Modifica modem WiFi Commodore 64, NodeMCU, ESP8266, 5V tolerant? No! 3.3V. Modifica con diodo su RX

Modifica al Modem WiFi per Commodore 64

Ho recentemente acquistato, su eBay, un modem WiFi e avevo scritto un articolo su come configurarlo ed utilizzarlo. E adesso, come mai questo articolo? E’ davvero necessaria una modifica al Modem WiFi per Commodore 64? Mi è stato fatto presente che questi modem, molto spesso, non sono progettati bene ed ora vi spiego il perché.

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Il modulo del modem, infatti, lavora a 3,3V, e non è completamente 5V tolerant, come molti vogliono far credere! Il Commodore 64, invece, si alimenta a 5V. E’ vero che, sul modem, è presente un regolatore di tensione che abbassa la tensione di alimentazione da 5V a 3,3V. Nonostante ciò, rimane un piedino di dati del modem in cui viene iniettata direttamente la tensione di 5V del Commodore 64. Questo piedino, però, sopporta solo 3,3V! Questo errore di progettazione può creare dei problemi, sia al modem, sia al Commodore!

Il risultato di collegare direttamente l’uscita del segnale a 5V del Commodore 64 all’ingresso RX del modulo del modem WiFi (l’ESP8266MOD) è una tensione completamente errata, di 3,7V.

Modem WiFi, NodeMCU, ESP8266, tensione sbagliata su piedino RX

Un po’ di teoria

Ecco lo schema originale, errato, del Modem WiFi per Commodore 64. Si possono notare tutti i collegamenti diretti, tra la user port del Commodore al modulo NodeMCU, che monta il chip ESP8266.

Modifica modem WiFi Commodore 64, NodeMCU esp8266, schema errato sbagliato, non è 5V tolerant

Ho misurato la tensione su tutti i piedini e l’unico che è in sofferenza è proprio l’RX del modulo, che si collega ai piedini M e 5 della user port del Commodore 64.

La modifica al modem WiFi per Commodore 64 è molto semplice da effettuare. Infatti, è sufficiente aggiungere un diodo. Ho notato che, all’interno del modulo del modem WiFi, è già presente un resistore di pull-up, che impone 3,3V quando nessun segnale viene immesso nel piedino RX. Anche il Commodore 64 ha un resistore di pull-up sul piedino 5 della user port. Lo si può notare consultando il service manual a pagina 13 del manuale (è la 17 del file PDF).

Quello che serve per ridurre i 5V dell’uscita del Commodore, portando la tensione a 3,3V è chiamato traslatore di livello. Molti utilizzano un semplice resistore per effettuare la riduzione di tensione. Almeno in questo caso, non è una buona soluzione, proprio perché sono presenti i resistori di pull-up sia nel modulo WiFi che nel Commodore.

La soluzione più semplice per realizzare un traslatore di livello, in questo caso, è inserire un diodo, tipo 1N4148, tra il piedino RX del modulo WiFi ed i piedini M e 5 della user port del Commodore. Anche se il diodo 1N4148 rientra perfettamente nelle tolleranze di tensione e frequenza richieste, chi volesse, potrebbe utilizzare un diodo Schottky, che ha delle performance migliori. Ai fini pratici, comunque, non si riscontrerebbe alcuna differenza.

Modifica modem WiFi Commodore 64, NodeMCU esp8266, schema corretto con aggiunta diodo 1N4148 o Schottky

Il diodo, rivolto con il Catodo verso i piedini M e 5 della user port, serve per far passare solamente il livello logico 0 (tensione tendente a 0V) dal Commodore al modem. Invece, il livello logico 1 (tensione tendente a quella di alimentazione), viene fornito dai due resistori di pull-up (quelli già presenti nel modem e nel Commodore).

Modifica al Modem WiFi per Commodore 64: la parte hardware

La modifica al modem WiFi per Commodore 64, oltre che teorica, è anche pratica. Bisogna tagliare la pista che porta il segnale al piedino RX del modulo WiFi, lasciando uniti tra di loro i piedini M e 5 della user port del Commodore. Poi bisogna saldare il diodo tra il piedino RX del modulo WiFi e i piedini M e 5 della user port. Il diodo è un componente polarizzato: la fascia che identifica il Catodo deve essere rivolta verso i piedini M e 5 della user port. Ecco in foto il risultato che ho ottenuto.

Modifica modem WiFi Commodore 64, NodeMCU, ESP8266, aggiunta diodo

Terminata la modifica, ho analizzato le tensioni con un oscilloscopio. Si può notare come, dopo la modifica al Modem WiFi per Commodore 64, la tensione massima sui piedini M e 5 della user port non sia più a 3,7V, ma circa 5V, come deve essere. Inoltre la tensione massima sul piedino RX del modulo WiFi ESP8266 non è più errata a 3,7V, ma corretta a 3,3V.

Modifica modem WiFi Commodore 64, NodeMCU, ESP8266, 5V non è 3V3 3.3V tolerant, segnali

Nessuna modifica è stata effettuata sugli altri piedini, che però non hanno problemi. Ad esempio il piedino TX presenta una tensione massima di circa 3,3V, che è corretta per il modulo WiFi ESP8266. La tensione rientra anche nelle tolleranze degli ingressi della user port del Commodore 64.

Modifica modem WiFi Commodore 64, NodeMCU esp8266, segnali pin TX

E’ proprio necessaria la modifica al Modem WiFi per Commodore 64?

Modificare o non modificare il modem? Online, si leggono pareri discordanti.

“Non ho mai visto rompersi alcun Commodore 64 per aver installato questi modem WiFi!”
“Le correnti in gioco sono molto piccole e non possono creare danni!”

Certo, ciascuno ha le proprie opinioni. Ora, però, sappiamo che:

  • i componenti lavorano con tensioni errate;
  • la modifica al modem WiFi per Commodore 64 costa davvero poco.

Inoltre, per completezza, allego il documento “hardware design guidelines“, del produttore del modulo ESP8266: Shanghai Espressif Systems. A pagina 11 del documento, che corrisponde alla pagina 15 del PDF, si evince quanto segue: “The IO of the ESP8266EX is a 3.3 V logic level. In the case of serial communication with a 5 V CMOS logic system, a level switch circuit needs to be added externally. See Figure 1-10c“.

La modifica, a mio parere, deve proprio essere effettuata!

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