SternFA

Stern-/Bally-MPU auf FPGA-Basis

Hardware-Version 1.0 und 1.1

Software-Version x.30 (1.30, 3.30, 4.30)

Bedienungsanleitung

ralf@lisy.dev

v1.30 23.10.2026

Deutsche Fassung von SternFA_HW1_x_user_manual.html. Version française : SternFA_HW1_x_manuel_utilisateur.html. Die Kapitelnummern sind in allen drei Fassungen gleich.

Diese Anleitung beschreibt die älteren Platinen, Hardware 1.0 und 1.1, mit Software x.30. Sie ersetzt die Anleitung v1.04.

Für Hardware 2.0 (Platine v2.00 bis v2.02, mit dem ESP32-Steckplatz) gibt es eine eigene Anleitung: SternFA_Bedienungsanleitung.html.

Sie kommen von der Anleitung v1.04? Anti-Flicker liegt jetzt auf Options-Dip5, nicht mehr auf Dip4 (seit Software x.06, Kapitel 4.2). Und ab x.30 läuft die Platine auch ohne SD-Karte (Kapitel 5.3).

Inhaltsverzeichnis

• Wichtiger Hinweis
• 1. Einführung
• 2. Schnellstart
• 3. Einbau
  • 3.1. Was SternFA ersetzt und was nicht
  • 3.2. Was auf der Platine sitzt
• 4. DIP-Schalter-Einstellungen
  • 4.1. DIP-Bank S1: Spielauswahl
  • 4.2. DIP-Bank S2: Optionen
    • 4.2.1. S2-Dip1 -> Zero-Cross-Emulator
    • 4.2.2. S2-Dip2 -> nvram-Inhalt fortlaufend sichern
    • 4.2.3. S2-Dip3 -> Bally-Spiel erzwingen
    • 4.2.4. S2-Dip4 -> nicht belegt
    • 4.2.5. S2-Dip5 -> Anti-Flicker für Spiele mit LEDs
    • 4.2.6. S2-Dip6 -> nvram initialisieren
  • 4.3. Die DIP-Schalter werden einmal beim Start gelesen
• 5. Startvorgang
  • 5.1. Phase 1: die Info-Anzeige
  • 5.2. Phase 2: SD-Karte lesen
  • 5.3. Betrieb ohne SD-Karte (x.30)
  • 5.4. Phase 3: das Spiel läuft an
• 6. Taster und LEDs auf der Platine
  • 6.1. Die drei Status-LEDs
  • 6.2. Die Taster
• 7. Die SD-Karte
• 8. Spiel-ROMs im FPGA-Flash
• 9. Credits und Highscores
• 10. Das FPGA programmieren
• 11. Platinenvarianten
• 12. Versionsgeschichte
• 13. Bekannte Grenzen
• Anhang A Spielauswahl
• Anhang B Kurzübersicht

Wichtiger Hinweis

Mit SternFA kann man seinen Flipper beschädigen. Da dies ein privates Projekt OHNE kommerzielles Interesse ist, übernimmt der Autor keinerlei Haftung für Schäden, die durch die Verwendung von SternFA entstehen!

1. Einführung

SternFA benutzt ein (günstiges) FPGA, das die Hardware einer Stern-MPU nachbildet. Es bildet den Prozessor MC6800 nach, die beiden PIA 6821, das Scratchpad-RAM 6810, das CMOS-RAM 5101 und die Spiel-ROMs, und es bedient die Original-Anschlüsse des Automaten für Displays, Lampen, Schalter und Spulen.

Weil in Bally-Automaten dieselbe MPU-Familie sitzt, laufen auf SternFA Stern MPU-100, Stern MPU-200 und Bally -17/-35 — auf dem SD-Karten-Image liegen 238 Spielnummern, siehe Anhang A. Welches Spiel läuft, stellt man mit den acht Schaltern der DIP-Bank S1 ein.

SternFA ist ein 100-%-Hobbyprojekt. Das macht die Lösung günstig; je nachdem, wo Sie Ihre Bauteile kaufen, lässt sich Ihre Stern-Ersatz-MPU für unter 80 € aufbauen.

Was brauchen Sie?

• Grundkenntnisse im Löten (SMD-Bauteile lassen sich in den meisten Shops vorbestückt bestellen)
• Die Möglichkeit, micro-SD-Karten zu lesen und zu beschreiben
• Einen PC mit USB-Anschluss und einen USB Blaster, um das FPGA programmieren zu können

Drei Dinge sollten Sie vorher wissen:

• Alle DIP-Schalter werden einmal beim Start gelesen. Einen Schalter im laufenden Betrieb umzulegen bewirkt nichts — siehe Kapitel 4.3.
• Die Spiel-ROMs werden bei jedem Einschalten neu geladen — von der SD-Karte, und ab x.30 ohne Karte aus dem Konfigurationsflash der FPGA-Platine (Kapitel 5.3). Liegt das Spiel an keiner der beiden Stellen, gibt es kein Spiel.
• Die erste Ziffer der beim Start angezeigten Version kennzeichnet die Platine — 1, 3 oder 4 auf den Platinen dieser Anleitung, siehe Kapitel 11. Passt sie nicht zu Ihrer Platine, liegt das falsche Programm im FPGA.

2. Schnellstart

1. Aktuelles SD-Karten-Image und das FPGA-Programm für Ihre Platine von lisy.dev laden (Kapitel 10):
   1. SternFA_1xx für Platine v1.0 mit der Cyclone-IV-Platine
   2. SternFA_3xx für Platine v1.1 mit der Cyclone-IV-Platine
   3. SternFA_4xx für Platine v1.1 mit der Cyclone-10-Platine
2. Image auf eine micro-SD-Karte schreiben und die Karte in die Platine stecken
3. FPGA programmieren
4. DIP-Bank S1 „Spielauswahl“ passend zu Ihrem Flipper einstellen (Anhang A)
5. DIP-Bank S2 „Optionen“ fürs Erste komplett auf OFF lassen
6. Original-Stern-/Bally-MPU durch SternFA ersetzen
7. Automaten einschalten
8. Die ersten Sekunden auf die Info-Anzeige schauen und prüfen, ob Version und Spielnummer das sind, was Sie erwarten (Kapitel 5.1)
9. Viel Spaß

3. Einbau

SternFA-Platinen haben dieselben Steckverbinder und dieselben Befestigungslöcher wie die Original-MPUs von Bally/Stern; der Tausch dauert also Sekunden. Automaten ausschalten, Original-MPU herausziehen, SternFA hinein, fertig.

3.1. Was SternFA ersetzt und was nicht

Ersetzt wird: die MPU-Platine — Prozessor, RAM, ROMs, beide PIAs und die Logik drumherum.

Weiterhin gebraucht wird: alles außerhalb der MPU. SternFA bedient die Original-Anschlüsse und erwartet dahinter die Original-Baugruppen:

• die Lampentreiberplatine (AS-2518-23 oder gleichwertig) mit ihren Adressdekodern,
• die Spulentreiberplatine,
• die Displayplatine(n),
• die Gleichrichter-/Netzteilbaugruppe, von der auch das Zero-Cross-Signal kommt,
• bei MPU-200-Spielen die Stern-Soundplatine SB-300 am Steckverbinder J5.

Nichts davon bildet SternFA nach. Nach außen verhält es sich genau so wie die Original-MPU.

3.2. Was auf der Platine sitzt

Platine v1.0 und v1.1 unterscheiden sich in einem Detail, das man nicht sieht: Auf v1.1 erzeugt ein externer CD4502 die Latch-Strobes für die Displays, auf v1.0 macht das FPGA das selbst. Deshalb brauchen die beiden Platinen verschiedene FPGA-Programme (Kapitel 11).

4. DIP-Schalter-Einstellungen

4.1. DIP-Bank S1: Spielauswahl

Hier stellen Sie ein, welches Spiel SternFA ausführen soll. Was zur Auswahl steht, hängt von den ROMs auf der SD-Karte ab; Anhang A führt auf, was das aktuelle Image enthält.

Das Schaltermuster ist einfach die Spielnummer binär, S1 ist dabei das niedrigste Bit:

ON = der Wert wird addiert. Spiel 101 (MATAHARI) ist also 1 + 4 + 32 + 64 = S1, S3, S6 und S7 auf ON, alles andere OFF. Anhang A schreibt das für jedes Spiel aus.

Die Spielnummern 0 bis 63 sind Stern-MPU-200-Spiele und laufen mit dem höheren Prozessortakt. Ab 64 nimmt SternFA den Bally-/MPU-100-Takt. Das ergibt sich allein aus der Spielnummer (Schalter S7 und S8) — deshalb gibt es Options-DIP 3, siehe 4.2.3.

4.2. DIP-Bank S2: Optionen

Grundeinstellung ist alles OFF.

Dip4 und Dip5 haben in Software x.06 die Plätze getauscht. Anti-Flicker lag früher auf Dip4 (Anleitung v1.04) und liegt jetzt auf Dip5. Wenn Sie von einer älteren Version kommen und Anti-Flicker benutzen, legen Sie diesen Schalter von 4 auf 5 um.

4.2.1. S2-Dip1 -> Zero-Cross-Emulator

Eine Bally-/Stern-MPU braucht für einen sauberen Betrieb ein „Zero-Cross“-Signal (Nulldurchgang); es kommt aus der 12-Volt-Versorgung. Beim Start wird geprüft, ob es vorhanden ist.

Mit Dip1 auf ON erzeugt SternFA das Signal selbst (100 Hz, also ein 50-Hz-Netz); für Tests auf der Werkbank reicht dann eine 5-Volt-Versorgung. Mit emuliertem Zero Cross ist das Timing ein anderes — also für die Werkbank, nicht für den Automaten.

4.2.2. S2-Dip2 -> nvram-Inhalt fortlaufend sichern

SternFA sichert den nvram-Inhalt (Highscores und erweiterte Einstellungen) in einem FRAM-Baustein. Für Tests auf der Werkbank kann Dip2 auf ON gestellt werden; dann sichert SternFA den aktuellen nvram-Inhalt fortlaufend.

Im normalen Spielbetrieb wird der nvram-Inhalt ohnehin automatisch gesichert — ausgelöst vom Testschalter, vom Game-Over-Relais und vom Credit-Taster.

4.2.3. S2-Dip3 -> Bally-Spiel erzwingen

Mit SternFA lassen sich auch alle Spiele betreiben, die auf BallyFA laufen, indem man das SD-Image mit den BallyFA-ROMs verwendet. Stellen Sie diese Option dann auf ON — sonst liefen alle Spiele mit einer Nummer unter 64 mit dem höheren MPU-200-Prozessortakt.

Das mitgelieferte Stern-SD-Image enthält Stern- und Bally-Spiele mit der richtigen Nummerierung; mit diesem Image brauchen Sie die Option nicht.

4.2.4. S2-Dip4 -> nicht belegt

Auf Hardware 1.0 und 1.1 ohne Funktion, auf OFF lassen. Auf Hardware 2.0 erlaubt dieser Schalter der Testoberfläche FA-Control, den Automaten zu übernehmen.

4.2.5. S2-Dip5 -> Anti-Flicker für Spiele mit LEDs

Mit Dip5 auf ON ändert SternFA das Timing des Zero-Cross-Signals. Bally-Spiele sind dafür bekannt, dass LED-Ersatzlampen flackern; meist braucht jede LED einen Widerstand parallel. Mit dieser Option flackern die LEDs auch ohne die zusätzlichen Widerstände nicht.

4.2.6. S2-Dip6 -> nvram initialisieren

Mit Dip6 auf ON setzt SternFA beim Start das nvram des gewählten Spiels auf Null. Das ist nützlich, wenn Sie den gesamten RAM-Inhalt zurücksetzen wollen, zum Beispiel nachdem ein anderes Spiel auf denselben Platz gekommen ist.

Danach wieder auf OFF stellen und aus- und einschalten — sonst löscht der Automat seine Einstellungen bei jedem Start.

4.3. Die DIP-Schalter werden einmal beim Start gelesen

Beide Bänke — die acht von S1 und die sechs von S2 — werden einmal gelesen, in den ersten Augenblicken nach dem Einschalten, und die Werte gelten dann bis zum nächsten Reset. Einen Schalter im laufenden Betrieb umzulegen bewirkt nichts.

Die praktische Folge: nach jeder Schalteränderung aus- und einschalten, oder den Reset-Taster S8 drücken.

5. Startvorgang

5.1. Phase 1: die Info-Anzeige

Direkt nach dem Einschalten — oder nach dem Druck auf S8 — liest SternFA beide DIP-Bänke und schreibt die Info-Anzeige auf die Displays Ihres Automaten, noch bevor Spielcode läuft. Sie steht so lange, wie die grüne LED die ersten Male blinkt:

Schauen Sie sich bei jedem ersten Start Spieler 1 und Spieler 2 an. Die beiden sagen Ihnen, ob das richtige Programm im FPGA liegt und ob die Spielauswahl auf dem steht, was Sie gemeint haben.

5.2. Phase 2: SD-Karte lesen

SternFA liest das ROM des gewählten Spiels von der SD-Karte. Schlägt das fehl, blinkt die rote LED „SD-Kartenfehler“ zuerst einen Code und leuchtet danach dauerhaft, und in der Statusanzeige erscheint eine Fehlerziffer:

Gelingt das Lesen, bleibt die rote LED dunkel und es erscheint keine Fehlerziffer.

5.3. Betrieb ohne SD-Karte (x.30)

Neu mit Software x.30. Antwortet keine SD-Karte, lädt SternFA das Spiel aus dem Konfigurationsflash (EPCS16) der FPGA-Platine, unter derselben Spielnummer wie auf der Karte. Die Statusanzeige zeigt dann 4.

• Die reguläre Release-Datei SternFA_<version>.jic enthält aus urheberrechtlichen Gründen keine Spiele. Ohne Karte endet der Start dann mit der Ziffer 8, und die rote LED blinkt achtmal schnell und macht dann eine Pause. Wie die Spiele in den Flash kommen: Kapitel 8.
• Eine Karte, die da ist, aber einen CRC-Fehler liefert (Ziffer 2), wird nicht durch den Flash ersetzt — eine kaputte Karte soll sichtbar bleiben.
• Steckt eine Karte, gewinnt immer die Karte.
• Ohne Karte dauert der Start etwas länger, weil SternFA der Karte zuerst ihre Chance gibt.

5.4. Phase 3: das Spiel läuft an

Der nvram-Inhalt des gewählten Spiels wird aus dem FRAM ins CMOS-RAM geholt, und der Spielcode startet. Das ist der normale Bally-/Stern-Startvorgang: Die grüne LED „Bally“ blinkt ein paar Mal, und wenn der Code läuft und die Interrupts regelmäßig kommen, geht die grüne LED an und bleibt an.

Ab hier verhält sich der Automat wie mit dem Original.

6. Taster und LEDs auf der Platine

6.1. Die drei Status-LEDs

6.2. Die Taster

7. Die SD-Karte

Die Spiel-ROMs liegen auf der SD-Karte, und SternFA liest sie bei jedem Einschalten. Die Karte wird roh gelesen — es liegt kein Dateisystem darauf. Schreiben Sie das heruntergeladene Image mit einem Imaging-Werkzeug auf die Karte (zum Beispiel Win32DiskImager, balenaEtcher oder dd); eine Datei einfach auf eine formatierte Karte zu kopieren funktioniert nicht.

Jedes Spiel belegt auf der Karte einen Block von 64 KB, und die Blöcke liegen in der Reihenfolge der Spielnummern aus Anhang A. Das FPGA berechnet die Position allein aus den S1-Schaltern — deshalb müssen Spielnummer und Image-Version zusammenpassen; die Nummern in Anhang A sind die des Images v0.98.

Im Image steht außerdem je Spielblock eine Prüfsumme. Darauf bezieht sich Fehlercode 2 aus 5.2; sie fängt einen beschädigten Download oder eine ausfallende Karte ab, bevor das Spiel anfängt, sich merkwürdig zu verhalten.

Jede handelsübliche micro-SD-Karte tut es. Die Größe spielt keine Rolle — das Image ist klein — aber eine Karte, die seit Jahren im Einsatz ist, ist genau das Bauteil, das anfängt, Fehler 2 zu produzieren.

8. Spiel-ROMs im FPGA-Flash

Das FPGA startet aus einem 2-MByte-Flashbaustein (EPCS16) auf der FPGA-Platine. Das FPGA-Programm belegt die ersten 512 KByte; ab Adresse 080000h ist Platz für die Spiele. Viele Spiele teilen sich ROM-Bausteine, deshalb wird jeder 2-KByte-ROM-Block nur einmal abgelegt, mit einem vorangestellten Verzeichnis, das für jede Spielnummer sagt, welche Blöcke dazugehören. So passen alle 204 Spiele des SD-Karten-Images v0.98 hinein, in 598 KByte.

Die ROMs sind urheberrechtlich geschützt und können deshalb nicht Teil des Downloads sein. Sie legen sie selbst hinein, aus einem Image Ihrer SD-Karte. Im SternFA-Quellbaum (github.com/bontango/SternFA) ausführen:

.\scripts\build.ps1 <variant> -RomImage <image of the SD card>

mit hw1_0_cyclone_IV (Platine v1.0), hw1_1_cyclone_IV oder hw1_1_cyclone_10 (Platine v1.1) als Variante. Übernommen werden nur Spiele mit korrekter Prüfsumme. Das baut das FPGA-Programm und packt es zusammen mit den Spielen in eine Datei, variants\<variant>\output_files\sternfa_roms.jic. Diese Datei mit dem Quartus Programmer statt der normalen .jic programmieren.

Ab dann läuft die Platine ohne SD-Karte. Steckt eine Karte, gewinnt immer die Karte — Sie können also weiterhin andere ROMs von einer Karte ausprobieren, ohne den Flash anzufassen. Credits und Highscores gehören zur Spielnummer, nicht dazu, woher das ROM kam — sie bleiben erhalten, wenn Sie zwischen Karte und Flash wechseln.

Behalten Sie diese Datei für sich. Sie enthält die Spiel-ROMs und darf nicht weitergegeben werden.

9. Credits und Highscores

Die Original-MPU hält ihr CMOS-RAM mit Batterien am Leben, und genau das zerstört am Ende so viele dieser Platinen. SternFA hat keine Batterie. Stattdessen kopiert es den nvram-Inhalt in den FRAM-Baustein auf der Platine und liest ihn beim nächsten Start zurück.

Sie müssen dafür nichts tun. Das Sichern wird automatisch ausgelöst — vom Testschalter, vom Game-Over-Relais und vom Credit-Taster, also bei denselben Ereignissen, bei denen auch die Originalplatine zur Ruhe gekommen wäre. Options-Dip2 (4.2.2) erzwingt fortlaufendes Sichern für die Werkbank, Options-Dip6 (4.2.6) löscht den Inhalt.

FRAM braucht keine Batterie, hat keine nennenswerte Begrenzung der Schreibzyklen und läuft nicht aus.

10. Das FPGA programmieren

Alles, was Sie brauchen, um die Software auf die Platine zu bringen, steht auf meiner Webseite und wird dort aktuell gehalten:

https://lisy.dev/documentation-01.html

Dort finden Sie, welche Programmiersoftware Sie brauchen, wie Sie den Treiber für den USB Blaster installieren und wie Sie das FPGA programmieren.

Das FPGA-Programm selbst und das SD-Karten-Image liegen im SternFA-Software-Repository:

https://lisy.dev/swrep/SternFA

Achten Sie darauf, die Version für Ihre Platine zu nehmen — siehe Kapitel 11. Mit Software x.30 sind das SternFA_130.jic, SternFA_330.jic und SternFA_430.jic.

Das FPGA auf dieser Platine wird aus einem seriellen Konfigurationsbaustein geladen, das Programm bleibt also nach dem Ausschalten erhalten. Sie programmieren es einmal, nicht bei jedem Start.

11. Platinenvarianten

Dasselbe Design läuft auf mehreren Platinen, und das FPGA-Programm ist zwischen ihnen nicht austauschbar — die Pinbelegung ist verschieden, und ein falsches Programm zeigt im besten Fall nichts und treibt im schlimmsten Fall die falschen Pins.

Welches Programm läuft, zeigt die Info-Anzeige: Die erste der drei Versionsziffern auf Spieler-Anzeige 1 ist die Platinennummer. Haben Sie das falsche geladen, bleiben die Displays höchstwahrscheinlich dunkel oder zeigen Unsinn — prüfen Sie zuerst diese Ziffer.

12. Versionsgeschichte

13. Bekannte Grenzen

• Software x.30 ist auf Hardware 1.x noch nicht bestätigt — weder der Flash-Rückfall noch der normale Start von der SD-Karte. Stimmt etwas nicht, gehen Sie zurück auf SternFA_106.jic, SternFA_306.jic oder SternFA_406.jic und melden Sie, was Sie gesehen haben.
• Der Prozessortakt hat sich mit x.05 geändert, auf den Cyclone-IV-Platinen (1xx und 3xx) auf den Wert, den die Cyclone-10-Platine schon immer hatte. Wirken Spieltempo, Sound-Timing oder Displays anders als gewohnt, ist das die erste Stelle zum Nachsehen; SternFA_103.jic / SternFA_304.jic sind die letzten Versionen mit dem alten Takt.
• S9 hat keine Funktion — siehe 6.2.

Anhang A Spielauswahl

Spielnummern des SD-Karten-Images v0.98. on = Schalter geschlossen. Das Muster ist die Spielnummer binär mit S1 als niedrigstem Bit, siehe 4.1. Spielnamen und Anmerkungen stammen aus dem Image und bleiben unübersetzt: Freeplay = Freispielversion, NOT USED = an dieser Nummer liegt kein ROM, 7digit mod = für 7-stellige Anzeigen umgebaut, 2 player/4 player = Zahl der Spieler.

Anhang B Kurzübersicht

Die 14 Konfigurationsschalter von SternFA

 S1  Spielauswahl                      S2  Optionen
  1  + 1                                1  Zero-Cross-Emulator
  2  + 2                                2  nvram fortlaufend sichern
  3  + 4                                3  Bally-Takt erzwingen
  4  + 8                                4  nicht belegt (HW 1.x)
  5  + 16                               5  Anti-Flicker für LEDs (bis x.05 auf Dip4)
  6  + 32                               6  nvram beim Start initialisieren
  7  + 64
  8  + 128                             Grundeinstellung: alles OFF

 beide Bänke werden EINMAL beim Start gelesen - nach jeder Änderung: aus, ein, oder S8

Die Info-Anzeige, die ersten Sekunden nach dem Einschalten

Spieler 1     4 3 0     Version, erste Ziffer = Platinenvariante (Kapitel 11)
Spieler 2  2    1 0 1    Spielauswahl; führende 2 = Stern-MPU-200-Takt
Spieler 3  0 5 0 9 6 3   lisy.dev-Kennung, fest
Spieler 4       1 6      Wert der Optionsbank S2 (Dip1=1 ... Dip6=32)
Credit              4    zählt 4, 3, 2, 1, 0 herunter

LEDs: rot SD-Kartenfehler (dunkel = gut) · gelb Zero Cross (an = gut) · grün Bally (blinkt beim Start, dann an, solange das Spiel läuft)

Fehlerziffer der SD-Karte in der Statusanzeige: 1 = Karte nicht lesbar · 2 = Prüfsumme des Spielblocks falsch · 4 = ROM aus dem Konfigurationsflash, keine Karte (kein Fehler) · 8 = keine Karte, Spiel nicht im Flash

Taster: S8 Reset · S33 Bookkeeping-Reset · S9 ohne Funktion

FPGA-Programm: SternFA_1xx Platine v1.0 · SternFA_3xx Platine v1.1 Cyclone IV · SternFA_4xx Platine v1.1 Cyclone 10