Bei Bally, Data-East, Stern und Williams sind PIA-Bausteine (40 poliger Baustein vom Typ 6821) für die Ansteuerung von Displays, Kontakte, Lampen, Spulen und dem Sound verwendet worden. Bei den neueren Geräten der WPC-Serie (ab The Machine bzw. Funhouse) des Herstellers Bally / Williams übernimmt nur ein einziger Baustein auf dem CPU-Board alle Funktionen. (Das ist das große quadratische Teil) Dieser ist speziell für Flipperautomaten des Herstellers Williams entwickelt worden. Sollte dieser defekt sein so hat man schlechte Karten wegen der Ersatzteilbeschaffung. Ein Grund weshalb ich in meinem Ersatzteile-Shop das CPU-Board für WPC-Geräte nicht im Austausch anbiete.
* PIA ist die Abkürzung für Peripheral Interface Adapter oder zu deutsch "Schnittstellenbaustein"
Bei Gottlieb wird die Funktion des Peripheral Interface Adapters durch den RIOT-Baustein 6532 erfüllt. Bei Gottlieb ist ein Prozessor der 65.. Familie verwendet worden. (Zum Beispiel in den alten Computern wie den VC20 oder C64 von Commodore
Die Schnittstellenbausteine (PIA 6820/21 oder 6532) bieten 2 x je 8 Steuerleitungen. (8 BIT* Prozessor). Diese Steuerleitungen tragen die Bezeichnungen PA 0-7 und PB 0-7. Mit diesen Steuerleitungen können mit jedem PIA (Gottlieb RIOT) also 2 x 8 = 16 Spulen oder Lampen geschaltet werden. Auch könnten 16 Kontakte abgefragt werden. Unsere CPU-Boards sind Computer und in der Computertechnik bedient man sich in der Regel der Gleichspannung von 5V. Weiterhin werden digitale Signale ausgewertet. (11000101 oder high,high,low,low,low,high,low,high) Deshalb liefern unsere Netzteile in Flipperautomaten auch 5 Volt stabile Gleichspannung zur Versorgung der einzelnen IC´s .
*IC ist die Abkürzung für Integrated Circuit = integrierte Schaltung in einem Gehäuse.
Einfach erklärt: Diese Gleichspannung wird durch unsere IC´s in vorprogrammierte Signale zum richtigen Zeitpunkt umgesetzt. Einem sogenannten TTL-Signal (Transistor-Transistor-Logik). Das heißt es gibt zwei Möglichkeiten. 0V = Low-Pegel oder +5V = High-Pegel. Ein Transistor ist ein elektrischer Schalter. Einfach erklärt ist er ein elektronisches Relais. Kommt an der Basis des Transistors eine Spannung an so wird Collektor und Emiter des Transistors durchgeschaltet. Ein Transistor besteht einfach erklärt aus zwei Dioden. Es gibt den NPN (negativ-Positiv-negativ) und den PNP (positiv-negativ-positiv) Transistor. Selbstverständlich gibt es noch eine Vielzahl anderer Transistoren. Aber hierauf gehe ich hier nicht ein weil ich meine dass es sonst zu kompliziert wird und verwirren würde. Letztendlich ist dieses Kapitel auch nicht für den Elektroniker sondern für den wissbegierigen Laien von mir komponiert worden.
Zurück zum Aufbau und der Funktionsweise einer Matrixschaltung:
Wir haben also 2 x 8 Steuerleitungen welche insgesamt 16 unabhängige Schaltfunktionen (Low oder High) haben können. Multiplizieren wir die ersten acht Steuerleitungen mit den zweiten acht Steuerleitungen so kommen wir zu folgendem Ergebnis:
8 x 8 = 64
Demnach können wir also anstatt der 16 Schaltpegel insgesamt 64 verschiedene Schaltpegel zum Schalten unserer elektrischen Stromverbraucher wie Lampen oder Spulen einsetzen. Auch können bis zu 64 Schalter nach ihrem Zustand (geöffnet oder geschlossen) abgefragt werden. Wir arbeiten mit Gleichstrom. Eine Diode sperrt den Stromfluss eines Gleichstromes in eine Richtung. Deshalb werden bei einer Schaltermatrix Dioden direkt an den Kontakten und Schaltern benötigt und vorgefunden werden. Bei Gottlieb wurden kleine Platinen mit Siliziumdioden unter der Spielfläche verbaut die die selbe Funktion ergeben.
Achtung die Dioden an den Spulen haben nicht die Funktion eines Matrixaufbaues. Hier sind die Dioden als Freilaufdioden parallel zur Spule geschaltet, damit es keine Spannungsspitzen gibt und unsere empfindlichen Transistoren zerstört werden können.
In der folgenden Zeichnung eine Schaltermatrix:
Der Schalter zwischen Pb3 und Pa2 ist geschlossen! Wie hier blau gekennzeichnet und zu erkennen ist, fliest der Strom deshalb von Pb3 zu Pa2. Der Pegel von Pa2 wird auf LOW gesetzt. Dagegen ist Pa0, 1, 3, 4, usw. HIGH . (Zur Erinnerung noch einmal: Der Strom fließt von Minus nach Plus. Pa2 ist minus, also LOW. Die Diode ist in der Richtung so geschaltet, dass der Strom von Pb3 zu Pa2 fließen kann und den HIGH-Pegel von Pa2 auf LOW-Pegel setzt.)
Bei einer Lampenmatrix werden Transistoren vor die Lampen geschaltet, weil die Lampen nicht direkt mit den 5Volt Spannung der IC´s betrieben werden können. Gleichermaßen ist es bei den Spulen und Flasherlampen welche eine sehr hohe Leistung haben.
In der folgenden Zeichnung eine Lampen- (Spulen)matrix:
Wenn Pa1 auf High und Pb0 auf Low gesetzt wird, so werden die dazugehörigen Transistoren (NPN u. PNP) durchschalten und die Lampe leuchtet. Die von mir erstellte Zeichnung ist ein einfaches Beispiel zur Veranschaulichung. Für eine Lampenmatrix zur Ansteuerung von 64 Lampen benötigt man 2 x 8 Transistoren. In der Regel ist jeweils ein weiterer Transistor dem Treibertransistor (zum Beispiel dem TIP 102, TIP 107) vorgeschaltet. Auch sind Kondensatoren und weitere Widerstände für eine "saubere" Schaltung verwendet. Ansonsten würde die Lampe im Ruhezustand schwach leuchten.
Auch die Segmente der Displays werden in ähnlicher Weise angesteuert. Weil aber ein numerisches Display mit sieben Zifferanzeigen pro Ziffernsegment 7 einzelne Segment hat ergibt dieses je Display schon alleine 49 einzelne Segmente. In der Regel haben wir in einem Flipper 4 x 49 einzelne Segmente für die 4 Punkteanzeigen und ein Statusdisplay mit 4 x 7 einzelnen Segmenten. Das ergibt zusammen 224 einzelne Segmente. wir haben pro PIA aber nur 64 verschiedene Möglichkeiten? Kein Problem. Man bedient sich hier eines weiteren IC´s vor den Displays. Einem Multiplexer (74154) Dieser Baustein kann die einzelnen Informationen so verwalten, dass bis zu 256 verschiedene Adressen angesprochen werden können. Eine Adresse ist dann zum Beispiel ein Segment einer Ziffer auf einem Display.
- CPU Central Processing = Unit Microprozessor
- DC Direct Current = Gleichstrom
- IC Integrated Circuit = Intrigierter Schaltkreis
- PIA Peripheral Interface Adapter = Schnittstelle
- TTL Transistor-Transistor-Logik = 0 oder 5Volt-Signal
- Vcc Voltage Common = Spannungsversorgung