Из документации:

Электрифицированная пишущая машина Consul 254 предназначена:

а) для ввода алфавитно-цифровой информации в ЭВМ при печатании оператора на клавиатуре машины

б) для вывода алфавитно-цифровой информации в порядке печати на лист или рулон бумаги по сигналам, посылаемым от ЭВМ

в) для применения в устройствах подготовки данных или в других устройствах, параметры которых соответствуют параметрам указанной машины

Сегодня мы займёмся пунктом "а" - будем читать данные с клавиатуры с помощью ЭВМ Arduino Uno.

В семидесятых годах подобные машины были основным интерфейсом для взаимодействия человека с компьютерами. Поэтому первые игры, в частности, были полностью диалоговыми, без аркадных механик или огромных лабиринтов на экране.

Хотя Consul 254 и называется "пишущей машиной", сама эта машина ничего писать не умеет - клавиатура никак не соединена с печатающим механизмом. Никакого кабеля типа нуль-модема, чтобы просто печатать, тоже не существует. Поэтому без компьютера тут никак.

Зато если подключить ЭВМ, то можно будет вводить в неё информацию с помощью клавиатуры. С печатью я пока разбираться не стал, а просто взял символьный ЖК-дисплей, чтобы выводить набираемый текст.

Разъёмы для подключения к ЭВМ имеют нумерацию (внезапно) I, IV, V. По соединяющимся буквам I V или по их интерпретации в качестве римских чисел можно было бы предположить, что I слева, V справа, а IV посередине, но это не так. К счастью, эти номера выгравированы снизу корпуса.

Клавиши машины подключены к шифратору, выдающему восьмибитный код. При нажатии на кнопку, внутри машины щёлкают релюшки, и на выходе шифратора можно увидеть код этой клавиши. Чтобы узнать, что пора считывать выходной символ, есть ещё пара контактов.

Интересующие нас выходные контакты шифратора (который чехословаки перевели как комбинатор) обозначены буквами от C до K. В документации приведена таблица сканкодов, с помощью которой мы и переведём их в ASCII. Сканкод формируется выходами DEFGHIKJ (именно в таком порядке!), на которые попадает напряжение с выхода (или входа?) C. То есть, если подключить C к питанию, то с соответствующих выходов D-J можно будет это питание "прочитать". Или то же самое можно проделать с "землёй".

Цифровые входы контроллера AVR имеют внутренний притягивающий к питанию резистор. Поэтому коммутировать их будем на землю, чтобы схема была проще.

Для обозначения того, что символ пора читать, машина с помощью реле замыкает цепь AB. Контакт B в нашей схеме соединён с "землёй". Поэтому A тоже притягивается к "земле" при переключении реле. Для борьбы с дребезгом контактов к этой линии подключен конденсатор - множественных срабатываний не будет.

Из временной диаграммы следует, что на выходе шифратора данные появляются как раз перед тем, как замыкаются контакты AB (что вполне логично). Поэтому в цепях C-D..K бороться с дребезгом не нужно.

Чтобы дождаться прихода символа, программа мониторит напряжение на 12 цифровом входе, подключенном к A. Можно было бы направить сигнал с A на вход контроллера прерываний, чтобы сэкономить электричество, но для демонстрационных целей это ни к чему.

void loop() {
    if (!digitalRead(12)) {
      unsigned int v = 0;
      for (int i = 2 ; i <= 9 ; ++i)
        v = (v << 1) + digitalRead(i);
      if (v == LOWREG) {
        reg = false;
      } else if (v == HIGHREG) {
        reg = true;
      } else {
        if (reg) {
          v = v ^ 3;
        }
        lcd.write(table[v]);
        if (x == 16) {
          lcd.scrollDisplayLeft();
        } else {
          ++x;
        }
      }
      delay(50);
    }
}

Полученные коды клавиш декодируются в символы с помощью захардкоженной таблицы и выводятся на ЖК-дисплей. После этого процессор ждёт 50 мс, потому что в документации сказано, что чаще читать нельзя. Заодно и линия AB разомкнётся за это время.

На каждой клавише нарисовано по 2 символа - один для верхнего регистра, другой для нижнего. Русские буквы дисплей сам по себе показывать не умеет, а добавлять их мне было лень. Если что, для этого есть отдельная библиотека. Поэтому текст для демонстрации я набираю по-английски. Но чтобы набирать латиницу, нельзя просто переключить язык. Некоторые из нужных символов находятся в нижнем регистре, а некоторые в верхнем (те, которые совпадают по начертанию с кириллицей).

Клавиши переключения регистра (НР, ВР) на клавиатуре, вопреки ожиданиям, не меняют состояния машины, а просто посылают соответствующий сканкод наружу, в ЭВМ. Компьютер большой, ему видней.

Пришлось реализовывать переключение регистра в программе. Сканкоды для разных регистров одной клавиши отличаются инвертированными последними двумя битами. Поэтому чтобы найти код верхнего символа, зная нижний (и наоборот), надо всего лишь выполнить с ним "xor 3".

Ниже видео, как это всё работает. Надеюсь, в реальной жизни никто не набирал на этой клавиатуре тексты программ латиницей. Пару раз переключать регистр во время набора одного слова - сомнительное удовольствие.

Итак, печатать оператор может, а что же с выводом на бумагу? Это немного сложнее. Для поступающих от ЭВМ данных дешифратора нет. Нужно напрямую управлять входами матрицы, составленной из электромагнитных реле. То есть, добыть питание 12 вольт и 20 выводов, которые будут включать эти реле через разъём I. Оставим это на следующий раз.

Ссылки

1. Репозиторий с кодом для Arduino.

2. Consul 254. Техническое описание.

3. 101 BASIC Computer Games.