ＰＩＣ　ＡＶＲ　工作室　ブログ

arduinoにPS2キーボードを繋いでみました。

http://www.arduino.cc/playground/Main/PS2Keyboard
↑Contributed Librariesにライブラリと接続図が
公開されています。が、一点注意が必要です。

ＰＳ２キーボードやマウスは、電源２本とデータ＋
クロックの４本の線が必要なのですが、データ線と
クロック線にはプルアップ抵抗が必要です。
このページの接続図にはこのプルアップ抵抗が
抜けています。

プルアップ抵抗が抜けていると、大抵は動かなかったり、
仮に動いても不安定な動作になったりするかと思います。

ＰＳ２コネクタの信号線は双方向ｉ／ｆのため、
基本的にはオープンドレインで接続し、信号の衝突時
にショートしないためです。詳しくは、ＰＳ２、
キーボード、プルアップ、などと検索してみてください。

さて、先日シリアル版arduinoを自作した際に、
ＰＳ２コネクタのアクセサリも作っていました。

暗くてちょっとわかりにくい写真ですが、ミニｄｉｎ６ピン
の端子をブレッドボード用に一列の配列に変換します。

ここにPS2キーボードを差し込んで配線し、先ほどの
プルアップ抵抗（今回は１ｋΩを使用）を差して、
以下のスケッチを実行。（サンプルスケッチを元にして
ちょっとだけ手を加えたものです）
例によって、半角不等号と＆マークは全角に置き換えて
あるので、適宜半角に戻して使ってください。

#include ＜PS2Keyboard.h＞

#define DATA_PIN 4
PS2Keyboard keyboard;

void setup() {
keyboard.begin(DATA_PIN);

Serial.begin(9600);
Serial.println("hi");
delay(1000);
}

void loop() {
if(keyboard.available()) {
byte dat = keyboard.read();
byte val = dat - '0';

if(val ＞= 0 ＆＆ val ＜= 9) {
Serial.print(val, DEC);
} else if(dat == PS2_KC_ENTER) {
Serial.println();
} else if(dat == PS2_KC_ESC) {
Serial.println("[ESC]");
}
Serial.print(" ");
Serial.println(dat,HEX);
}
}

テンキーの数字かエスケープキーを押したときは
その内容とコード値を、その他のキーの場合は
コード値だけを表示するようになっています。

スクリーンショットはこんな感じ。


エスケープと数字の１〜３を押してみた所です。

簡単なスケッチですし、ライブラリ自体にもそれほど
の機能はないみたいなので、ｃａｐｓロックＬＥＤや
ｎｕｍロックＬＥＤなどはキーを押しても光りません。
（機能は有効になるようです）

帰ってくるコードは、各キーのスキャンコードではなくて、
ａｓｃｉｉコードっぽいです。
ライブラリの中身を読んだわけではないので詳しくは
判りませんが、日本語１０６キーボードの場合ちゃんと
コード変換が行われるのかは疑問です。

まあ、込み入った用途ではなく、少ない接続線で繋がる
簡単な入力デバイスとして使うには簡単で便利。

ちなみに、データ線は好きなところに割り当てられますが、
クロック線はハードウェアピン立下り割り込みを利用
しており、デジタル３番が固定的に割り当てられています。

この３番ピン以外で使いたい場合、ライブラリソースに
修正を加える必要があります。
その際、信号の立下りで割り込みがかかるピンを
選ばないとなりません。

ちなみに、キーボードはＵＳＢ／ＰＳ２兼用のもの
（変換コネクタ付属）を使ったのですが、普通に
つながりました。

playgroundにマウス用のライブラリもあるみたいなので、
そのうち試してみたいと思います。
http://www.arduino.cc/playground/ComponentLib/Ps2mouse

arduinoの構成についてまとめています。
http://nekosan0.bake-neko.net/outline_composition.html
ちょっとずつ書いていこうとおもいます。

山根さんの本を読みながら、ＡＶＲのＴＷＩ（Ｉ２Ｃ）ｉ／ｆ
のデータと処理の流れについて整理していました。

ｇｃｃやarduino等のコンパイラを使ってしまえばそれほど
難しいものでもないのですが、アセンブラで組むとなると
状況はちょっと違ってきまして…

というのは、以前ＴＩＮＹ２３１３用に作ったスプライト
表示器や背景表示器↓
http://nekosan0.hp.infoseek.co.jp/avr_m_sprite.html
http://nekosan0.hp.infoseek.co.jp/avr_m_bg.html

をＭＥＧＡ４８用に作り変えつつ、ＴＷＩｉ／ｆ対応かつ
カラー表示にも対応しようかと思っていて…

これらはシビアなタイミングで動かさないといけないので、
ＮＯＰ命令などで１クロック単位でタイミング調整しながら
動いている代物。当然フルアセンブラなんです。

ＵＳＡＲＴならダブルバッファが効いていているし、
制御は物凄く簡単に済ませられるのですが、ＴＷＩ
（Ｉ２Ｃ）となると話は別。通信プロトコルを
１ビット単位で解ってないと…。

というわけで、改めて山根さんの本の解説文やサンプル
プログラムを熟読し、データと処理の流れを理解
し直してました。

とりあえず、バスマスター側（こっちは高級言語で良い）
とスレーブ側（こっちは上記のとおりフルアセンブル）と、
その間を流れるＴＷＩバス（Ｉ２Ｃバス）上の電圧の状態や、
バスを更新するのがマスタなのかスレーブなのか、
それはソフト側で処理するのか、内蔵ハードが勝手に
処理してくれるのか、等など、かなり厄介なことを図に
まとめてみました。

あ、そうそうすみません。ＡＶＲ専用です。さらに、
ハードウェアＴＷＩ登載機だけです。
（ＵＳＩのＴＷＩモードはクロックもマスター側が
ソフトで生成する必要があるとか、スレーブ側は
スレーブアドレスをソフトで判別しないとならない
とか…色々制約があって正直実用性に乏しい…）


マスターからスレーブに１バイトのデータを送信（書き込み）
する時のスキームです。２バイト以上続けて送る時には
色が濃くなっているところを繰り返すだけ（のはず）です。

この図だけご覧になっても「なんのこっちゃ」だと思うので、
いずれサイト上に解説付きでアップしておきたいと思います。
（�@〜�Fがなんなのかも書いてませんし…）

まぁ、私の頭の中はかなりすっきり整理できました。


山根さんの本だと、マスター側はマスター側だけ、
スレーブ側はスレーブ側だけで分けて描かれていたり、
解説文が「マスター」の話なのか「スレーブ」の
話なのか明示されていなかったり（主にマスター側の
処理が書かれているのですが）と、なかなかか
解読が大変だったのですが、こんな風に整理しておけば
ひとまずデータ送受信処理をプログラムする際の情報
として役に立ちそうです（アセンブラでも）。

ちなみに、エラー処理は全然考慮してません。
（ステータスが多すぎて…）
マルチバスマスターの調停なども考慮してません。
（処理の枝分かれが多すぎて…）


いずれにしても、山根さんの本に纏められている
表４−６−１〜表４−６−４のステータスコード一覧
は便利。
さすが本のタイトルに「リファレンス」を謳っている
だけのことはあります。

書き込みはこんな感じで良いんですが、この逆にデータを
読み出す場合はさらにもう少し厄介な処理が必要なんですよね。


最終的には、スプライトや背景表示を、シリアルEEPROM
のＩＣと同じようなアクセス方法で制御できるように
したいと思っています。そうすれば、ｇｃｃやarduino
等からでも簡単に使えますし、シリアルEEPROM等も
スプライト表示器並行してバス上に並べて使うことも
出来ますし。

どうなることやら…

ここ１〜２日、arduinoの公式サイトが繋がりにくく
なってましたが、回復したようです。

というわけで、シリアル版arduinoの基板などが
載っているページ↓
http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardSerialSingleSided3

ここに載ってるやつを作りました。シリアル版なので
ＰＣ側には当然シリアルポートがないと繋がりませんが、
ＵＳＢシリアル変換器を使えば普通にarduino−ＩＤＥと
通信できます。

ページ右の方にある白い電解コンが問題の無極性タイプ
というヤツです。１０ｕＦ。
多分内部では２つの電解コンが向かい合わせ
に直列接続されているのかなと思うのですが、デバイスの
中身には詳しくないので、想像の範囲ですが。
それ以外は特に珍しい部品はありません。

そういえば、３つ穴が空いていますが、これって
何に使われるんでしょうねぇ？一応穴あけ位置に
従って空けておいたんですが、使い道あるのでしょうか？

diecimilaなどにも穴がいくつか空いているんですが、
この位置とはまた違っているみたい…
何の穴だろう？？？

週末、ブレッドボード用のアクセサリーが欲しくなり、雨で
出かけられなかったこともあり、昨日久しぶりにプリント基板
を作ることにしました。

ＰＣＢＥでパターンを描いてみたら、大きさ的にカメレオン
レジストの１０Ｋサイズ程度（１０×７．５ｃｍ）に入って
しまう程度だったんですが、最近１０Ｋは値上がりしたこと
もあり、また8月で期限切れのカメレオンレジスト１２Ｋが
１枚あったので、１２Ｋサイズで何か作ろうと画策。

そういえば、arduinoの公式サイトに、arduinoの自作用
EAGLEパターンが公開されていることを思い出し、
見てみました。
diecimilaなどはさすがに両面プリントなのですが、
シリアル版なら片面だけのものも公開されています。
大きさを調べてみると、ブレッドボード用アクセサリの
パターンと合わせて丁度１２Ｋ分の大きさくらい。

というわけで早速露光、エッチングを行った後、プラカッター
で基板を切り刻み、穴あけ、ハンダ付け…と行って、出来上
がったのがこれ。


裏面はこんな感じ。

さすがカメレオンレジスト！写真だと判り難いと思いますが、
物凄い微小なところまで忠実にプリントされています。
っていうか、このパターンをＥＡＧＬＥで描いた方々、
凄い！　これだけうねうねしていながら、ジャンパーが3本しか
ありません！（ＥＡＧＬＥの自動配線機能の賜物？）

このボード、バージョン３となっていたのですが、
２００８年に入ってからモディファイされているらしく、
ＭＥＧＡ１６８を繋げば最新のファームでちゃんと
動くみたいです。

I/O端子はちゃんと公式サイズになっているので、各種
シールドが使えるはずです。
（USB無いので3.3V出力だけはＮＣになってますが…）
この後、ネームランドでシール貼って、ピンコネが判るように
しておきました。手作り感満点です。

ＬＥＤは４つあります。１個はいわゆるデジタル１３番に
繋がっているもので、黄色のＬＥＤ。
その横の緑と赤はそれぞれ送信／受信。もう一つ下のほうに
ある赤は電源用です。９Ｖのアダプタを繋ぐと光ります。
ＣＰＵへは７８０５で５Ｖを作って供給してます。

そうそう。作っていて判ったことが一つ。自動リセットの
こと。
このボード、自動リセットのオン／オフを切り替える
ジャンパソケットが付いていて、ジャンパーをショート
させておくと、アップロードボタンをクリックするだけで
リセットがかかります。

自動リセットはＦＴ２３２ＲＬ登載品しか登載されてないと
ばかり思っていたのですが、実はシリアルコネクタの
４番ピン（ＤＴＲ信号）を使っていただけなのでした。
　（ＦＴ２３３２ＲＬのビットバンモード？を使って
　　いるのかと思ってました）
しかも、コンデンサで直流成分を切って、立下りのパルスだけを
取り込むような、ちょっと特殊な回路構成？になっています。
（これ、電圧大丈夫なんだろうか？）

メインＣＰＵにはＭＥＧＡ１６８でも良いんですが、
工具箱にはＭＥＧＡ８が大量に死蔵されていたので、
蘇生手術を…。一種のリサイクルか？？？

ブートローダーを流し込む前に、コンパイル済みの
ＬＥＤピコピコをＡＶＲｓｔｕｄｉｏから流し込んでみると、
一応無事動いて居る様子。よかった、よかった。

さてブートローダですが、ここで一悩み…。

arduino−ＩＤＥのメニューからAVR-ISPmk�U経由でブートローダ
を書こうと思ったんですが、ＩＤＥからAVR-ISPmk�Uがなぜか
認識されず。

仕方なく、ブートローダーもＡＶＲｓｔｕｄｉｏから直接
HEXを書き込むことに。HEXファイルを書き込みつつ、
ブートローダサイズを設定（1024ワードに）しておけば
動いちゃうだろう…と簡単に考えていたのですが、
ここでまたいくつか…

（１）速度設定

　いつもいつも失敗するのですが、新品を袋から出したばかり
　の時は内蔵ＲＣ有効、かつシステムクロックの１／８倍
　プリスケーラが有効になっています。
　また忘れていました。
　
　→クロック設定のフューズを設定して再度書き込みます。

（２）ブートローダ領域の保護と、リセット時の起動アドレス設定

　クロックのフューズ設定をしてブートローダのＨＥＸファイル
　を一旦書き込めばブートローダが起動出来、ＩＤＥから自動
　リセットしてアップロードが出来るのですが、２回目からは
　自動リセットも効かないし、手動でリセットかけても
　アップロードできなくなってしまう事象に。

　→ＢＯＯＴＲＳＴフューズを有効に変更、ＢＬＢ１ロックビット
　　を「LPM and SPM prohibited in Boot Section」に設定。
　　これで、上書きもされず、リセット時はブートローダから
　　起動されます。

ようやくちゃんと動くようになりました。
で、今まで（ＭＥＧＡ１６８用）に作ったスケッチを片っ端から
コンパイルしてみたんですが…

ライブラリが既にＭＥＧＡ８に対応していないものがあります。
動くものもありますが。ピン入力割り込みを使うライブラリは殆ど
全滅です。
「内蔵レジスタの定義タグが見つからない」的なエラー。

ＭＥＧＡ８は第二世代、ＭＥＧＡ１６８は第三世代。
内蔵レジスタ名称関係はＭＥＧＡ１６８が「より拡張性と
ソースの可搬性に富んだ」かたちに変わっているため、
アセンブラソースやｇｃｃソースレベルでは結構違ってきて
しまいます。

この手の違いは各種ライブラリ内できちんとタグ切り替えを
しないとならないんですよね。

（例えば、USARTが1個しか登載されていなくても関係する
　内蔵レジスタのタグ名称には通番が振られていたりとか。
　詳しくはＭＥＧＡ８、ＭＥＧＡ１６８の各データシートを
　ご参照ください。この件は山根さんの講座で習っていたので、
　知識としては知っていたのですが、今ついに現実の壁に…）

まぁ、arduino用に今からＭＥＧＡ８を好んで使う人も
居ないでしょうから、これから自作する方は是非
ＭＥＧＡ１６８を使いましょう。
わたし的には実験材料の一つなので、トラブルは大歓迎
なのですが（≧ｖ≦）σ　（トラブルメーカーとも言う）

そうそう。同じ割り込み関係でも、タイマー２を使う
「ミリ秒割り込み」機能は使えました。MsTimer2です。
時計と見比べてみましたが、ピッタリ一致。（あたりまえ）

あとアナログ出力（ＰＷＭ）は使えることは使えるんですが、
ピンによってはＭＥＧＡ１６８とはちょっと違った動作します。

蛍ポワンポワンを各ピンでうごかしてみたところ、
デジタル９、１０、１１ピンはちゃんとポワンポワン
するんですが、デジタル３、５、６は単なる点滅
（デジタル出力？）になっちゃいます。
ＭＥＧＡ８とＭＥＧＡ１６８って、ＰＷＭの造りって
何か違ってましたっけ？原因不明。

サーボ関係もことごとくコンパイルエラーになったような記憶。
まぁ、回路自体の問題ではなくライブラリ関係の
問題なので、「自分もこの片面arduino自作したいぞ！」と
いう方は是非ＭＥＧＡ１６８で作ってください。

部品代だけなら、なんだかんだで１５００円くらいでしょうか。
（工具やケミカル含まず）

ブートローダとフューズビットを書き込む何らかのツール
（AVR-ISPmk�U以外でも）を持っていて、カメレオンレジスト
の扱いにもなれている人なら、数時間でサクッと作れちゃう
と思います。

そうそう。作る上での留意点を３つばかり。

（１）トランジスタの足

　回路図に指定されているNPN、PNPの各トランジスタは、
　普通日本でよく使われている2SA1015、2SC1815とは
　ピン配置が異なります。
　なので、こんな風に足を捻じって使う必要があります。


　面倒です。

（２）インダクタ

　買い置きがあるとばかり思っていた１００ｕＨの
　インダクタ。どうしても見つからなかったので、
　ジャンパー線に置き換えちゃいました。
　AVCCに繋がっていて、ＡＤ変換の参照電圧を安定化
　させるためのものなんですが、一応横にパスコンは
　付いてるし、この間買ったreduino-nanoもオプション品
　扱いで付いてないのですが、普通にＡＤ変換できている
　ので。
　なので、無ければジャンパーで代用ってことで…

（３）１０ｕＦのコンデンサ

　回路図中に出てくる１０ｕＦのコンデンサ。公式サイトの
　写真では普通の電解コンっぽくみえるんですが、実はこれ
　無極性タイプだそうです。シリアルケーブルの無接続状態時
　の逆電圧保護のためだそうです。
　って、そんな急に言われても困っちゃいます！
　工具箱を漁ったら、積層セラコンの１０ｕＦが出てきた
　ので、これを使うことにしました。

　工具箱にそんなモン入ってない！という方は、
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1111539821
　ここなどご参照の上、電解コン2つで無極性化してみて
　下さい。
　ただ、立体配線になっちゃうのと、容量計算の問題がありますが…
　（直列つなぎだから、２０ｕＦを2つかな？）

それ以外の部品は、型番が異なっていても似たようなものを
適当に取り付けておけば何とかなります。（≧v≦）σ

ちなみに、ブレッドボード用アクセサリっていうのは
ＣＰＬＤ用具、ＰＳ２端子（キーボード、マウス）用具など
ですが、その件はまた今度。

XILINXのダウンロードケーブルを作ってみました。
超時間かかったー！


部品数がそれほどでもなかったので、久々にユニバーサル基板でモノを作ったんですが、こんなに大変なんでしたっけ？半日がかりでした…
しかも汚い仕上がり！立体実装です！

しかも、ノイズ対策用のコンデンサがえらく離れちゃってて意味無いし。

裏面も配線がこってり。

ＵＥＷで配線すればもっと楽なのかもしれませんが、基本的に箱に入れず使うものなので、ウレタンコートが剥がれてショートしちゃうと嫌だなぁと。

ＰＬＣＣ４４だけでなく、本当はＰＬＣＣ８４ピンのボードも載せてしまおうとスペースを空けてあるのですが…

こんな風に。（注：８４ピンの方はのっけてるだけ）
でももう面倒だし、ＪＴＡＧケーブルも引き出せるようにしたので、このまま使う予感。

ちなみに、XILINXのISEからXC9536XLに3.3Vで書き込みしてみたところ、ちゃんと書き込みできました。74HC125じゃなく、74AC125を使ってます。

74AC125は秋葉原でも売っているところが多くないのですが、ラジオデパートのサンエレクトロで買ってきました。
74AC125じゃないと、3.3V時の動作速度が遅くなり、上手く書き込めないことがあるようです。