Die obige Platine stammt aus der Schreibmaschine Canon S-60. Die Steuerung der Schreibmaschine realisiert ein Hitachi HD6303XF. Der zusätzlich verbaute 4Bit-Mikrocontroller Fujitsu MB8851 dient dazu die Tastaturmatrix einzulesen und bei Bedarf zwischenzuspeichern. Die gedrückten Tasten werden letztlich über eine serielle Schnittstelle zum Hauptcontroller übertragen.
Der MB8851 gehört zu einer ganzen Familie von Mikrocontrollern. Der MB8851 zählt zu den CMOS-Typen, enthält 2kB ROM und 64B RAM. Der Programmspeicher ist ein Masken-ROM, erhält seine Programmierung also bereits bei der Herstellung.
Neben der hier dokumentierten A-Variante existiert eine Standard- und eine L-Variante. Sie unterscheiden sich im zulässigen Versorgungsspannungs- und Betriebstemperaturbereich, aber auch bei der Größe des integrierten Speichers.
Das Datenblatt zeigt das typische Blockschaltbild eines einfachen Mikrocontrollers. Der Ausgang R15 lässt sich über die Maske zu einer Standby-Schnittstelle umkonfiguriert. Im Datenblatt finden sich weitere derartige Konfigurationsmöglichkeiten. Technisch besonders interessant ist das programmierbare Logikarray, dass eine effizientere Steuerung des Ports O ermöglicht.
Die Abmessungen des Dies betragen 5,7mm x 4,6mm.
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Die Zahlen 8851 stehen mit ziemlicher Sicherheit für die Variante der Mikrocontroller-Familie. Der Buchstabe R könnte einen Revisionszähler darstellen.
Die Zeichenfolge N439N1 könnte die spezifische Projektbezeichnung sein. Wie sich gleich noch zeigen wird, erfolgt die Programmierung des Mikrocontrollers durch das Einbringen von Kontakten in den Speicherbereich. Die hier blau erscheinende Maske könnte diese Kontakt-Maske sein.
Die Leitungen des MB8851 sind effizient gestaltet, wie man es von einem integrierten Schaltkreis erwartet. An einer Stelle hat man aber zwei Leiterzüge über eigenartig komplizierte Leitungen verbunden. Auf den zweiten Blick könnte es sich um ein kleines, unauffälliges Kunstwerk der Entwickler handeln. Denkbar wären ineinander verwobene Initialen oder ein japanischer Buchstabe.
Im unteren linken Bereich sind einige Teststrukturen abgebildet. Von links nach rechts sind zuerst verschieden breite N-Kanal und P-Kanal MOSFETs integriert. Darauf folgen drei Kontaktketten in verschiedenen Bereichen. Am Ende kann man Streifen in verschiedenen Bereichen vermessen.
In der rechten unteren Ecke befinden sich Teststrukturen, die es ermöglich die Ausrichtung der Masken zueinander zu überprüfen.
Die sehr großen Speicherbereiche nehmen fast die Hälfte der Siliziumfläche ein. Im unteren Bereich befindet sich das Masken-ROM (blau). Es ist deutlich erkennbar, dass nur die Hälfte des Speicherbereichs genutzt wurde. Das ROM besteht aus acht Blöcken mit jeweils 128 Spalten und 16 Zeilen. An der linken Kante befindet sich eine geschaltete Pull-Up-Struktur (rot). Die Steuerung erfolgt nicht mit einem dedizierten Steuersignal. Es könnte sich um einen Takt handeln, der das ROM zyklisch aktiviert. Zum Auslesen eines 8Bit breiten Datenworts wird eine Spalte aktiviert. Am rechten Ende der Blöcke leiten dann acht Multiplexer jeweils eine der Zeilen aus.
Die Steuerung erfolgt über 13 Leitungen, die von rechts eintreffen (gelb). Eine kleine Schaltung erzeugt daraus zusätzlich die invertierten Steuersignale. Zweimal vier Steuersignale führen zu den acht Ausgangs-Multiplexern des ROM. Zweimal sechs Steuersignale enden zwischen RAM und ROM und realisieren die Auswahl einer der 128 Spalten. Diese Spaltenauswahl gilt für RAM und ROM gleichermaßen. Zum ROM hin erfolgt eine weitere Verknüpfung mit einem Steuersignal, das nicht exklusiv dem ROM zugeordnet ist (schwarz). Nach oben hin kann eines der Steuersignale die Auswahl der RAM-Spalte aktivieren oder deaktivieren.
Der RAM-Bereich besteht aus 32 Spalten und 16 Zeilen. Für die Spaltenauswahl sind entsprechend weniger Steuersignal notwendig. Jeweils vier Adressen werden für eine Spalte zusammengeführt. Auch links der RAM-Fläche befinden sich schaltbare Pull-Up-Strukturen. An der rechten Kante steuern zweimal zwei Steuersignale vier Multiplexer, die dafür sorgen, dass aus den 16 Zeilen ein 4Bit breites Datenwort entsteht. Darauf folgen vier Blöcke, die das Schreiben und Lesen steuern.
Die Funktionsweise des ROM ist einfach zu verstehen. Jede Zeile wird über die Pull-Up-Struktur an der linken Kante auf ein High-Potential gezogen. Die Spaltenauswahl erfolgt über Polysiliziumstreifen, die in jeder Zeile die Gate-Elektrode eines MOSFETs darstellen. Diese MOSFETs sind auf einer Seite mit dem VSS-Potential verbunden. Die andere Seite ist entweder offen oder über einen Kontakt mit dem darüberliegenden Metallstreifen verbunden. Befindet sich in der aktiven Spalte eine Verbindung zur Zeile, so wird das Potential dieser Zeile auf einen Low-Pegel gezogen. Es ergibt sich eine Abfolge von High- und Low-Pegeln, die von der Platzierung der Kontakte abhängig sind und damit die Programmierung ausgeben.
Der Multiplexer ist ebenfalls sehr übersichtlich. Vier Steuersignale und ihre invertierten Signale sind dort mit acht Polysiliziumstreifen verbunden. Die Polysiliziumstreifen bilden MOSFETs mit quer verlaufenden Streifen im Substrat. Teilweise stellen kurze Metallstreifen Brücken dar. Das führt dazu, dass letztlich nur eine Zeile zum Ausgang hin durchgeschaltet wird.
Die SRAM-Zellen bestehen aus sechs Transistoren. Vertikal verlaufende Wort-Leitung aktivieren eine der Spalten (grün). Über die horizontal verlaufenden Leitungen BL und ~BL kann man die Zelle beschreiben und auslesen. Die Speicherzelle selbst besteht aus der bekannten, über Kreuz verschalteten Kombination von zwei NMOS- und zwei PMOS-Transistoren.
Im rechten oberen Bereich des Dies findet sich das programmierbare Logikarray, das für eine effiziente Nutzung des Port O genutzt werden kann. Das Datenblatt zeigt als typische Applikation die Ansteuerung von 7-Segment-Anzeigen.
