カテゴリー: 電子工作

作りたいと思ってから1ヶ月ほどが経過した。
時間を空けすぎるのはよくないので、作るのに何が必要か、どうやって作るのかを調べることにした。

温度を測るには温度計センサー（LM60BIZ）なるものがあるようで、
こいつを使えば温度によって電圧を返してくれるらしい。
比較的難易度は低そうだ。

実は湿度計も同時に作ろうと思ったのだけど、
安く入手できるHS-15Pを使うとなると、
湿度によって変動するインピーダンスを調べて対数演算が必要らしい。
あほの俺には無理だ。

TDKが出しているCHK-GSSというのを使うと、
電圧の変化で処理できる上に、温度も分かるらしい。俺でも出来そう。
しかし2000円くらいするので尻込みしてしまった。
今回は温度計のみで絞ることにした。

前回の記事で無事にマイコンを経由してLEDを点灯させる事ができた。
その時に利用したプログラムはサンプルをコピペしただけだったので、2つ接続したLEDを交互にランダム点灯させるプログラムに変更したいと思う。

最初にサンプルコードで意味が分からない変数や関数があったので、それを調べることにしてみた。サンプルコードは以下のような感じだ。

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
int main(void)
{
DDRD = 1 << 4;           /* make the LED pin an output */
for(;;){
char i;
for(i = 0; i < 10; i++){
_delay_ms(30);  /* max is 262.14 ms / F_CPU in MHz */
}
PORTD ^= 1 << 4;    /* toggle the LED */
}
return 0;               /* never reached */
}

DDRD = 1 << 4;
PORTD ^= 1 << 4;

#elif defined (__AVR_ATtiny2313__)
#  include <avr/iotn2313.h>

#define DDRD    _SFR_IO8(0x11)

// アセンブラ
#define _SFR_IO8(io_addr) ((io_addr) + __SFR_OFFSET)
// C
#define _MMIO_BYTE(mem_addr) (*(volatile uint8_t *)(mem_addr))
#define _SFR_IO8(io_addr) _MMIO_BYTE((io_addr) + __SFR_OFFSET)

for(i = 0; i < 10; i++){
_delay_ms(30);  /* max is 262.14 ms / F_CPU in MHz */
}

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
int main(void) {
DDRD = 0b00011000;
bool flag = false;
for (;;) {
char i;
int r = rand() % 10 + 1;
for(i = 0; i < r; i++) {
_delay_ms(30);
}
PORTD = flag ? _BV(PD3) : _BV(PD4);
flag = !flag;
}
return 0;
}

前回LEDを点灯させる所まで何とかできた。と言っても、電池ボックスとLEDを接続しただけ…。
今回はいよいよマイコン（AVR)を使って、LEDをコントロールしてみようと思う。

まず、ライターであるAVRISPmkIIとマイコンを接続しなくてはいけない。パソコンとの接続はUSB経由で接続するだけなので簡単。
AVRISPmkIIのコネクタはISPコネクタ（6ピン）のため、このままだとブレッドボードに接続するのに大変なようだ。
そこで、共エレで販売されている「AVRWRT用ブレッドボードISPケーブル」のコネクタに付け替えた。

色々なサイトを参考にしつつ、マイコンに接続してみた。
続いて、マイコンに書き込むためのソフトをインストールするが、Mac環境だったため、正規のソフト（AVR Studio）が使えないようなので、CrossPack for AVR Developmentを使うことにした。
CrossPack – A Development Environment for Atmel’s AVR Microcontrollers

/usr/local配下にインストールされるようで、/usr/local/CrossPack-AVRというシンボリックリンクが作成される。
CrossPackインストール後に、avr-projectコマンドを実行することで、XCodeのプロジェクトファイルが生成されるようだ。

$ avr-project avr-LedTest

かなりシンプル…XCodeからいじるのも面倒なので、直接ファイルをいじることにした。
firmwareディレクトリにMakefile、main.cの2つのファイルが生成された。大事なのはこの2つのようだ。

Makefileでライターとマイコンの種類を書き換える必要があるようで、以下のように書き換えた。

DEVICE = attiny2313
PROGRAMMER = -c avrispmkII -P usb -p t2313

makeでプログラムのコンパイル、make flashでマイコンにプログラムを転送させるようだ。make fuseでヒューズの書き換えも可能とのこと。
とりあえず、マイコンにプログラムを転送してみようと思い、デフォルトのままmain.cをコンパイルし、make flashを実行してみたがエラーになってしまう。

// firmwareディレクトリで実行
$ make
avr-gcc -Wall -Os -DF_CPU=8000000 -mmcu=attiny2313 -c main.c -o main.o
avr-gcc -Wall -Os -DF_CPU=8000000 -mmcu=attiny2313 -o main.elf main.o
rm -f main.hex
avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex main.elf main.hex
avr-size --format=avr --mcu=attiny2313 main.elf
AVR Memory Usage
----------------
Device: attiny2313
Program:      58 bytes (2.8% Full)
(.text + .data + .bootloader)
Data:          0 bytes (0.0% Full)
(.data + .bss + .noinit)
$ make flash
avrdude -c avrispmkII -P usb -p t2313  -U flash:w:main.hex:i
avrdude: stk500v2_command(): command failed
avrdude: stk500v2_program_enable(): bad AVRISPmkII connection status: Target not detected
avrdude: initialization failed, rc=-1
Double check connections and try again, or use -F to override
this check.
avrdude done.  Thank you.
make: *** [flash] Error 1

調べまくった結果、マイコンへの接続の仕方が間違っていたようで、一からコネクタを接続し直してみた。もともと付いていたコネクタと、付け替えたコネクタをよく見比べて繋いでいくと、やはり間違えていた…。
参考サイトを見ながらコネクタの色だけで判断して接続したのがいけなかったようで、しっかり仕様を把握して進めていかなくちゃいけないと反省。
トリパマ Toripama: AVRISPmkII ライタのピンの配列
サンプル・プログラムで学ぶAVRの実践【2/4回目】マイコン書き込み環境の構築 (PIC,78K,R8,HC(S)08/RS08,AVR,MSP430などのマイコン活用)

こんな感じで接続すると上手くいった。

$ make flash
avrdude -c avrispmkII -P usb -p t2313  -U flash:w:main.hex:i
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions
Reading | ################################################## | 100% 0.01s
avrdude: Device signature = 0x1e910a
avrdude: NOTE: FLASH memory has been specified, an erase cycle will be performed
To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: erasing chip
avrdude: reading input file "main.hex"
avrdude: writing flash (670 bytes):
Writing | ################################################## | 100% 0.28s
avrdude: 670 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against main.hex:
avrdude: load data flash data from input file main.hex:
avrdude: input file main.hex contains 670 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:
Reading | ################################################## | 100% 0.20s
avrdude: verifying ...
avrdude: 670 bytes of flash verified
avrdude: safemode: Fuses OK
avrdude done.  Thank you.

ひゃっほー、悩んだ末に解決した時の嬉しさはたまらない！

肝心のLEDを点灯させるプログラムを書いてみることにした。
マイコンを経由してLEDを接続するにはどうすればいいんだと少し考えたが、PD4（ポート8）にLEDと抵抗を接続することで解決。思ったより簡単だった。
サンプルコードはCrossPackのサイトに書いてあったので、それをコピペすればいいだけだ。

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
int main(void)
{
DDRD = 1 << 4;           /* make the LED pin an output */
for(;;){
char i;
for(i = 0; i < 10; i++){
_delay_ms(30);  /* max is 262.14 ms / F_CPU in MHz */
}
PORTD ^= 1 << 4;    /* toggle the LED */
}
return 0;               /* never reached */
}

LEDが点滅してる…肝心の点滅箇所はいともあっさり出来てしまった。
しかしながら、コピペして終わりというのはあまりにもつまらない。
実際はLEDを2つ接続してランダムに交互に点滅を繰り返す、というプログラムを組んだのだが、謎の変数やら関数が出現しているので、次回に詳しく掘り進めていきたいと思う。

ついに電子工作に手を出してみた。やるやる詐欺をすること1年…はじめるまで長かったです。
三日坊主にならないようにコツコツやっていきたいと思う。

電子工作やらマイコンなんてまったく知らない人間なので、まずはLEDを点灯させてみようという事で以下の部品を購入。

• プログラマ（ライター？）　AVR ISP MKII
• ブレッドボード　EIC-108J
• AVR ATTINY2313-20PU
• 3mm赤色LED　LT3U31P 250mcd
• カーボン抵抗 1/4W 200Ω
• カーボン抵抗 1/4W 150Ω
• 電池ボックス 単3×3本
• AVRWRT用ブレッドボードISPケーブル

まずブレッドボードの使い方を覚えるためにLEDを電池ボックスと接続して点灯させてみた。
さすがにこれが出来なかったらやばいよな…と思いつつ、あっさり点灯して安心した。そしてブレッドボードも案外簡単な仕組みだった。

ブレッドボードに150Ωの抵抗とLED、そして電源を接続しただけ。
必要な抵抗は以下の式で求められるようだ。というかオームの法則ってやつだ。
中学の時に習ったけど勉強に熱心ではなかったのですっかり忘れてしまった…。

R（抵抗） = V（電圧） / A（電流）

LEDのスペックは以下のようだ。

Vf=1.85V〜2.5V If=20mA

そして電圧については、電池ボックスに単三乾電池3本ということなので以下になる。

1.5V x 3本 = 4.5V

これをもとに抵抗を計算してみると、

(4.5V - 1.85V) / 0.02A = 132.5Ω

どうやら132Ωくらいの抵抗でちょうどいいようだ。今回は適当なものがなかったので150Ωと念のために200Ωの抵抗を買ってみた。

無事に点灯した！！全然むずかしい事してないのに嬉しい。
やっぱり形があるものを触って思い通りに動かせると、ソフトをいじるのと違った喜びを感じる。

20mAを越えた電流を流すと壊れると聞いたので、興味本位で抵抗を外してそのまま電源と接続してみた。

あれ…壊れない。でも弱々しい光り方でなんかおかしい。

とにかく無事？に成功出来てよかった。困った事があれば詳しい先生が居るので心強い。
次はマイコンと接続してLEDの点灯を制御してみたいです。