電子工作/メモ

2002/7/12

電子工作でもマイクロコントローラ系でない方、 論理回路の方でなにかを作りたいという場合について。

CPLD については、 このページ なんかが分かりやすく解説されています。

この CPLD で なにかを作ってみたいという向きには、 strawberry-linux の CPLDキット なんて良さそうです。

PLD-PGM キットが 2500円。XC95108 ボードキットが 3300円。

こういうので、7セグのLED を光らせるとかして経験をつんでいくのが良いと 思います。XC95108 だと結構いろんなことができると思います。

strawberry-linuxのページで、 CQ 出版の "VHDLによるハードウェア設計入門" が紹介されていますね。

私は、CQ 出版の トランジスタ技術 SPECIAL "初歩のHDL設計学習帳" なんてものを買ってみましたが、ざっと読んで理解したら上の本みてみよう かと思っています。

2002/7/11

ハードにはまったく疎いのでよくわからないんですが、こういうやつのデバッグっつうのは どうやってやるんですか？もしかして目視のみ？ --ksr

• まず、キットの場合、ちゃんと作れば動くのが保証されているようなものです。 だから、ちゃんと作れているかどうかの確認をまずします。目視しかできなくても それはちゃんとやる。テスターが使えるなら、できる範囲でそれをする。
  それでだめな場合、 LSI が壊れたり、基板が不良だったりする可能性があるんで、 どこまで動いているのかの確認をします。で、動かない部分の部品を全交換する ことまで考えます。
  全く確認できない場合は、 あきらめるか、2個目に行くかどっちかを選ぶ 。

• 自分で設計する場合、デバッグしないといけない可能性が高いですが、 部分的にテストできることを念頭において設計します。
  で、動く範囲を拡げていくつもり。... ソフトとおんなじですね。

全く知識ゼロの素人が、USB2.0ベースのコンピュータ間高速通信ボードとか作るのはどれぐらいたいへんでしょうか？1 無謀 2 1,2年はかかる。3 まあちょっとやればできる 4簡単にできる 5割に合わん。

• まず最初に、 ハードを趣味で作るってのは、すべからく割にあわないです。 コンピュータ間高速通信だけ考えると Gigabit イーサネット対向ですむし... IEEE1394 も ネットワーク通るらしいし。メリットを見つけ出すのがたいへん。
  で、自分で設計からして作る場合 2 - 5 set 分の 材料を買い込んだりするし、 コストを考えるのは人に分けるときぐらい。
  ただ、趣味としては、手がかかるし、ソフトと同じく同じ題材で末永く遊べる ので、トータルとしては 安い趣味になり得ると思います。

• さて、USB 2.0 ですが、今現在の話だと、EZ-USB FX2 という チップが妥当です。これは、USB 2.0 の 物理的なインターフェイス とマイクロコントローラが 1chip になったもの。 モルフィー企画か カメレオンUSB で有名なオプティマイズさんのところで、 キットは購入できます。
  通信ということは、たぶん このボード同士をつなげる ということに なるでしょう。

• まず ちゃんと組み立てられるか/単独で動作していることをチェック できるか... これはクリアしないといけませんが、電子工作の経験がなければ、 より簡単なもので、経験をつむ必要があります。2.54 mm ピッチの普通の IC が半田つけできるのは、最低条件だと思います。やはり 秋月 のキットをいくつか 作ってみてから というのが、普通のコースかと思います。

• ちゃんと作ることができるようになっても次のハードルがあります。 2枚のボードをどうつなげるか ...。論理的なレベルはクリアできると 思いますが、電気的なレベルをどうクリアするかが問題です。 USB 2.0 ということは、480 M bps 。60M bytes /sec ですから、 インターフェイスも 60Mhz で動くようにしないといけません。
  何をどうしたら、それができるのか。それがイメージできるレベルになる 必要があります。
  一般的に言って、60Mhz で動くようなものはとても難しいです。 IDE のケーブルでも ATA66 から 形状が違ったりしますし、
  まぁ、ATA66 と同じレベルの技術を使えれば良いとも言えますから、 ATA66 以上でなにがどう違うのかが分かるレベルになれば良い のかも知れません。

なんとなくですが、計画的にステップアップしていって、2-3 年でなんとか なるんじゃないかと思います。

また、計画的にやらないと、そこには到達しないんじゃないかとも思います。

とにかく、ハードに興味をもたれたのであるなら、 比較的簡単に作れて、たのしめるものから始めるのが良いと思います。

おすすめは、秋月の AKI-H8/3664F タイニーマイコンキット を買って組み立て、プログラミングしてみること。

CPU のマニュアルは、http://www.hitachi-semicon.co.jp から入手できます。 ( ここから入って、電子デバイス->マイクロコンピュータ->マニュアルダウンロード に行くと H8/3664 シリーズ ハードウェアマニュアルがあります)

• LED を点滅させるような サンプルプログラムぐらいは付いているんで、 まずはそれをクリアする。

• LED でデバッグしながら、ホストとの通信プログラムを書いてみる。

• なんか LED 以外の デバイスを付けてみる。
  • 赤外線受光モジュールとか付けてリモコンを読むとか
  • さらに赤外線 LED を付けてリモコンにしてみるとか
  • 温度センサつけて、温度を計ってみるとか。
  • LCD キャラクタモジュールを付けてみるとか
  • 2 個買って I2C で通信させるとか...
  • MMC を読み書きしてみるとか
  • PS/2 マウスをつなげてみる。

こういったものを いくつか自分で設計して作る。 データシートを読んだり、電子回路の組み立てやっていけば、 次のレベルにいけると思います。

2002/5/19

秋月 で売っている H8/3664 を組み立てた。 組み立ては、簡単だったが、さて何につかったらいいんだろうか。

• ゲームボーイ用 PocketCamera との接続に使う。
  PocketCamera は、人口網膜 LSI M64282FP というのが登載されているらしい。 ちかくの中古ゲームショップでは、280円。なんか、興味がわいてきた。
  http://homepage.paradise.net.nz/~vkemp/gbcam.htm が参考になるらしい。

• ニッケル水素 急速充電器
  定電流で充電して 電圧をモニタ すればよいものらしい。
  4ch/8ch の 10 bit A/D コンバータをもっていて、PWM も組めるから、 ひょっとしたら 作れるのかも。
  といってもかなりの大電流ながさないといけなさそうだし.... パス。
• 02/06/12 メモ ここに ニッケル水素 急速充電器の工作例がある。参考になるかも。
  1-6 本を直列に して電池を接続し、定電流 で 充電/放電できる。 これを参考にして作れるかも知れない。

うーんなんかイマイチだなぁ。やっぱり PC と接続してなにかする ... 用途をかんがえてみよう。

USB みたいな高速 大容量の転送をしないのであれば、シリアルでも 十分使えるはず。

• JTAG 端子をさわってみるものとか
• CPLD 書き込み器 とか
• PIC ライタとか Flush ライタとか

とりあえず、そういう使い方をめざしてみよう。

02/05/24

大昔 、大学の実験で 簡単なCPUを設計したことがあるのだが、 再現したいと 思っている。

おぼえているのは、

• TTL で作った 8bit CPU アドレスバス 16bit
• 256x24bit の マイクロプログラミング方式
• 使った IC は 28 個

ただ、ALU に 何を使ったかおぼえていない。 ... 調べてみると どうも 74181 か 74281 らしい。

現在でも 181 は生き残っているようで、 データシート が手にはいった。

うろおぼえなのだが、だいたいこんな感じ

            ROM                      ROMindex            data bus 
        +--------------------------+        +--+          ||
        |                   next   |  <-----+  |<---------||
        +-------|--------|---------+        |  |<--+      ||
         ||||||||||||||      |              +--+   |      ||
         ||||||||||||||      |               |     |      ||
          control(16bit)     +---------------|-----+      ||
                      |                      |            ||
                      = |>-------------------+            ||
         +------------|---------------------------------->||
         |            | 74181 x 2                         ||
         |            |   /---+                           ||
         |  レジスタ  +- /    |<--------------------------||
         |   +---+      /     |                           ||
         |<--|   |<---   ALU <                            ||
         |   |   |      \     |                           ||
         |   |   |       \    |<-+        +--+    +--+    ||
         |   +---+         ---+  |        |  |<---|  |<---||
         |                       |        |  |    +--+    ||
         +-----------------------+   +=== +--+            ||
                                     |    |  |<-----------||
                                     |    |  |            ||
                                     |    +--+            ||
                                     |   PC: 16bit counter 
                                     |
                                     |
      ================================================
       address bus           +------------------+
                             |Address Register  |
                             +-------------------

• ROM の index (ADDRESS) がそのまま命令コードであり、シーケンサの状態
  • これが 8bit カウンタになっていて、通常は +1 する。
  • 状態によって、+1 するか データバスに出力されている命令をロードするか ROM の値をロードするか、3 通りの動きをするようになっている。

• ROM の index によって、16bit の制御信号の組み合わせが決まる。

• 命令フェッチは、

      o PC の値を アドレスバスに出す、ROM index を +1
      o データバスの値を              ROM index にロード、PC のアドレスを+1   
  
    こんなかんじで 2 clock 使う。そうすると ROM の状態が変わり命令に
    対応するシーケンス を実行する。
   
  
  

• たとえば、条件分岐は、演算 結果が 1bit の FF に記録され、 それによって、ROM index を ROM の値にするか、+1 するかのどちらかにする。 ROM の値が 命令フェッチのステータスになっていれば、次の命令を実行するし そうでないならば +1 して PC に 値をロードする シーケンスを動かす。

• データをどうやってロードするかというと 16bit の アドレスレジスタ があって、たぶん 即値 を アドレスレジスタにロードして さらにそれを使ってデータを レジスタにロードする。

要を得ない説明だが、まあこんな感じ。

• FF は 8x7 個 + 1 = 57 個ぐらい。これぐらいなら CPLD でも実現できそう だが... ROM がどうなるのかよくわからない。

RAM がある FPGA の 方が プログラムも格納できるから、たぶん便利なはず。

部品購入先のメモ

http://rswww.co.jp

• 表面実装用 RC 各種 とか 電源レギュレータ、チップタイプLEDとか。 ロジックとかいろいろ扱っているようだ。値段が高いかどうかは分からない。

• 電流を計るための 低抵抗 の 抵抗をさがしてみたら、 6W シリコンコート巻線抵抗 というのがあった。100円ぐらいで、 R03,R07,R10,R22 ... というのがある。

• 16M の 29LV160 も売っている。 1100円で 安いかもしれない。 4M の 29LV400 は、700円で モルフィーのが安い。