学研の大人の科学Vol.24 4ビットマイコン(GMC-4) キーアクセスが自動にできるようになった ― 2009/08/16 23:43:04
キー入力の模索をしていたが、Web上でみると3種類の方式で行っている模様である。1つ目はニコニコ動画にアップされていたリレー式 、2つ目がトランジスター式、3つ目がアナログスイッチ式である。3種類とも原理としては大きな違いはない。結局トランジスター式の方法をもう少しアレンジして作ることにした。
学研 大人の科学マガジン Vol.24 4ビットマイコン GMC-4 @ wiki 最初は汎用のトランジスタで組む予定であったが、 在庫が底を尽きていた。なにか代替でつかえるものは。。。。。 あった、デジトラ、しかし面実装 (´・ω・`) 厳密にいうと、PNP側の内蔵抵抗が。。。。でも、先に進まねば!!! これでやってやる!!
というわけでデジトラ版に回路を変更。 補足:デジトラ=デジタルトランジスター 汎用トランジスターに抵抗を内蔵したもので、デジタル出力にそのまま接続してLEDなどに使用できる便利なものである。
今回は手元にあったRN1402(NPNタイプ)と RN2402(PNPタイプ)という一般的に使用されるデジトラを使った関係で、それに影響されない抵抗値(1kΩ)でプルアップして回避する事にしたが、上記回路右の構成のデジトラを使用する事を推奨する。
入手性を考えるとロームDTA114TSA、東芝RN2007辺りが候補だ。いずれもマルツ電波で手に入る。なお、NPN側はベースに10KΩ位の抵抗が入っていれば何でもよい。もちろん、2SA1015や2SC1815を使って上記の右の等価回路になるようにしても良い。
3時間後・・・・・
表面は何も無いよ。すっきりだねー。裏は?
ぐちゃー (´・ω・`)
配線するのが精一杯だったよ。このレベルで間違えると、目も当てられないので、石橋を叩いて渡る様に確実に配線したよ。 半田もこの1年ほど前から鉛ハンダ止めてスズ-銀系のハンダにしたのでハンダ付けが難しくなったよ (´・ω・`)
それでも、意外とコンパクトに収まったかな (´・ω・`) さてと、まずはテストプログラム。
※PICkit2の裏に張ってあるシールはホームページで公開しています。 こちらへどうぞ。 まあ今は試作だし、とにかく機能を確認していくぜw まずは、行と列を制御し、思ったキーを入力できるかテストするプログラムを書いてみた。 それをPICkit2で書き込んで実行!成功だ!!!(`・ω・´)
PICの波形は意図した通り出力されている。 赤=PICの制御 黄色=キーの波形。押されている間は、何度もストローブがGMC-4からやってくる。 立ち上がり部分と、 立下り部分も問題がない。 キーストローブも思った波形で出ている。ハードも出来上がったわけだし、ここからは机上でデバッグがガンガンできる。
次はキー関数と通信系だ。 続く・・・・・
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学研の大人の科学Vol.24 4ビットマイコン(GMC-4) キーへのアクセス実験 ― 2009/08/07 08:40:31
(`・ω・´) ずっと手付かずだったキーボードへのアクセスを検討するよ。
ストローブ信号が"H"レベルになったら、それに応答する様な簡単なプログラムを作成して、動作を確認する。
counter=10000;
while(counter){
if(RB2) {
RA0 = 1;
counter--;
}else RA0 =0;
}
その結果が、こちら。
(´・ω・`) ・・・・・間に合っていない orz
応答に10μ秒、リリースで20μ秒も掛かっている。そして新たに分かった事は、キーが押されている時は連続したストローブが入ってくるという事。当然ながら、キー入力は誤動作しまくりなので、使い物にならない。
ストローブに応答した方法は使えないな。この方のハードウェアが大変よく出来ているので、こちらを検討しようかと思っている。これが使えるようになれば、あとの通信系はこれを応用すれば時間も掛からないであろう。
(´・ω・`) ファイトだ 俺
KORG DS-10 PLUSが2009年9月17日発売予定 ― 2009/08/01 07:10:12
そのすぐ後にKORGからNINTENDO DS/DSi向けに出しているシンセサイザーDS-10の上位機種「DS-10PLUS」が2009年9月17日に発売される事を知る orz
進化した部分は、
SONGプレイ中のパラメーター・エディットが可能
SONGモードにおいて、パターン同様、各トラックのミュートをプログラム可能
DS-10の音源部分が2倍 ※この機能のみDSiでのご提供
詳細はこちらで確認だ。
なんと大人の科学との限定版も発売されるとの事。あのYMOの武秀樹氏が絡んでいる。使い方やデモソングを当てにするなら、こちらの方がお得感がある。YMOが好きにはたまらないな。 前回の反省を踏まえ、予約はしっかりしたぜw フル機能を使うとなればDSiに買い替え? 後で考えよう。
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学研大人の科学GMC-4 先を越されたー orz ― 2009/07/23 12:40:03
もうニコニコ動画で先を越されてしまったので、やる気が半減www
しかし先人はリレーでマトリクスを駆動させている方式なので、私が当初から考えている直接キーマトリクスをスキャンさせながらエントリーさせる方法で完成させる予定である。(そのためにオシロスコープを買ったのは内緒だwwww)
学研の大人の科学Vol.24 4ビットマイコン(GMC-4) キーへのアクセス準備 ― 2009/07/12 06:46:22
まずは、キー入力の方から信号を取り出せる様にする事である。まだ周辺ハードが決まっていないので、ブレッドボードでの開発で手軽に使えるように、ジャンプワイヤーを差し込んで使えるような端子台をつける事にしよう。半田付けをするためには、キーのシールが半田が付けられる部分を隠してしまっているので、一度貼り付けたキーを剥がす。低粘着なので、ゆっくり剥がせばOK! キーはまた使うので、粘着にゴミなどが入らないようにビニールなどに貼って保管する。 基板の切れ端を使って端子台とする。マイコン基板と端子台とする基板を両面テープで固定だ。 半田付けの時、不用意な半田ミスなどで、キーが利かなくなることの防止や、作業中の汗などで動作不良を起こさないように、キーのパターン全体をマスキングテープなどでガードする。 電線は横4行、縦5列、電源2本の合計11本を引き出した。この縦5列はセンスラインなので、もしかしたらプルダウン処理が必要かもしれないがとりあえずは、そのまま配線。 裏面に電線を回して半田付け配線する。 電線をプラスチックの筐体と基板に挟まない様に注意しながらねじで固定。その後マスキングテープを剥がす。マスキングテープを剥がした後は、布やティッシュでスイッチの部分を拭いたほうが良いだろう。チョッとした汗でも導通するようだ。 裏面はこの通り。 キーを元通りに貼り、電池を入れて動作チェックをして異常がなければ完成だ。 これで、ジャンプワイヤーが差し込める様になり、信号が簡単にアクセスできるようになった。って今何時だ?・・・・・・・ 問題はこれからなんだがな(´・ω・`) つづく・・・・
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学研の大人の科学Vol.24 4ビットマイコン(GMC-4) 波形で見る ― 2009/07/05 16:15:15
今回は、せっかくオシロスコープを買った事だし、付録をオシロスコープを使い、色々な波形を観測してみた。
まずはキースイッチ。
キーのスキャン方法を調べてみた。キーは横4本がストローブであり、方向は出力、縦5本がセンスで方向は入力という事が分った。 スキャンは論理"1"の正論理でスキャンされ、4回ストローブが与えられて、ポートが読み出される仕組みだ。
Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ | Ⅴ | |
c | d | e | f | a set | ① |
8 | 9 | a | b | incr | ② |
4 | 5 | 6 | 7 | run | ③ |
0 | 1 | 2 | 3 | reset | ④ |
たとえば、6が押されたとしよう。マイコンはⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴの5個のポートで調査をするが、①から順にパルスを与えていき、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴの変化を監視する。6が押されている場合、③にパルスが入るとⅢにはそのパルスが入るという具合だ。なぜこのような仕組みにするかといえば、マイコンのピン数以上のスイッチを読めるからだ。スイッチ一つに1つのポートを準備すると20個も必要なのが、これなら9個で済む。その代わり、このようなソフトシーケンスが必要になる。またキーの同時押しについても、理由は今回は割愛するが、このままでは対応できない。
波形は上から①~④の順番にオシロスコープで観測した。手持ちのオシロスコープは2チャンネルなので、①を最初にオシロスコープのメモリー機能で取り込み、その後実際のチャンネル1と同じ波形が出ているときに、チャンネル2を次々とオシロスコープへメモリーして、4種類の波形の時間軸を同じにしている。
ストローブの周期は約6.5KHz(0.154ms) ちなみに、電池は使い古した電池を使っていて3.3V位しか無いが、これでも動作している。セラロック発振なので、電圧はこれらの測定周期には影響されないだろう。 ストローブの個別の波形時間は一定ではなく、最大では36μ秒、 そして、最小では24μ秒という結果であった。④の最後のストローブから最初の①のストローブまでは数十μ秒あいていた。また、ボタンを押した瞬間の波形は規則性を失う。
このスイッチのセンスラインは、100kΩ以上の高抵抗でプルダウンされていると思われる。ためしに、基板の銅箔むき出しのスイッチパッドを指で強く押すと、スイッチが押されたことになる。チャタリング処理などもどうやっているのか不明。しかし、これで何となくこれからやろうとする事には十分な情報となった(かも)。
次にLEDの点灯周期を調べる。
LEDもキー入力と同じ様にポートを節約して点灯させている。LEDを普通に点灯させるには、14個のポートが必要だが、7ポート出力を2回に分けて表示しているので、9ポートのみで済む。この方法も良く使われる方法だ。人間の目は高速点灯すれば残像現象で点灯したように見える事を応用している。 測定箇所は写真の2箇所。 波形は既にトランジスターを経由した後なので、電圧が出ていない時は、ハイインピーダンス状態となるため、刀状の波形になる。選択ラインが1のとき、表示の7つの信号線が0であればLEDが点灯する負論理での駆動だ。 という事は、7セグメントLEDはアノードコモンタイプを使用している。周期はキー入力より相当遅く、一周期126.6Hz(7.9m秒)であった。波形は交互に切り替わるようになっていた。
こんな事調べて何するの?それはまだ内緒。
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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
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。 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と4メガヘルツ位。 更にMETEX P-10で測ってみる。 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。 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
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。 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。
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、nshdotのGMC-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。 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。 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。
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大人の科学Vol.24 4ビットマイコン(GMC-4)が6月30日に発売 ― 2009/07/01 08:35:22
今更な4ビットマイコンを、どう調理してあるのかが興味のあるところである。マイコンだけならPICをいじっていればいいらからね(悪) というわけで、帰宅途中に本屋へ覗いてみることにする。
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今度の大人の科学は4ビットマイコンだ ― 2009/05/29 08:45:22
マイコンの動作原理を的確に学ぶのなら、このような教材の方が理解がしやすいかもしれない。これが理解できれば他のマイコンもおおよそ同じ。それにしても、この値段で作るから不揮発性メモリーとか積んでないんだろうな。同じものをPICで作ってみると面白いかも知れない。
所で、学研さんにモノを申したい事がひとつある。付録の梱包だ。大人の科学 学研電子ブロックEX-150 や大人の科学マガジン Vol.09 ( プラネタリウム ) 、大人の科学マガジン別冊 シンセサイザー・クロニクル (Gakken Mook 別冊大人の科学マガジン) などを私は買っているが、未だに発泡スチロールを使って梱包している。教育を先導する企業であれば、PET材などのリサイクルが活性化されている素材の使用や環境負荷にやさしい物になるよう努力をしてもらいたい所である。※注記
しかし、こういう電脳おもちゃを出してくるとは学研もうまいよな。また衝動買いしてしまいそうである。
注記:近年はゴミ焼却炉が改良されて燃えるゴミとして出すことができたり、燃焼熱の有効利用も進められているが、焼却時に発生するCO2の問題や、分別の煩わしさなどがある。
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