arduinoを自作してみた。

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-ISPmkⅡ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-ISPmkⅡ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-ISPmkⅡ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。


（追記）
ブートローダーの件などについて纏めたページを
作りました。↓
http://nekosan0.bake-neko.net/outline_composition.html
ページの下のほうをご覧ください。