| １． | はじめに | |||||
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ＭＰＬＡＢのシミュレータは大変よくできているのですが、周辺回路がない状態での動作確認は結構大変です。StimulusControllerを使ってＩ／Ｏ入力のシミュレーションも可能ですが、Ａ／Ｄ値等を実機環境で簡単に確認できたら動作確認作業効率が上がります。 そこで実機環境での動作確認環境の改善のためにシリアル入出力を使った簡単な確認環境を検討します。 送信と受信で２ｂｉｔのＩ／Ｏを使うのももったいないし動作確認のためには半二重通信で十分なので、１ｂｉｔのＩ／Ｏを使ってパソコン側のＲＳ−２３２Ｃインターフェースと接続し送受信できるようにします。 |
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| ２． | ＲＳ−２３２Ｃの規格 | |||||
まずはＲＳ−２３２Ｃの規格の再確認ですが１．送信側 最大出力電圧 ：±２５Ｖ以下 負荷時出力電圧：±５〜１５Ｖ(３〜７KΩ負荷に対して) ２．受信側 入力最大電圧：±２５Ｖ 入力スレッショルド：±３Ｖ 入力抵抗 ：３〜７ＫΩとなっています。（http://www.blackbox.co.jp/tech/1_5_2_7.htmlを参照しました） 入力スレッショルドは実際には−３Ｖ〜３Ｖの間のどこかにあるはずで（規格上はこの範囲は使用不可ですが）、２〜３Ｖ辺りにあるようです。（http://elm-chan.org/docs/rs232c.htmlを参照） 上記２で入力側のインピーダンスが数ＫΩなので下図のＡの抵抗値をある程度大きなものにする等でＴｘからのデータがＲｘ側に折り返すことはないはずです。 このように１ｂｉｔだけでシリアル送受信ができれば実機でのディバッグ環境が格段に向上します。 Ａ ＰＣ側 Ｔｘ ───VVVV──┐ │ コネクタ ├──○ ○───→ＰＩＣのＩ／Ｏポートへ Ｂ │ Ｒｘ ───VVVV──┘ ＧＮＤ──────────○ ○───→ＰＩＣ側ＧＮＤへ |
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| ３． | 実現方法の検討 | |||||
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ＰＣからの送信信号をＰＩＣ側の入力ではhighになるレベル内でなるべく低い電圧まで落とし（かつＰＣ側の受信信号へ信号が出ないレベル）、ＰＩＣ側からの出力信号（ほぼ電源電圧レベル）でのみ、ＰＣ側の受信信号へ信号が出るようにうまく電圧レベルを設計すれば、１ｂｉｔ Ｉ／Ｏでのシリアル送受信が実現可能なはずです。 またＰＩＣ側のソフトは割り込みを使わずソフトでタイミングを調整し、入力／出力を切り替えながら19.2kbps（データ長：８ビット、ストップビット：１）で半二重シリアル送受信するように作成します。 |
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| ４． | 結果 | |||||
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最初は抵抗とダイオードを組み合わせたシンプルなものにし、ＤＳＵＢコネクタケース内に実装することを想定していたのですが、そう簡単にはいかない事がわかりました＾＾；。 そこで４ヶ月位前に買っておいたブレッドボードを初めて使い試行錯誤の末、完成しました。今までは空中配線でやっていてブレッドボードは食わず嫌いでしたが、今回使ってみて「なるほど便利なものだなぁ」と思いました。難点はといったら、ブレッドボードにつける素子の足は適当にまげますが、回路が完成し基板に実装する時にブレッドボードで使った部品を当然使いたくなります（何しろ動作確認済みの部品ですから）。 そうすると足が曲がった部品を基板に取り付けることなり見た目の美観が若干低下します。＾＾； 完成した回路図がこちらです。ＬＥＤを２個使用していますが、これはレベルシフトのためで表示用ではありません（手持ちの２０年以上前の赤色ＬＥＤを使用。薄っすらとは光ってますので最近の高輝度タイプならモニタ表示になるかも） 完成した基板とサンプル波形は次のとおりです。
サンプル波形はＰＣ側が送信したデータに対して、ＰＩＣ側が（受信文字コード＋１）の文字コードを送信するようなチェックプログラムを作成し、ＰＣ側から「h」(68H)を送信し、ＰＩＣ側が「i」を応答しているものです。 上側の黄色波形がＰＩＣ側 Ｉ／Ｏ端子上の波形で、紫色の波形がＰＣ側Ｒｘの入力信号です。 シリアル通信では
1 ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
X____X____X____X____X____X____X____X____X____X
0 Start LSB bit1 bit2 bit3 bit4 bit5 bit6 MSB Stop
のようにシリアライズされます。RS-232C上は更に論理反転されます。ＰＩＣ側電源はニッケル水素電池２個ですので電源電圧は２.４Ｖを少し超えるくらいの電圧です。 何故、ニッケル水素２個にしたかと言うと、今検討中の作品は携帯性が必要だからです。実はこの１ビットシリアル通信もこの作品開発のための環境整備です。 また、ＰＣ側シリアルＩ／ＦはＵＳＢ→シリアル変換ケーブルを使っていますのでドライブ能力はディスクトップＰＣのものより弱いと思います。ＰＩＣ側電源電圧が５Ｖの場合やディスクトップＰＣのＲＳ−２３２Ｃでは未検証ですが、おそらく動作するものと思います。他の環境で評価された人（そういう奇特な人はいないでしょうけど）は是非報告してください。 ＰＩＣ側電源が５Ｖの場合を想定してＴｘ信号のレベルシフト幅をぎりぎりの高さ（Ｔｘ信号でトランジスタＱ２をオンにないためには電源電圧−０．６Ｖ以下の必要がある）にしています。 参考として、今回作成したシリアル送受信部分のソフトウェアがこれです。ＢＫＤ ＣＣ５Ｘ Ｃコンパイラ用ですのでコンパイルされたアセンブラも添付しています。 アセンブラで作成した方が良かったかもしれませんが、ＣＣ５Ｘはインラインアセンブラの他にアセンブラモドキのステートメントを記述できますので、最近はアセンブラの代用としても使っています（＾＾）。 【2008/04/19 追記】 ＰＩＣ側電源電圧が５Ｖの場合に対応しました。 対応内容はレベルシフト用ＬＥＤを１個から２個＋ダイオードとしＶｄｄが５Ｖの場合と３Ｖとの場合で、スイッチ切替えするようにしました。 改造した回路図がこちらです。 【2008/12/05 追記】 回路全体を見直し、超簡略化しました。詳細は下の [２版] のリンクをクリックしてください。 |
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