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学研の大人の科学Vol.24 4ビットマイコン(GMC-4)を手に入れたよ2009/07/03 23:00:14

学研の大人の科学Vol.24 4ビットマイコン(GMC-4)を手に入れたよ
数日前にブログで紹介していた学研の大人の科学Vol.24 4ビットマイコン(GMC-4)を手に入れた。現時点では書店でまだ簡単に買えた。前のシンセサイザークロニクルといい、プラネタリウムといい、在庫が未だあると思っていたら、一気に売り切れしてしまった苦い経験があったので、今回は見つけ次第すぐ購入した。梱包は相変わらずの発砲スチロールを使っているが、このシリーズは本が独立して簡単に切り離せるのが良い。マイコンを覗くと、ダイチップを直接基板に搭載して樹脂でモールドしたタイプになっている。材質はベークか紙フェノールっぽい。片面パターンで行っている。
組み立てはドライバーだけでOK
組み立てはドライバーだけで終わってしまう。単三乾電池を3本は予め用意しておく。それにしてもこのシルク印刷は何か意味があるのか?版を無駄に1枚使っている感じがするが・・・・
電線とセラミック発振子は、昔で言うソニーボンドのタフっぽい黄色のボンドで固定されている。そういえば、昔電子ブロックを分解したときもこのボンドを多用していたな。
テープを貼ってマジックで塗ると良く見えるようになる
乾電池をセットして電源を入れたら、7セグメントから"F"という表示が表示されればOKだ。ただ、これはちょっと見えにくいので、透明なテープを貼ってから赤マジックなどで塗ると良く見えるようになる。色セロファンでも良いだろう。

追記:この7セグメントLEDは最初から保護シールが貼られており、直接マジックで色を塗ってもOKだ。なお、この保護シートを剥がすとつや消しの黒い部分が現れる。

オシロスコープで発振周波数を測る
オシロスコープで発振周波数を測ると4メガヘルツ位。
大人の科学Vol.24 METEX P-10で発振周波数を測る
更にMETEX P-10で測ってみる。
Z4MHzかよww
この最初の"Z"が紛らわしいな。4MHzの2極のセラミック振動子を使用している。

このマイコンは予め内蔵プログラムが7つも入っており、プログラムを行わないでも買ってすぐに動作させられるのが良い。また80ニブル(ステップ)のユーザプログラムを書き込むことが出来る。データエリアは16ニブル。ニブルとは単位で4ビット=1ニブルだ。2ニブルで1バイト。ここら辺の事がこの本には詳しく説明されている。
大人の科学Vol.24 内蔵のプログラムのオルガンで音を出したときの波形
早速サンプルの一つである電子オルガンで音を出してみた。手順は[RESET][9][RUN]と3プッシュで動作開始だ。1の音はラの音、つまりAなので220Hzか110Hz辺りになっていればよい。波形を見ると、113Hzなので大体あっている。周波数の計算は以下の式で求めることが出来る。表計算ソフトなどを使えばすぐに求まるだろう。

平均律の計算方法

   ( 2^ (音程/12) )* 基準周波数

音程:変数。半音上がるごとに1増加 ドなら 3、ソなら8となる。オクターブ上のラなら12だ
基準周波数:定数。ここでは下のラの音として110Hzを代入

オシロスコープのグラウンド取り出し部分
ちなみに、オシロスコープのグラウンド取り出し口はここから行った。

部品を眺めていると、恐らくその殆どが中国製の部品を使用していると思われる。PNPトランジスタとNPNトランジスタのデータシート。恐らく2SA1015と2SC1815位ポピュラーなものだろう。回路図は、公式からダウンロードできる模様。

ACアダプター化を考えたが、電流については、4.5Vの時で電源投入直後時では約10mAの消費電流であったので、このまま電池で使うことにした。
赤い部分の半田を外し、1kΩの半固定抵抗器を入れるだけ
音については、操作音は普通なのだが、オルゴールやオルガンでは深夜動かすには正直でかい。目覚まし時計位の音は出ている。
対策としては1kΩの半固定抵抗器を、写真赤枠の部分の間のスピーカの配線に直列に入れて、半固定抵抗器がぐらぐらしないようにテープで止めた。これで快適な音量となった。夜中に思う存分音が出せるというわけだ。この改造はオススメ。注意として、半田付けのときスピーカの磁力に半田ごてが吸いつけられるので慎重に行う。スピーカーの線はボンドで固定されているので、取りにくいと感じたらリード線を途中から切って配線してもよいだろう。(但し、改造は自己責任で)

外付けの半固定抵抗について、説明が不足していたので補足すると、確かに大きな音に近づけば半固定抵抗器の損失が大きくなるので熱になるのだが、安い部品一つで終わる、常時音を鳴らすわけでもない、所詮趣味で動かす、という事で半固定抵抗器を一発つけて音量を変更できるようにした。ウィークより、これらのアドバンテージの方が上回る。

外付け抵抗の損失
このグラフは参考までであるが、単純にスピーカー8Ωを直流抵抗として4.5Vの時に外付け抵抗値が変化したときの、50%矩形出力時の外付け抵抗の損失を表している。こんな大雑把な計算でも概ね参考になるだろう。今回使った半固定抵抗器は0.1Wなので、最大で3倍位の定格を超えるポイントがある。大体85Ω以降になると定格以下になる。

寿命より安全の方を検証しており、実際には、テスターで半固定抵抗器を10Ωにしてから電池を新品にしてドの音を30秒鳴らした所で、指で触ったり、焼けていないかを臭いを嗅いだりして検証をしている。

それにしても、そんなことを言い出し始めたら、こんなトランジスターで8Ωのスピーカを駆動するとか、スピーカーに逆起電力防止ダイオードは要らないのかとか色々出てくるわけで、これは単におもちゃと割り切りが必要なものと思っている。半固定抵抗器を8割以上回さないように注意するか、どうしても心配な人や改造して渡す場合などは、安全の為に更に制限抵抗を100Ω位直列に付ければよい話である。

尤も、半固定抵抗器を定格以上で使うこんな回路を、製品等に使うのは避けるべきである。
今回の改造に疑問を持てるということは、逆に言えば正しい知識の持ち主だ。その心をこれからも生かして頂きたい。
追記:もっと安全に行いたい場合は、nshdotGMC-4にボリュームつけたを参考にすると良いだろう。


一通り動かして、付録は中々面白かった。ユーザープログラムもチャレンジしてみた。一発で間違いなく打ち込むのは難しい。高校の時に、NECのPC8001にアセンブラを定規を当てながら友達と打ち込み、一発で動かず何度も見直した事を思い出してしまったよ。ユーザープログラムは残念ながら電源を切るとクリアされてしまう。この値段だから仕方ない。
本は永久保存したいくらいの内容
雑誌記事の内容も、コンピュータの歴史がうまくまとめられている。少なくても私としてはお気に入りだ。
こういうノスタルジックはいい!
今では当たり前にマイコンが使われているが、歴史を改めて感じた付録であった。マイコンについて何も知らない人でも、この本なら楽しく理解できるのでは無いかと思う。若い頃にマイコンを触った事のある人にとって、この本は大変ノスタルジックなアイテムだろう。この付録について、■[4ビットマイコン]GMC-4 リンク集という、まとめサイトを立ち上げた方が現れた。

(学研関係の記事はこちらから一括で読めます)


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