組み立て：Maruduino、XBeeサポート、その他：SSブログ

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Maruduino 拡張部品 7セグメントLEDと24KEYの実装について　 [組み立て]

サンプルのスケッチを掲載します。
ただ、実行したArduinoのバージョンが古い(0018)ので、Arduinoの現在のバージョンとの違いが影響を及ぼすかもしれません。

仕組みとしては追加した3個のICはIO Expanderと呼ばれるもので、I2Cバスに接続されてパラレルの入出力機能を拡張するものです。

設定によって入力にしたり、出力とする事が出来ますが、7SEG LEDをドライブする場合は3つ共に出力とします。

回路図の7SEG LEDのシートの上側にトランジスタが8個並んでいる訳ですが、この8個のトランジスタがそれぞれの桁の7SEG LEDに対して電源を供給する事となります。
シート名EXTENTION IOのIO ExpanderのIC5に接続され、IO ExpanderからLOWを出力したトランジスタがONとなり、7SEG LEDに電気を供給します。
※この時注意が必要なのが、8個のトランジスタのうち、一度にONするのは必ず一つに限ります。他のトランジスタにはHIGHを出力する様にIO Expanderの出力を決めます。
トランジスタを駆動するIO ExpanderのI2Cバス上のアドレスは0x40となります。

残り２つのIO Expanderがそれぞれの行の7SEG LEDのセグメント(光る部分)をコントロールします。
7SEG LEDのそれぞれのセグメントにはアルファベットが割り付けられており、一番上をaとして時計回りにb、c、d、e、fと回り、真中のセグメントがgになります。
つまり数字で7を表示したい時はa、b、cを光らせれば7になります。
IO Expanderの出力をLOWとすれば、そのbitに接続されたセグメントが光ります。
上の行のコントロールをするIO ExpanderのI2Cバス上のアドレスは0x42、下が0x44です。

さて充分に早い時間間隔でONするトランジスタを切り替えていきます。トランジスタの位置がそのまま桁となっている点に注意してください。
通常人間は30Hz以上のフリッカーには反応できず点灯しっ放しに見えます。つまり最初の桁から最後の桁までの切り替えを30Hz以上で回さないといけないので、切り替えの周期はその8倍で240Hz以上は必要でしょう。

※IO Expanderを入力として使う時は、Writeモードで入力したいbitに1を書き込んで、Readモードで読み込んでください。

以下のスケッチはMsTimer2を使って1msでカウントアップを行っています。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

#include <MsTimer2.h>
#include <Wire.h>

//const int I2C_SEL_ADR = 0x70 >> 1;  //_ONSEMI_
//const int I2C_SEG1_ADR = 0x72 >> 1; //_ONSEMI_
//const int I2C_SEG2_ADR = 0x74 >> 1; //_ONSEMI_
const int I2C_SEL_ADR = 0x40 >> 1;    //_NXP
const int I2C_SEG1_ADR = 0x42 >> 1;   //_NXP
const int I2C_SEG2_ADR = 0x44 >> 1;   //_NXP

unsigned long systim;
unsigned long nxttim = 50UL;

#define  SEG_A  0b10000000
#define  SEG_B  0b00100000
#define  SEG_C  0b00001000
#define  SEG_D  0b00000010
#define  SEG_E  0b00000100
#define  SEG_F  0b00010000
#define  SEG_G  0b01000000
#define  SEG_DP 0b00000001

const unsigned char seg[] =
{
  ~(SEG_A | SEG_B | SEG_C | SEG_D | SEG_E | SEG_F),  //0:abcdef
  ~(SEG_B | SEG_C),  //1:bc
  ~(SEG_A | SEG_B | SEG_D | SEG_E | SEG_G),  //2:abdeg
  ~(SEG_A | SEG_B | SEG_C | SEG_D | SEG_G),  //3:abcdg
  ~(SEG_B | SEG_C | SEG_F | SEG_G),  //4:bcfg
  ~(SEG_A | SEG_C | SEG_D | SEG_F | SEG_G),  //5:acdfg
  ~(SEG_A | SEG_C | SEG_D | SEG_E | SEG_F | SEG_G),  //6:acdefg
  ~(SEG_A | SEG_B | SEG_C),  //7:abc
  ~(SEG_A | SEG_B | SEG_C | SEG_D | SEG_E | SEG_F | SEG_G),  //8:abcdefg
  ~(SEG_A | SEG_B | SEG_C | SEG_D | SEG_F | SEG_G),  //9:abcdfg
  0b11111111,  //blank
  0b11111111,  //blank
  0b11111111,  //blank
  0b11111111,  //blank
  0b11111111,  //blank
  0b11111111,  //blank
};

void I2C_Write( unsigned char adr, unsigned char data )
{
  Wire.beginTransmission( adr );
  Wire.send( data );
  Wire.endTransmission();
}

static void drive_seg( void )
{
  static int keta;
  unsigned char sel,seg1,seg2;

  switch( keta )
  {
    case 0 :  /*LSB*/
      sel = 0x7f;
      seg1 = seg[systim % 10];
//      seg2 = seg[systim % 10];
      break;
    case 1 :
      sel = 0xbf;
      seg1 = seg[(systim / 10) % 10];
//      seg2 = seg[(sec / 10) % 10];
      break;
    case 2 :
      sel = 0xdf;
      seg1 = seg[(systim / 100UL) % 10];
//      seg2 = seg[(sec / 100UL) % 10];
      break;
    case 3 :
      sel = 0xef;
      seg1 = seg[(systim / 1000UL) % 10];
//      seg2 = seg[(sec / 1000UL) % 10];
      break;
    case 4 :
      sel = 0xf7;
      seg1 = seg[(systim / 10000UL) % 10];
//      seg2 = seg[(sec / 10000UL) % 10];
      break;
    case 5 :
      sel = 0xfb;
      seg1 = seg[(systim / 100000UL) % 10];
//      seg2 = seg[(sec / 100000UL) % 10];
      break;
    case 6 :
      sel = 0xfd;
      seg1 = seg[(systim / 1000000UL) % 10];
//      seg2 = seg[(sec / 1000000UL) % 10];
      break;
    case 7 :  /*MSB*/
      sel = 0xfe;
      seg1 = seg[(systim / 10000000UL) % 10];
//      seg2 = seg[(sec / 10000000UL) % 10];
      break;
  }
  I2C_Write( I2C_SEL_ADR, 0xff );
  I2C_Write( I2C_SEG1_ADR, seg1 );
  I2C_Write( I2C_SEG2_ADR, seg1 );
  I2C_Write( I2C_SEL_ADR, sel );

  if( ++keta > 7 ) keta = 0;
}

static void systim_hdr( void )
{
  systim++;
}

void setup()
{
  Wire.begin();
  I2C_Write( I2C_SEL_ADR, 0xff );
  I2C_Write( I2C_SEG1_ADR, 0xff );
  I2C_Write( I2C_SEG2_ADR, 0xff );

  MsTimer2::set( 1, systim_hdr );
  MsTimer2::start();
}

void loop()
{
    drive_seg();
}

以下、昔の書き込み
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
まだマルツさんからは部品セットとして販売していませんが、7セグメントLEDと24KEYは同時に実装する事ができません。

機能的にはI2C エキスパンドIOが入力モードか出力モードの何れかしか選択できないので、7セグメントLEDでは出力、24KEYでは入力と同時設定はできないものです。

ただ物理的に実装は可能なので、7セグメントLEDと24KEYの両方を実装してしまうこともあり得るのですが、いまの回路ではこれに対応できません。最悪ではLEDかトランジスタの故障と言う事になります。
実装はかならずどちらかを選んでください。

どうしても一つの基板で7セグメントLEDと24KEYを実装したい場合は、トランジスタを3pinのソケットヘッダーを使って実装（差し込む）事をお勧めします。24KEYを使う場合はトランジスタを外してしまいます。
私も手持ちのMaruduinoではそうしています。

2012-07-03 23:35 nice!(0) コメント(5) トラックバック(0)

Maruduinoにシールド基板を搭載する。　[組み立て]

Maruduinoもシールド基板を搭載する事ができます。
何故かここの実装について今まで書いていなかったので、今回、書いておきます。

シングルラインのソケットヘッダー（6ピン2個と８ピン2個）を実装しますが、やはり一旦シールド基板側にソケットヘッダーを挿してしまって、その上でMaruduinoと合体させると、ヘッダーを気持ちよく実装できます。

ひっくり返して四隅を半田付け後、問題が無い事を確認したら全部半田付けして完了です。

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2010-08-07 23:37 nice!(0) コメント(0) トラックバック(0)

Maruduinoの時計機能（リアルタイムクロック）追加パーツの組み立て　 [組み立て]

※このリアルタイムクロック部品セットはMaruduinoの拡張機能です。実装位置がブレッドボードの位置と重なっていますので、ブレッドボードを外すか、位置をずらす必要があります。

近日中にマルツ電波さんから時計機能モジュールMRX-8564が発売となりますので、RTC（Real Time Clock）周りの実装について解説します。

まず背の低い部品と言う事で２つのダイオードを実装します。極性方向に注意してください。

左のD7はショットキーバリアダイオード（RB441Q-40）。右のD6は一般的なシリコンダイオード（1N4148）です。
どちらも代替品は沢山有ると思います。但しD6にショットキーバリアダイオードは実装しないでくださいね。バックアップ電池があっという間に無くなってしまいますから。

MRX-8564を実装します。写真ではICソケットを使用していますが、実際のパーツセットにはICソケットは含まれていません。

ArduinoとI2CデバイスであるMRX-8564間の通信では信号線にプルアップ抵抗を必要とします。
プルアップを行う方法は２つありまして、MRX-8564上のジャンパーJ1とJ2の半田を盛ってショートするか、Maruduinoの基板上のR62～R64を実装するかです。
どちらかを使って信号線のプルアップを行います。
なおMRX-8564上のジャンパーJ3をショートすると、割込みに合わせてLEDがチカチカしますが、これはお好みで。

R62～R64のカラーコードですが、2KΩの抵抗は赤黒赤金、4.7KΩの抵抗は黄紫赤金です。

基本パーツセットの中の６ピンソケットヘッダーをCN15に実装します。ちょっとやり難い位置にありますので、注意してください。

半田面にコイン電池ホルダーを実装します。この電池でMRX-8564のバックアップを行い、電源が切れても時刻の更新、アラーム時刻の保持が出来るようになります。
※注意！電池を搭載するのは組み立てが完了してからです。

裏から搭載しますので、表から半田付けを行いますが、写真手前の半田付けが結構半田が乗り難いので、しっかり温めて半田付けを行ってください。もう少しサーマルを大きく取ればよかったですね。

必要な配線を行います。基板上の白い文字を参考にして以下を読んでください。

まずMRX-8564への配線です。
AN5（CN2）とSCL（CN15）
AN4（CN2）とSDA（CN15）
DI2（CN5）とINT（CN15）
これでArduinoからMRX-8564にアクセスできるようになります。

LCDへの配線です。
DI8（CN5）とRS（CN14）
DI9（CN5）とE（CN14）
DI4（CN5）とD4（CN14）
DI5（CN5）とD5（CN14）
DI6（CN5）とD6（CN14）
DI7（CN5）とD7（CN14）

スピーカー出力及びスイッチとの接続です。
DI13（CN5）とAUX1（CN11）
DI17（CN3）とSW1（CN11）
DI16（CN3）とSW2（CN11）
DI15（CN3）とSW3（CN11）
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2010-08-07 14:13 nice!(0) コメント(0) トラックバック(0)

Maruduino（Arduinoベースボード）基本パーツセット実装。おまけ編　 [組み立て]

このタクトスイッチです。リセットスイッチとなっています。

MaruduinoをArduino化するキットには付属していたのですが、どうしても基本パーツセットにも欲しいので、マルツさんに付属すようにお願いしておきました。

安心してバンバンリセット掛けてください。

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2010-07-19 17:17 nice!(0) コメント(2) トラックバック(0)

Maruduinoの基本パーツの組み立て４　 [組み立て]

外部電源入力を実装します。これで基本パーツセットの組み立ては最後です。

	実装位置は基板左下となります。
	セオリー通りちっさい抵抗から実装します。ちなみにこの抵抗は金属皮膜抵抗で、今まで使っていた抵抗に比較して精度が良くなっています。 120Ωの抵抗が茶赤黒黒茶 360Ωの抵抗が橙青黒黒茶です。
	ダイオードを実装します。D2はちょっと半田が載り難いです。しっかり温めてください。
	ICを実装します。足の幅が変化したところを折り曲げ加工して実装します。これも特に真ん中のピンはしっかりと温める必要があります。 3mmのネジとナットがあれば、先にこのICを固定してから半田付けするとやり易いです。
	105と表記されている1μFのコンデンサを実装します。
	C6（100μF）の電解コンデンサを実装します。やはりこれも上に載せた基板とぶつかる可能性がありますので、寝かせた状態で実装します。また極性にも十分注意してください。このコンデンサもしっかり温める必要があります。
	DCジャックを実装します。
	電源LEDの横の電源スイッチを実装します。これが最後の部品です。
	9V出力（センタープラス、内径φ2.1）のACアダプター等を接続し、電源スイッチを入れるとLEDが点灯します。注意！、外部電源は、単独で動かす場合などUSBで電源を供給できない時に使用します。USBで接続している時は、必ずAC入力をを外した状態で動かしてください。

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2010-07-17 18:11 nice!(0) コメント(7) トラックバック(0)

Maruduinoの基本パーツの組み立て３　 [組み立て]

残りのスイッチ、LED、それにオーディオ出力の実装を行います。

	残っていたスイッチ、LEDの取り付けを終わらせてしまいます。手順は前々回の取り付けを参考に行ってください。
	実装位置は基板中央、上側、ちょうどLCDの真下になりますので、一旦LCDを外しておいてください。
	セオリー通りちっさい方の抵抗から実装します。 0Ωの抵抗は黒い帯が一本です。 10Ωの抵抗は茶黒黒金です。 300KΩの抵抗は橙黒黄金です。
	おっきい方の抵抗を実装します。
	ICを実装しますが、新品のICは大概が足が広がった状態ですので、事前に平らなところで広がりを修正しておきます。
	かならずこの方向で実装してください。
	C16（1000pF、102と表記）とC15（0.047μF、473と表記）を実装します。頭の黒いのがC16です。
	オーディオ出力用のジャックを取り付けます。
	電解コンデンサを実装しますが、電解コンデンサには極性（プラスとマイナス）があります。これを間違えると、最悪は破裂とかしてしまいます。写真の様に白い帯が縦に入っている方がマイナスとなります。基板上には白い円の中で一部白く塗りつぶされているところがありますが、これがマイナスを示しています。
	立てて実装するとLCDとぶつかってしまいますので、写真の様に寝かせて実装します。本体から大体2mmくらいの位置を、ピンセットで折り曲げ加工してください。ちょっと太いほうが220μF（C14）、細い方が100μF（C13）です。
	最後に音量調整用の可変抵抗器を実装します。
	ちょっと何か鳴らしてみましょうか。写真は100均で買った、勿論100円のステレオスピーカーです。まともに部品屋さんでスピーカーを購入すると意外と高かったり、ほとんどがリードタイプで基板実装タイプが見つからなかったりと苦労します。3.5mmのジャックなのでこの様にダイレクトにスピーカーユニットを接続できると言う訳です。
	ArduinoのexampleのdigitalのtoneMelodyを開いて、DI8とAUX1を接続し、スケッチをArduinoに転送してみてください。なんだか力が抜けるメロディが流れてくるかと思われます。音量が小さくて聞き取れないときは、VR2のVOLUMEで調整します。

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2010-07-17 17:47 nice!(0) コメント(0) トラックバック(0)

Maruduinoの基本パーツの組み立て２　 [組み立て]

今度はLiquidCrystalのHello Worldを動かします。

	0Ω抵抗（真中に黒帯のみ）、可変抵抗、2列14ピンソケットヘッダーを取り付けます。勿論0Ωから付けます。 ※基板上にソケットヘッダーを付けるか、ピンヘッダーを付けるかはもう完全に好みです。私は圧倒的にソケットヘッダー。
	LCD側には2列14ピンのピンヘッダーを取り付けますが、その前にLCDを裏返してJ2とJ3にこんもりと半田を盛って置きます。このジャンパーをショートする事でバックライトが点灯します。
	LCDと基板を合体させますが、LCDの右側の取り付け穴に、基本パーツセットの中のプラスチックスペーサーと長いネジ、ナット、ワッシャを使ってLCDの固定を行ってください。左側は物凄い振動を与えるとかしない限り必要無いでしょう。
	基板上にCN14の横に白い文字でLCDの各信号線名が描かれていますが、LCDを搭載すると見難いので、この写真を参考としてください。
	配線を行います。やはり単芯線を適当な長さに切断し、exampleのLiquidCrystalのHello Worldのソースコードに書かれている布線内容に合わせて接続します。 LCD RSがDI12 LCD EがDI11 LCD D4がDI5 LCD D5がDI4 LCD D6がDI3 LCD D7がDI2
	exampleのLiquidCrystalのHello Worldを転送し、LCDに無事に表示が出ている事を確認します。もし見えないときは、可変抵抗器VR1（CONTRAST）を回して調整してみてください。

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2010-07-16 09:50 nice!(0) コメント(4) トラックバック(0)

Maruduinoの基本パーツの組み立て１　 [組み立て]

組み立てを行います。
と、その前に、、、Maruduinoのパーツリストとかご覧いただければ判りますが、やたら部品が多い。フル実装だと私でも半日位は掛かってしまいます。
これはしんどいので、できれば必要な時に必要なだけ実装する事をお勧めします。
では、第一目標としてお約束のDIGITAL13のLEDチカチカから。

	まずはArduinoボードを搭載できるようにします。Arduinoボードを搭載するのは、基板左上のこの位置になります。通常いっぺんに全ての部品を実装するなら、実装時に背の低い部品から順番に行うのがセオリーですが、部分的に実装して行く方針なので、その辺は無視しています。
	とは言え、部分部分では、実装時の背の低さが順番に影響を与えます。このブロックではダイオードがそれです。ピンセットで足を適切な間隔に折り曲げ加工を行って実装して下さい。
	イメージとしてはこの様になります。まだピンヘッダーの半田付けは行っていません。シングルラインのピンヘッダーなので、半田付けする際、不安定となってしまいます。そこで、、、
	先にArduinoボードにピンヘッダーを挿してしまいましょう。
	この状態でMaruduinoベースボードの所定の位置に差し込みます。まず足の一箇所を半田付けして、上手く出来ているか確認します。問題が無ければそのまま四隅を半田付けしてしまいます。四隅を半田付けしてしまえばもう滅多な事では外れたりしませんので、じっくり全部の足の半田付けを完了させてください。
	次は電源LEDです。いざと言う時にあると安心できます。実装位置は基板下側になります。
	抵抗をこの様にピンセットを使って折り曲げて置きます。折り曲げた足の間隔は約5mmです。大体抵抗本体から0,5mm～1mm程度の位置で折り曲げます。ちなみにこの抵抗のカラーコードは橙橙茶金です。
	LEDの足の長さと、アノード、カソードの位置を十分に確認してください。電源LEDの場合はこの様な足の位置関係となります。
	単に抵抗をランドに指しただけでは、半田付けする際に裏返した場合、落っこちてしまいかねないので、裏から指でしっかり押さえた状態で、足をピンセットでしっかりつまみ、上方向に強く引っ張りながら広げます。こうすると裏返しても落ち難くなります。
	LEDも抵抗と同様に足を広げて落ち難くして、半田付けを行います。
	LEDチカチカする為にLEDを実装しましょう。ところでこの基板のLED周りの回路ですが、一つのポート（Arduinoの入出力端子）でLEDの点滅、またはスイッチの入力が行える様になっています。例えばポートを出力に設定し、digitalWriteでHIGHを書けばLEDが点灯、LOWならば消灯です。また入力として設定すると、スイッチが押されていない時はdigitalReadではLOWが見え、スイッチが押されるとHIGHが見えます。必要な抵抗、LED、スイッチを実装して下さい。各抵抗のカラーコードですが、100Ωの抵抗は茶黒茶金、10KΩの抵抗は茶黒橙金、220Ωの抵抗は赤赤茶金です。
	LEDの足の向きはこの方向となります。
	Maruduinoでは、Arduinoボードの各ポート（信号線）は直接LEDやLCD、スイッチ等には接続されていません。代わりに中継用のシングルラインソケットヘッダーに全ての信号線が接続され、そこから必要な回路にジャンプワイヤー等を使って接続する事となります。写真はソケットヘッダーです。四角い穴にジャンプワイヤー等を差し込む事となります。
	またまたシングルラインの半田付けです。そこでちょっと工夫をしてみましょう。基本パーツセットの中には、2列14ピンのピンヘッダーが同梱されています。これを使ってシングルラインソケットヘッダー2個を連結してしまいます。まずは基板中央やや上のCN5とCN14です。こうする事で半田付け時に安定させる事ができます。
	まずは一箇所だけ半田付けして状態を確認してください。ピンが浮いていたり、斜めになっていたら半田を盛った足にこてを当て直して修正します。綺麗に半田付けできたら対角上のピンを半田付けして安定させ、そこからは落ち着いて全部の足を半田付けしてください。
	次にこのソケットヘッダーの左隣のCN2を実装しますが、やはり2列14ピンのピンヘッダーを写真の様に使ってCN2を固定してしまい、その状態で半田付けを行ってください。同じ手順で右側にあるCN3、CN1とCN7。CN6とCN12を半田付けしてLEDチカチカ用の部品の半田付けは終了です。
	ジャンプワイヤーでもよいのですが、単芯線を適切な長さに切ってワイヤーストリッパーで剥きます。22と数字が書いてあるところで剥いてください。
	接続は、DI13（DIGITAL13の意味）と、 ※基板上に白い文字で”DI13”と書かれています。
	SW1への配線となります。 ※基板上に白い文字で”SW1”と書かれています。
	基板を直接机の上などに置いて、うっかり電源ショートとかしてしまうのを避ける為に、基板付属のスタットスペーサーを必ず付けましょう。
	では所定の位置にArduinoを差し込んで、exampleのdigitalのblinkを転送してみてください。電源LEDが点灯している事、無事にLEDが点滅していればOKです。