la cantidad de memoria alcanzaba los 65536 bytes. Eso si que daba para un terminal monitor con video incluso en color y por tanto una buena máquina de jugar a nivel doméstico.

En los procesadores de 32 bits se llegó a la paridad (datos = contador de programa) y de hecho la memoria RAM dinámica superó estas capacidades antes de alcanzar el milenio. Por este mismo principio se podría haber doblado el contador de programa, ser de 64 bits y trabajar con procesador de 32. Pero no, lo ocurrido es totalmente a la inversa. Se ha preferido que el mapa de memoria sea una fracción de la capacidad de cálculo. ¿Hacia falta tanto? Pues posiblemente la razón sea la de siempre, era más barato así.

A los humanos se les está acabando la inventiva. Aún no han terminado de romper el juguete y ya quieren otro. Tienen mucha cuántica creo yo. Desde que se superaron las barreras de los 32 bits los proyectos científicos alcanzan el éxito. En el recuerdo están aquellas escusas de que cuando los ordenadores lleguen más lejos lograremos triunfos en campos que ni habíamos soñado. Pues esto es lo que ocurre hoy en día, que hay que soñar más para poder llegar más lejos de Próxima del Centauro.

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Bits & Computers

Recombobulant cartes de Bus S100 a Barcelona (Spain)

Bits & Computers Group

¿T’imagines construir el teu ordenador domèstic amb components reciclats? Res de targetes de vídeo, simples editores de text i taules de càlcul com a molt, sense finestres, sense ratolins, sense Internet. ¿Qui vol això?

Els Vells i Honorables Dissenyadores de Califòrnia, aquells freaks en un garatge, com diuen en els museus, creen actualment les seves màquines amb circuits integrats de nova generació, incorporant ports USB, mòduls CPU de múltiples nuclis, endemés d’Internet de las Coses (IoT).

A mi m’agradaria formar part d’una comunitat a Barcelona d’usuaris del SOL-20, màquina creada per l’Enginyer en Vídeo Lee Felsenstein, o del ALTAIR 8800 d’Eduard Roberts, o de l’IMSAI 8080 de Millard. Totes són màquines igualment evolutives en el temps i per tant de las Persones que les van dissenyar. Un veritable OSHW a la seva època que ha que ha arribat intacte fins els nostres dies.

Les S100 són màquines que ja eren modulars durant els anys 70, estandarditzades com a IEEE696, poden incorporar ara una CPU amb un Intel Edison i al mateix temps una impressora matricial en un port Centronix, sobre Windows 10 o allò que un vulgui.

Però com que no la trobo me la creo jo mateix, sense demanar permís a ningú, ¿T’hi apuntes?

FPGA sobre bus S100

Si estàs pensant que tot això és molt antic i no és per a tu permetem que et mostri que és tot el contrari. Quin lloc millor per a practicar la FPGA que la causa del seu naixement? On estan els experts en la matèria si no aquells que han patit durant dècades l’escassetat de components electrònics.

Bus S100, Conceptualitzar per CROMEMCO a 1976

Una de les coses a fer quan es munta una comunitat d’aquest tipus és preguntar-se, cóm és que no existeix i si realment valdria la pena fer aquest esforç.

Contestar això no és fàcil, les raons són històriques i en bona causa estan en la obertura progressiva d’Espanya durant aquella dècada. Diguem que durant els anys 70 un computador domèstic fet per un mateix no va tenir prou interès per a revistes del sector a nivell Espanyol. En canvi a Europa si que hi ha gent afeccionada a aquest tipus de màquina. No va ser fins a l’entrada de l’Elektor que construir un processador amb 6502 o Z80 fos quelcom plantejable a nivell casolà i això va començar a 1980. Un fet que ho demostra és que Espanya no figura entre els països on CROMEMCO exporta els seus computadors.

L’altre argument per a validar l’esforç seria el considerar el bus S100 un valor cultural. Això es podria considerar així a Califòrnia, on alguns subterranis d’amants del computador amb garatge han guardat màquines d’aquestes durant dècades. Els moviments Makers i DIY de la dècada passada, i en general l’augment de temps lliure, haurien provocat la recuperació d’aquests racons de taller. Podria succeir amb algú que hages guardat els seus antics PC’s, com en el meu cas, i haver recuperat màquines que havien quedat oblidades sota la pols.

Proposta de bus S80

Vistes les dificultats hi faig dues propostes:

  • Plantejar Bits & Computers com una marca blanca del Bus S100 amb la mirada posada sobre els usuaris de S100Computers de tot el mon tenint en compte la diversitat que això representa i els costos dels materials.
  • Plantejar Bits & Computers com una nova versió del Bus S100, un bus de 80 pins, més econòmic, a 3,3V i amb el mateix esperit dels 70.

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Autòmat S100

A la cerca d’una aplicació de prova

El projecte Autòmat S100 neix amb la perspectiva de subministrar sistemes electrònics a fabricants de Béns d’Equip Industrial. El creixement en tecnologia sostenible demana espai i disponibilitat de components per a poder substituir una part en avaria i per intervenir en l’àmbit del component electrònic a placa.

El sistema S100 va néixer a 1975 amb la intenció d’oferir una alternativa al computador industrial elitista amb factors de forma oberts i compatibles en temps de disseny i en temps d’explotació. Fomentar l’intercanvi obert de treballs de creació entre tècnics i enginyers amb respecte del treball d’autor sense minvar la privacitat del desenvolupament i la recerca.

La proposta inicial de 1979 per a l’Estàndard de Marc Garetz i Sol Libes és un computador capaç de superar assajos de resistència de materials, de vibració i de vida. Tot i les rebaixes en els continguts a la publicació del IEEE696 mai es va limitar la seva utilització en aplicacions industrials. Cromemco va ser el principal aplicador d’aquesta metodologia a escala industrial internacionalment.

Tot i la caiguda de Cromemco a 1992 el computador S100 només va caure a nivell del paper. Hi ha hagut moltes màquines empolsinades, però no oblidades en soterranis o trasters que han tornat a ser recuperades pels seus propietaris amb la il·lusió de veure créixer les seves capacitats amb programaris actuals.

Linux és un dels candidats més prometedors per a arribar a ser una màquina de ús popular. Però res està en contra a utilitzar les antigues màquines de 8 bits amb sistemes operatius de la talla del CP/M

Un dels processadors que més adeptes està tenint és el Raspberry CM4, que amb l’espai d’una targeta de crèdit implementa tot un ordinador amb ARM de 64 bits. El bus S100 no és més que una via de comunicació entre mòduls del sistema.

De fet, no és quelcom que no hagi passat ja. El 2015 ja existia una CPU amb processador Intel Edison, però aquest tipus de processador es va descatalogar al poc del seu llançament al mercat. La comunitat creix i reuneix el seu nucli dur en vídeo meetings que enllacen gent de tot el món i la constant en aquestes reunions és la cerca del nou processador multi nucli connectable a internet.

Ja no cal esperar més al que és clar que succeirà. Cerquem un projecte d’aplicació amb el que connectar el material industrial regular amb el bus dels anys 70.

jordi.autocet@gmail.com

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microcontroladores

Por qué microcontroladores y no robots

Los seres humanos necesitamos potenciar nuestras capacidades, no únicamente por competir o ser más eficientes, además por los límites bioquímicos a los que estamos sometidos.

Los robots son creaciones cibernéticas que asemejan la máquina al ser humano y en ello se comete el eterno error de transferir nuestras limitaciones al objetivo.

Los robots ya no son un futuro por venir, no se aplican masivamente pero tienen unos objetivos y trabajos asignados muy dignos para su especie. Anunciaba recientemente Elon Musk la utilización de robots para la llegada del hombre a Marte. Alguien deberá pasar la escoba.

Sin embargo, aquí en la Tierra, debemos creer más en nosotros mism@s y potenciar nuestras habilidades al punto en que lleguemos a estar en equilibrio con lo que este pequeño planeta puede dar de si.

¿Qué son los microcontroladores?

Entre nosotr@s, las maquinas de procesar no son más que bicicletas pegadas a una calculadora. Tal como las pianolas de banda procesan una partitura a ritmo de la manivela que impulsa la banda, pegada a algún dispositivo generador de sonido: martillos que golpean cuerdas o láminas ajustadas a tonos concretos; las antiguas máquinas de cómputo, o cálculo automatizado, tomaban las instrucciones correlativamente ordenadas en la memoria, como si fuera una partitura de cálculo.

Si la metáfora sirvió, que las primeras computadoras tuvieran la libertad de escribir datos sobre la misma memoria donde se halla el código que las hace funcionar sería algo así como permitir que los computadores se programasen a ellos mismos.

Imaginados los desastres que el lector pueda disfrutar: equívocos en la programación, virus informáticos, esquizofrenia computacional, autodestrucción de circuitos electrónicos por locura galopante; se puede llegar a la conclusión que a algún ingeniero se le ocurrió de separar las memorias de las instrucciones de las de los datos.

Los microcontroladores son procesadores enfocados a la tarea de ser fieles a los contenidos del programa. En este sentido no se pierde la posibilidad de utilizar la tan preciada “Recurrencia” dentro de bucles “while”, que muchos hemos utilizado en los Arduinos y Cia. y que sería algo así como seguir un menú de posibilidades y ejecutar únicamente aquellas que correspondan al caso en función de estados de la memoria de datos.

En este mismo sentido tendríamos las Interrupciones, que son también porciones de código separado de los datos. Pero esto, ahora, carece de importancia.

Sin embargo, y desde hace décadas, los microcontroladores no son únicamente procesadores Harvard, albergan además en su interior grandes cantidades de otros circuitos especializados para tareas propias del objetivo al que se va a destinar: contadores, temporizadores, canales de comunicación de datos, convertidores de estados lógicos y de magnitudes analógicas, en algunos casos directamente adaptados a unidades de ingeniería, etc.

Entonces, donde está la diferencia entre un robot y un microcontrolador?

Exacto. A efectos de proyecto terminado un microcontrolador es un cerebro ordenado de un robot, es decir, de la máquina que trabaja para nosotros. Que obedezca ordenes de un humano o de una red de humanos es cuestión de complejidad. Lo habitual es que el robot esté formado por más de un microcontrolador formando un conjunto colaborativo.

Entonces, los robots basados en computadores no son robots?

Si, claro, pero quien quiere una máquina que se va a resfriar con sólo salir a la calle. Los Computadores Industriales están dotados de mecanismos que evitan la sobre escritura de código, que para el caso es lo mismo que separar los buses. Hay que tener en cuenta, también, que los grandes procesadores que se utilizan en placas base de ordenador ya no son simples procesadores, son estructuras de múltiples cadenas de código que provienen de chips separados de la memoria de datos.

La ventaja del robot es la facilidad de recibir ordenes del humano y ahí es donde reside el problema. Los humanos no siempre tenemos claras nuestras necesidades y a medio camino solemos cambiar de opinión. Nosotros mismos reescribimos nuestra cadena de código hacia el robot como en los antiguos computadores. Somos capaces de reconocer la esclavitud que nos causamos en consecuencia de la sobre explotación de los recursos de producción.

Un ejemplo para ilustrar mejor el problema son los electrodomésticos. Una lavadora no hará más que un lavado cada vez, pero al robot se le exigirá dos y tres. O lo pondremos “de patitas en la calle” si encima de ser más caros son incapaces de alcanzar nuestros objetivos.

Los microcontroladores, además de ser muy pequeños consumen muy poca energía.

Cuando una máquina está destinada a manejar mucha información, que funcione a mucha velocidad siempre es poco. Incluso se justifica que pierdan energía en forma de calor a costa de ganar mayor velocidad. Además se habla de “Overclocking”, que no es más que poner al procesador a niveles de velocidad no recomendadas por el fabricante a escusa de que el sistema de corrección de errores tape el problema.

Pero el microcontrolador es rápido, del orden de diez millones de instrucciones por segundo y sin problemas térmicos, gracias a sus reducidas dimensiones. Su pulsación de funcionamiento normalmente está calibrada acorde a la pulsación natural del procesador interno en función de su tamaño.

Y por que no utilizar overclocking en microcontroladores?

Pues por la misma razón de la aparición del procesador RISC. Es absurdo.

La única forma que se me ocurre para explicar es viendo la evolución de los procesadores en la historia. En el caso de la lavadora, si necesito lavar más puedo comprar más lavadoras pero no lavaré más rápido. Al final tendré siempre disponible alguna lavadora pero el ciclo es el mismo.

En 1977 la Universidad Carnegie Mellon presento el computador cm* como la solución al computador modular. La intención era tener más lavadoras y al mismo tiempo lavar más rápido. Se trata de tener pequeñas máquinas que se ocupen de pequeñas partes del ciclo, de hecho eran procesadores LSI de 8 bits. Sin embargo había que resolver el pasar la ropa de una máquina a otra.

En el cm* los procesadores estaban agrupados en “clústeres” no mayores de 10 unidades (o pequeñas lavadoras). Entre estos 10 módulos existía un área de memoria común, donde cada procesador dejaba o recogía los datos a procesar. Como paquetes de ropa dejadas o retiradas de una estantería. Más allá de estas 10 unidades la gestión se volvía compleja.

Cuando un paquete requería ser enviado a otro clúster se formulaba una orden de envío y de ello se ocupaba un procesador especializado en correr sin manejar los datos. Este procesador de alta velocidad debía tener muy claro el mapa ser capaz de gestionar las colas (de coladas) que se destinaban de unas estanterías a las otras. Aunque se le llamó KMAP esta claro para nosotros, hoy día, que eso sería un “enrutador”.

Visto de esta manera, los procesadores se especializaron en capaces y rápidos. Ello también llevaba a que, como los procesadores hasta la época debían ocuparse de todo, los capaces también disminuyeron sus funciones convirtiéndose en lo más rápidos posible como procesadores capaces. Estos son los Reduced Instruction Set Computers (RISC).

En este sentido, los microcontroladores también están construidos con procesadores RISC, capaces más que rápidos. Estos ya se encuentran en su límite. Es más, las herramientas de configuración permiten velocidades ajustables para una mejor adaptación a los periféricos, como en el caso de los estrictos requisitos en frecuencia para USB, o llegar a sus máximas características en ausencia de estas complejas estructuras de datos como los RTOS o las RTDB.

Si un robot debe ser una compleja lavandería de pequeñas lavadoras, ¿no sería mejor que en aplicaciones del día a día, el robot sea la casa entera? No únicamente capaz, también rápida.

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Lay-outs

FAL-05

Font d’Alimentació Lineal de 5VA

Aquest és un tipus de font d’alimentació molt clàssic. Utilitza el transformador com a aïllament per a retenir les fluctuacions de la tensió de la presa de corrent. Incorpora un circuit estabilitzador de tensió basat en Zener que actua de referencia.

La bornera d’entrada i el portafusibles queden protegits pel mateix transformador. Les vies d’injecció de tensió són d’esquerra a dreta: positiva inferior o igual a 5Vdc, positiva alta que pot arribar als 24Vdc al centre i el negatiu, o massa, el que queda a la dreta de la imatge.

La protecció ràpida contra sobretensió es fa per VDR que pot actuar de salvaguarda de la resta de components. Acaba carbonitzada per super sobretensió fent saltar el fusible. S’aconsella canviar ambdós.

El transistor o integrat de regulació, habitualment del tipus LM78XX on XX indica la tensió de sortida, està ubicat en les proximitats del panel frontal que suporta aquest tipus de circuits. Pot ubicar un petit radiador però depenent del consum acostuma a requerir més dissipació.

Es un tipus de font molt versàtil, és molt fàcil canviar de components i obtenir una nova tensió. Està molt estudiada al laboratori. El límit de 5 Volt-Ampers és degut al transformador, que és el més gran que es pot muntat en una targeta d’aquest factor de forma.