fumiLab

fumimakerが作ったもの、やったことについてのつらつら書いていきます。

P5.jsを使ってゲームをつくる

お久しぶりです.fumiです. ここのところ,学業のほうが忙しく最終課題×3+最終発表×2+ペーパー×2などやっていました.またこれから期末試験×3ですよ...つらい

P5.js

さて,そんな最終課題としてP5.jsを用いたなにかを作ろうという課題がでました.P5.jsとはProcessing的なJavascriptコードをWeb上で動かせるよっていうライブラリです.Processingのものをそのまま移植することもできます.

p5js.org

https://p5js.org/assets/img/p5js.svg

Webページにインタラクティブなグラフィックが埋め込めるのはとても良いですよね.これを使ってゲームとかも作れてしまうわけです.また,MachineLearningを使った様々なサンプルをブラウザだけで環境構築無しですぐに使えてしまうやばさ.
editor.p5js.org

目で見てわかりやすいですし,JSはなかなか使いやすい言語ですのでプログラミングを始めてみたい方にもおすすめできるんじゃないかと思います.

つくったもの

それで何を作ったのかといいますと,ゲームですね.どこかで見たことあるようなやつです.たぶんYoutubeの広告でみたことがある.
学校のサーバーで公開されているのでここから遊べます.

http://web.sfc.keio.ac.jp/~s17804fm/GraphicsProgramming2019S/index.html

基本的なシューティングですね.恥ずかしながら人生で初めてクラスを作ってインスタンスをいっぱい作る,オブジェクト指向なるものをやってみました.今まで一個一個管理してたのが勝手に管理してくれてすごく便利.機能追加も楽ですね.
あんまコード綺麗で見れたものじゃないですがGitHubでも公開しています.Js初心者ってことで許してください.実に2年ぶりでした.
そういえばvarは非推奨らしいですね.授業ではそんな事言われなかったので全部varにしちゃったけど...そもそも静的型付けじゃないのが(ry github.com

来週も期末試験×3+ペーパー書かないとなのでまた間隔が開くかもしれません.

今回はそんな感じです.

VRオナホを作った話 ( 2 ) 基板を作る

前回までのあらすじ

これは-VRオナホを作った話(1)-の続きです。もし興味があれば前回も御覧ください.

fumimaker.hatenablog.com

前回,オナホを動かすための機構を考えました.そして実際に試作を行い問題なく動くことを確認しました.次は機構を動かすための電子回路を設計していきます.

電子回路設計

機構が固まったことでどんなアクチュエータ(モーターなど動くもの)の制御をしてあげたらいいかが確定しました。これも機構と同様にどんな電子部品を使ってやりたい制御を実現できるかを考え、実際に試作してみます。

流れ

流れ的にはこんな感じです
- 1. 回路設計 - 2. 回路試作 - 3. 基板制作 - 4. 基板実装 - 5. 完成! やったー!

(結果的にはこの段階でも散々ガラクタが量産されました。このガラクタを少しでも減らすために試作をしましょう。(これでも少しは試作したはずなんだけどね...) )

f:id:fumimaker:20190606221800j:plain
回路試作

電子回路における試作

電子回路における試作とは,いちいち基板を作ってはんだ付けすることではありません。そんなことしたら一生終わらないからw

そこでブレッドボードというものをつかいます。これはジャンパ線を差し込むだけで簡易的な回路が作れてしまうというすぐれものです。このような便利なツールを使って本当に設計した回路が動くのかを検証していきます。動くようだったらいよいよ基板に起こしていくわけですね。

f:id:fumimaker:20190606171400j:plain
ブレッドボードでの配線

動かなかったら

もしも動かなかったら以下のような問題が考えられます.
- ブレッドボードの配線を間違えてる - そもそも設計した回路が間違っている - ブレッドボードやジャンパが故障して断線や短絡している - そもそも使ってるパーツが壊れている

のような原因が疑われます.ハードウェアはソフトウェアと違って簡単に時を止めたりブレークポイントを設置することができません.しかも流れている電流,かかってる電圧は目に見えません.どうするねんこれ.

ここで私達はテスターという道具を使います.
このテスターを使って設計通りの電圧がパーツにかかっているか,電流が流れているか.もしくはオシロスコープを使って設計どおりの電圧が生成されているかを確認します.場合によってはロジアナなど特殊な測定機器を使う場合もありますね.

テスター

テスターとは電圧を測ったり,抵抗値を図ったり,導通してるかチェックしたりマルチに活躍するツールです.電子工作には必須のツールで,小学校,中学校で誰しもが一度は触っていると思います.電気が流れているところにさわると針が動くあれデス.

電圧を測る

テスターは主に期待通りに部品に電圧がかかっているかを知ることができます.たとえば,電圧が0Vになっていればそもそも配線が抜けてしまっている・忘れている可能性があると推測できます.一本一本たどって正しく繋がれているか確認しましょう.
設計通りならなければどこから必ず間違っているはずです.

導通しているか調べる

テスターには導通しているかチェックする機能がついているものもあります.(最近のデジタルテスターには大体ついてますよね.)
この機能は棒と棒の間がつながってる(導通している)とピーと音がなるだけの機能ですが非常に使えます.超便利.私の場合はもはや一番使って機能まであるほどです.こんな使い方ができます.

  • 電源とマイナスを当てて音がなった
    • 電源がショートしてますね.このまま電池をつなぐと場合によっては燃えます.確認しましょう.
  • 動作が怪しいICの電源ラインに当てたら音がならない
    • つながってないといけない場所がつながってないみたいですね.配線を確認しましょう. 簡単な使い方ですがこのようにテスター一つでもいくらでも情報を得ることができます.ハードウェアにおけるデバッガみたいなものですね.どんどん活用していきましょう.

オシロスコープ

研究室において有りそうなこんな見た目のやつです.オシロスコープも同様に電圧を測ることができるツールの一つです.じゃあテスターと何が違うのか.

これはテスターよりも早いスピードで電圧を測ることができます.つまり,だたの電圧ではなく時系列での電圧の情報を得ることができます.
電子回路はすべて電圧で情報をやり取りしています.電子回路は非常に高速に動作するため,電圧が目まぐるしく変わる場所ではテスターでうまく測定できず役に立たないこともあります.そのような場所にオシロスコープを使います.
オシロスコープのグレードにもよりますが,だいたい10~100MHzくらいの速度で電圧を測ることができます.一秒間に1億回ですね.こうしてみるとクソ速い. 数百万するテスターでは1GHz(一秒間に10億回)とか測れます.草.一生測る機会なさそう.

あると便利な機材ですね~

ロジックアナライザー(ロジアナ)

電子回路上では電圧としてデータがやり取りされています.Hレベル=1が5V,Lレベル=0が0Vの回路では5Vと0Vの上がり下がりの組み合わせを測定してあげればどんなデータがやり取りされているかわかります.ちょっと分かりづらいので実例を出します.

例えばASCIIという規格があります.機械が0と1ですべて情報を扱っていることは有名ですね.ASCIIはHレベル(=1)とLレベル(=0)の組み合わせで文字を表すことができます.

アルファベットの'A'0x41
私達が使う10進法で65です.つまり0と1で表すと
01000001となります.
これを電圧で表すとLHLLLLLHとなりますね. もし,ASCIIを出力するポートにオシロスコープを当てるとこのような波形が出てくると思います.

今度は連続して送ってみます.
"ABC"010000010100001001000011ですね!
でもいちいちこれ手動でやってたら大変ですよね...そんなときにこのデコード作業を自動でやってくれるものがロジックアナライザーというものです.名前のまんまですね.0と1の羅列から実際のデータを取り出して表示してくれます.

http://www.tokudenkairo.co.jp/jtag/images/logana1b.png

電子回路で通信をやってるとこれがあるだけでデバッグ作業が捗ります.ちょっとなれてきたらぜひおすすめしたい.
高そうなイメージがありますが(実際に高いですが)実はとっても安いのがあります...2000円~めっちゃ便利

実際の電子工作ってこんな感じだよ~っていうのを1年前くらいにLTで喋ったスライドがあるのでもしよければ御覧ください.

試作

で、ブレッドボードに試作しますやんか。もりそばになりますやんか。

f:id:fumimaker:20190606220537j:plain
もりそばではありません
ブレッドボードつらい。ソフトワイヤーじゃない単芯のやつ使えばスマートにできるらしい。こういうやつ。
てか強い人達みんなあれだけ使ってるから僕も真似しようかな...
ちなみにこの回路は動きました。良かったよかった。
f:id:fumimaker:20190606222134j:plain
ソフトワイヤーの限界

PCでの回路設計

紙に回路図最初はもちろん書くんですけど、そのままだと誰かに見せたり、基板を発注するのに不便です。そんなときにパソコンで基板を設計できる基板CADというものを使います。
基板CADは回路図を引いて、そのまま回路パターンまでまとめて設計することができます。それらのデータを送ればちょちょいと基板を作ってくれる業者もいるので楽ちんです。
今回は基板設計にEagleを使いました。EagleもAutodeskの基板CADソフトで教育版は制限なしで無料で使います。本当にありがとう御座います。嬉しい...Adobeは(ry

実装

さて,回路設計が終わり実際に動作確認が終わりました.今度は実際に動く基板を作ってみましょう.実装する方法は3つくらいあります.
基板製作だけでもめっちゃ書きたいことあるんですけどササッと行きます.また記事詳しく書きますね.

  1. ユニバーサル基板に手配線
  2. 生基板に焼いてエッチングして基板製作
  3. 基板を外注

ユニバーサル基板

小規模な場合はユニバーサル基板などに手配線で実装します.
こんな感じ.スズメッキ線や軟銅線,ポリウレタン動線(UEW)を使って配線を行っていきます.
サクッと基板を作るときにおすすめです.

f:id:fumimaker:20190606222103j:plain
鬼の実装

エッチング

まっさらなただの生の銅箔板を回路として残したいところだけマスキング,酸化させるなどした状態で第二塩化鉄などで腐食させ,狙ったところだけ溶かさないようにすることで回路部分だけを残します.
なお,エッチとは関係ありません

エッチングの流れ

エッチングについて書くとノウハウとかやり方とかだけで一本記事がかけるのでさらっと写真付きでお教えします。なお、今回はアイロンを使った転写方式を用いています。安価でいいですよ!

f:id:fumimaker:20190610123613j:plain
アートワークをします
f:id:fumimaker:20190610123630j:plain
生基板にマスキングをしていきます
f:id:fumimaker:20190610123626j:plain
OHPシートに印刷します
f:id:fumimaker:20190610123634j:plainf:id:fumimaker:20190610123638j:plain
アイロンで転写します
f:id:fumimaker:20190610123641j:plain
腐食液に沈めます
f:id:fumimaker:20190610123645j:plain
取り出して磨きます
f:id:fumimaker:20190610123648j:plain
穴開けます。これが結構辛い
f:id:fumimaker:20190610123652j:plain
部品実装して完成です

手順としてはこんな感じです。少し前まではエッチングをする方法が主流だったみたいです。

基板加工機

エッチングには特殊な腐食液を使うため処理が大変だったり片付けが大変だったりします。実際にエッチング液を捨てるときには薬剤で固めて捨てたり産業廃棄物として処理したりしなければならず個人には少しハードルが高いです。
基板加工機は薬剤等使わず、銅箔をはってあるだけの生の基板の表面をドリルなどの自動的に削ることで回路を作ります。

f:id:fumimaker:20190606222112j:plain
今回使用したのはKitMill CIP100
基板加工機はエッチングと比較して個人でも比較的容易に基板を作ることができます。基板加工機さえあればね。今どきは3~5万円くらいでも売ってますし、個人が持ってるレベルの加工精度でも表面実装パーツが乗るくらいの高密度化ができるので一家に一台どうでしょうか?
今回使用したのはOriginalmind社のKitMillCIP100です。小型かつ高精度で個人で使うには十分だと思います。
www.originalmind.co.jp

f:id:fumimaker:20190606222047j:plain
手配線が面倒なときに良い

f:id:fumimaker:20190606222124j:plain
基板発注する前に一回試作しました

外注

基板製造を承る会社にデータを送って基板を作ってもらう方式です.
昔は10万とか5万とかしたんですが最近は中国,台湾メーカーの進出で非常に安価に基板を外注してもらう事ができます.

f:id:fumimaker:20190606165203j:plain
こんな包装でとどくよ

今の時代外注ですよ.100mm*100mmまでの基板であれば10枚5ドル~10ドルくらいで作ってくれます.送料込みでだいたい18~20ドルくらい.めっちゃ安い.
しかも自分で作るよりも高密度にできるし,失敗も圧倒的に少ない.
ただ,回路ミスってたときはどうしようもなく修正が効かない.

基板設計ソフトEagleを使って実際に基板名刺を作った流れの記事を書いたのでもしよければ御覧ください.

fumimaker.hatenablog.com

そんなこんなで設計をしました.

f:id:fumimaker:20190610123703j:plain
発注するだけでこんなスッキリ...

実装

あとは簡単,設計通りに実装するだけですね.実装って言葉かっこいいけど具体的にははんだ付けするだけ.回路設計者は自分なので回路図見なくてもパーツをどこにハンダすればいいかわかりますよね?

はんだ付けを全部やったらテスターで電源ラインがショートしてないことを確認して電源投入してみましょう.

f:id:fumimaker:20190606222130j:plain
完成したメイン基板
f:id:fumimaker:20190610123659j:plain
完成したセンサーバー

直流安定化電源

電源に電池やACアダプターを使う人も多いでしょう.しかし,それらは回路のどこかがショートなどしていた場合,回路に電流が過剰に流れてしまい部品を破壊する可能性があります.
そこで直流安定化電源をおすすめします.通称安定化って呼ばれるものですね.これは好きな電圧を出力できるほか,電流値を制限することができます.

たとえば,設計上500mAしか流れない回路で1A流れていたらどこかが絶対おかしいはずです.安定化の電流値を予め600mAくらいに設定しておけばそれ以上電流が流れることがないので回路を壊す心配がなくなります.安心して電源投入できるようになるわけです.
安定化で動きを確認してから本番のACアダプタやリポバッテリーなど繋げばうまくいくはずです.

私がずっと使ってる安定化電源はこれです。

A&D 直流安定化電源 AD-8722D

A&D 直流安定化電源 AD-8722D

中学時代からずっと使っていますがいいですよ!電流制限もできますしリップルもかなり少ないです。Amazonでよく格安の怪しい安定化電源が売っていますが、正直なところあんまり信頼できません。リップルが800mVくらいあったり12Vと表示しているところ14V出てることもありました。電流制限が効いていない時もありました。
測定器、電源は長く付き合う相棒です。信頼できるパートナーをよく見極めましょう。

TIPS

(DCDCコンバータを使ってる場合などインダクタンスの関係で稀にうまくいかない場合もあります. 私の場合は安定化だと動くのにリポだと動かないという罠にハマり詰んでました.DCDCを使うときはしっかり設計しよう!! )

まとめ

電子工作における電子回路関係の話はこれくらいです.意外と簡単にできそうでしょ??一緒にやってみましょう.私もやったんだからさぁ...?

今回はそんな感じです.

今どきのバッテリー事情

iPhoneのバッテリーの嘘本当

みなさんバッテリー使っていますか?今やバッテリーは殆どのモバイル機器に使用されていると言っていいでしょう。スマホ、ラップトップ、スマートウォッチ、電動シェーバーなどなどいたるところにバッテリーは使われています。この記事ではおもにスマホのバッテリーについて取り扱います。
バッテリーにもいろいろな種類があることなんてこんな記事を開いてるあなたは知ってること間違いないでしょう。

f:id:fumimaker:20190701125322p:plain
iPhoneの内部バッテリー
さて、最近はスマホのバッテリーの寿命を伸ばすには〜云々、ライフハック〜云々聞きます。あれしないようにしましょう。これをやらないようにしましょうというのをよく聞きます。技術の進歩によってこれらの情報は古くなりつつあります。世間で言われているあれこれについて言及したいと思います。 イマドキのバッテリーの知識をつけて賢くデバイスを使いましょう!

なお、こんなこと言ってますが私自身半導体の専門家などではないので間違っている箇所もあるかと思います。専門家の皆様ご指摘ください。速やかに修正いたします。
(そんなの知ってるよってこともあるかもだけど許してね)

iPhoneのバッテリーが劣化?

私の身の回りにはいつもスマホの電池がない人がいます。そのような人は

  • 単純にスマホをいっぱい使ってる
  • 特に動画再生は大量のデータ通信・音再生・ディスプレイ駆動の役満ですよ
  • バッテリーが劣化している
  • 少ししか使っていないのにゴリゴリバッテリーが減っていきます

これら2つの可能性が考えられます。特にバッテリー劣化はさっきまで100%あったのに今見ると30%みたいなことになる現象です。
iPhoneをはじめとするデバイスに搭載されているバッテリーはリチウムバッテリー(リチウムイオンバッテリーもしくはリチウムポリマーバッテリー)と呼ばれるもので、従来の鉛蓄電池ニッカド電池ニッケル水素電池よりもエネルギー密度が高く小型軽量、形を変えやすく、薄型にできる点で有利です。本当にすごい電池。今時はほとんどこのバッテリーです。
iPhoneリチウムイオンバッテリーを搭載してるみたいですね。リチウムイオンとリチウムポリマーは似てるんですけどちょっとだけ違います。ほとんど同じと思ってだいじょうぶです。

リチウムイオンバッテリ

f:id:fumimaker:20190701125428p:plain
リチウムイオンバッテリ

  • エネルギー密度が高く高性能
  • 電解液を使用している
    • 電解液が可燃性で危険、というか空気に触れると発火する
    • 液漏れすることある
  • ただし製造コストが安い
  • iPhoneはこれ
    • 小型組み込み製品に使われている印象

リチウムポリマーバッテリー

f:id:fumimaker:20190701125504p:plain
リチウムポリマーバッテリー

  • エネルギー密度が高く高性能
  • 液体の代わりにポリマーを使用
    • 燃えない
    • より安全
  • ちょっと製造コストが高い
  • ロボットなどに使われる
    • 比較的大容量のバッテリーがこれの印象

こういう理由でiphoneには実はリチウムイオンバッテリーが使われています。たまにスマホが燃えた!っていうニュースを見ますが、だいたいバッテリの発火が原因です。普通に使ってるぶんには発火しないので大丈夫です。

バッテリーは消耗品

まず、バッテリーは消耗品です。使い捨てではないですけど、使っていくとどんどんだめになっていきます。そしていつか使えなくなってしまいます。
バッテリーは化学変化によって電気を起こしています。使い続けると、化学変化があまり活発に起こらなくなり、たくさん電流を流せなくなります。 。詳しい人向けに言うと、バッテリー内のインピーダンスが増加して放電レートが小さくなります。
更に劣化が進むとiPhoneが必要な電流すらバッテリーが放電できなくなりスマホが起動すらしなくなります。(ここまで劣化するのは稀です)例えば、Appleiphoneは500回充放電を行った後でも80%の充電容量を保証するとされています。逆に0%から100%充電を500回やると新品の80%しかバッテリーが使えないということになります。ということは1日0〜100%充電したら2年持ちませんね。実際には動画をたくさん見る人は充電しながら使ったり、一日に何度も充電する人もいますので更に短くなることもあります。こう考えると結構バッテリーってだめになりやすい。
Battery Universityでは実際にリチウムイオンバッテリーの充放電実験を行い特性を測定しています。

f:id:fumimaker:20190701121749p:plain
容量測定

https://batteryuniversity.com/index.php/learn/article/how_to_prolong_lithium_based_batteries

0~100%

バッテリー容量の100%に相当する電力を使い切ると(放電すると)1回の充電サイクルを完了したことになりますが、必ずしも1回の充電ごとにすべてを使い切る必要はありません。例えば、バッテリー容量の75%を1日で消費し、夜のうちにフル充電したとします。翌日25%を消費する、すなわち合計100%消費すると、2日で1回の充電サイクルを完了したことになります。

Appleの説明はわかりやすいですね。

f:id:fumimaker:20190701125831p:plain
わかりやすいことで定評があるApple

www.apple.com

このようにバッテリーは消耗品ですので、過度に「バッテリーが劣化するからなにかを避ける」といったことはしなくても問題ありません。頑張らなくてもどれだけ頑張ってもバッテリーはだめになっていってしまいます。扱いに気をつけるとちょっとだけ寿命延びるかもしれませんが、ユーザービリティを考えると消耗品と考えるのが良いでしょう。
スマホはだいたい2年くらいでバッテリーが劣化します。2年経ったらバッテリー交換するか新しいスマホにしましょう。 近年ではバッテリーも進化しており、10年前よりも、5年前よりも、2年前よりもどんどんと寿命が長くなり、劣化もしにくく、より軽くより小型になっています。バッテリーの寿命サイクルも2年から3年と伸びてくるかもしれないですね。

バッテリー残量は使い切ったほうが良い?

これは昔バッテリーの多く使われていたニッカド電池ニッケル水素電池のことで、現代で使われているリチウム電池には当てはまりません。これらはメモリー効果というものがあり、使い切らないと逆にバッテリーの寿命が短くなるという現象がおこりました。でもこれもう10年まえくらいのことなので流石に未だにこれを守っているひとはいないと思いたい...

リチウムイオンバッテリーはいつでも好きなときに充電することができます。
しかしながら、リチウム電池の特性上0%もしくは100%の状態で長時間放置するのはバッテリーにダメージが入ります。なので長時間放置するときは30~80%くらいに充電していおくのが良いです。

充電しながら使うのはだめ?

リチウムイオンバッテリーの大敵はズバリ温度です。充電しながら使うと充電制御ICやバッテリー自体が発熱するためバッテリーにダメージがあります。できれば避けたほうが良いですが、私は自分の都合を優先してバリバリ充電しながら使っています。あくまで私の意見ですが、消耗品と割り切って使うのも大事ですよ。

Appleリチウムイオンバッテリーは、いつでも好きな時に充電できます。

Appleもこういってるので大丈夫でしょう。確かにバッテリーにダメージがありますがユーザービリティの方が重要です。

f:id:fumimaker:20190701125700p:plain
わかりやすい

www.apple.com

急速充電はバッテリーに良くない?

これも同様に急速充電による発熱があります。でも充電のために10時間もかけていられません。これもユーザービリティのほうが大事かなと個人的には思います。最近はPowerDeliveryという充電規格に対応し、30分で50%の充電が可能となりました。すごい。
私も試してみましたが、確かに普通の充電よりも早く充電できましたが、本体は熱を持ちます。極力バッテリーの劣化を避けたいという人はやらないほうがいいかもしれないですね。それでも私は30分で50%の高速充電のほうがいいかなーとも思います。

また、iPhone8から対応してる無線充電も同様です。無線充電の利便性をとるか、バッテリーの寿命をとるかですね。

周囲環境の温度変化がよくない?

正確には低すぎる温度、高すぎる温度状況下ではリチウムイオンバッテリーの特性が変化し、本来の性能が発揮されません。特に寒い環境ではバッテリーの化学反応が不活性化してバッテリーが劣化したような状態になります。寒い冬に外でスマホをいじってたら突然電源が切れるあれですね。例えばiPhoneでは16〜25度が最適な動作環境と言われています。

Apple製デバイスは、広い周囲温度範囲で正しく動作するように設計されており、最適な範囲は16°C~22°Cです。バッテリー容量に回復不能な損傷を与える可能性があるため、35°Cを超える周囲温度にデバイスをさらさないことが特に重要です。損傷を受けた場合は、そのバッテリーが一回の充電でデバイスを駆動できる時間が通常よりも短くなります。

35度を超えちゃいけないみたいですね。日本だと真夏は35度になるのでアウトですね!炎天下ので使用には気をつけましょう。
また、保管温度は−20〜45度とされています。

充電しっぱなしは良くない?

技術は進歩しました。もちろんバッテリーだけでなく充電技術も進歩し、充電時間の短縮やバッテリーの寿命を延ばすための充電制御をされています。今となってはほとんど充電しっぱなしによる問題はありません。寝るときに充電するような使い方であれば全く問題ありませんが、1週間電源に繋ぎっぱなしにする、1ヶ月繋ぎっぱなしにするという使い方をすると問題がでてきます。これは間違いなくバッテリーに悪いです。
このような場合は20~80%くらい充電して電源を切って保管したほうが良いでしょう。

まとめ

  • バッテリーは消耗品。定期的な交換が必要。
  • 極端な温度に注意。
  • 普通に充電して使う分には劣化は問題ない。

良いバッテリーライフを!

今回はそんな感じです。

参考文献

support.apple.com

www.apple.com

www.apple.com

www.ankerjapan.com

batteryuniversity.com

いまさらCPUをつくる(3):TD4を完成させる

今更CPUを作ると題しまして4BitCPUを製作しています。前回の記事では4BitCPUを実際に実装していました。今回は完成編です。

f:id:fumimaker:20190617095848j:plain
ICが乗ると途端にそれっぽくなるよね
よろしければ前回の今さらCPUをつくる(2)を御覧ください。

fumimaker.hatenablog.com

完成したものはこれです。意味もなくずっと動かしたい。


f:id:fumimaker:20190606155034j:plain
前回の進捗
前回はここまで実装しました。ここからさらにゴリゴリ実装していきます。 1日の作業が終わったら写真を撮るようにしたので写真の枚数だけ日数が経過していますね...
写真ばかりになってしまいますが、ご了承ください。

実装の様子

f:id:fumimaker:20190616230903j:plainf:id:fumimaker:20190616230850j:plain
最初はまっさらです

f:id:fumimaker:20190616230417j:plainf:id:fumimaker:20190616230556j:plain
パーツを乗っけて大体の位置を決めました。

電源周り

電源周りはこだわりを持ってスズメッキ線で配線しました。私が好きな太さは0.5です。みなさんはどんな太さを使っていますか?細いと柔らかくて扱いやすいですが曲がりやすい、太いと曲がりにくいですが熱いというトレードオフですよね。個人的には0.5が一番バランス良くで好きです。

f:id:fumimaker:20190616230417j:plainf:id:fumimaker:20190616230545j:plainf:id:fumimaker:20190616230624j:plainf:id:fumimaker:20190616230717j:plainf:id:fumimaker:20190616230742j:plainf:id:fumimaker:20190616230817j:plain
信号線にはスズメッキを使っています。

f:id:fumimaker:20190616230608j:plainf:id:fumimaker:20190616230729j:plainf:id:fumimaker:20190616230753j:plainf:id:fumimaker:20190616230805j:plainf:id:fumimaker:20190616230919j:plainf:id:fumimaker:20190616231005j:plain
表面

もう実装するものはないので表面はここからあまり代わり映えしないです。表面の形としてはこれでもう完成ですね。中身がないのでこれから信号線を配線して回路に意味を持たせていきます。

信号

メインの信号配線です。これ何個配線あるんですかね。地獄です。やるしかありません。筋トレみたいなものです。修行です。ROMあたりがやばそう。
信号線の配線にはUEW0.28を使用しています。UEW、いいですよね。かさばらないし取り回しやすいし。電流には注意です。個人的には0.28が一番使いやすいんですけど皆さんはどうでしょうか?

f:id:fumimaker:20190606150307j:plain
ちなみにこんな回路図だよ

表面

表面はこんな感じです。あんまり代わり映えはしないですね。

f:id:fumimaker:20190616230919j:plainf:id:fumimaker:20190616231005j:plainf:id:fumimaker:20190616231048j:plainf:id:fumimaker:20190616231223j:plainf:id:fumimaker:20190616231241j:plainf:id:fumimaker:20190616231323j:plainf:id:fumimaker:20190616231432j:plain
LEDがちょこちょこ増えてる

裏面

もうやるしかない。修行です。半田付けの感性を磨くことは電子工作の高速化につながります.
うおおおおおおおおおお!

f:id:fumimaker:20190616230840j:plainf:id:fumimaker:20190616230934j:plainf:id:fumimaker:20190616230952j:plainf:id:fumimaker:20190616231017j:plainf:id:fumimaker:20190616231059j:plainf:id:fumimaker:20190616231116j:plainf:id:fumimaker:20190616231128j:plainf:id:fumimaker:20190616231144j:plainf:id:fumimaker:20190616231212j:plainf:id:fumimaker:20190616231252j:plainf:id:fumimaker:20190616231311j:plainf:id:fumimaker:20190616231400j:plainf:id:fumimaker:20190616231418j:plainf:id:fumimaker:20190616231450j:plainf:id:fumimaker:20190616231505j:plainf:id:fumimaker:20190616231530j:plain
やるしかない...やるしかない...

TIPS

配線これだけ多いとどこまでやったかわからなくなってしまいますし、ミスも起こります。なのでどこまでやったか一本一本回路図に手書きしていきました。最終的にはこうなりました。やばい。

f:id:fumimaker:20190616231611j:plain
ROMの圧力がすごい

動作確認

こんな感じで完成しました。それではショートチェックとICに電源がきているかIC電源周りの電圧チェックを行いました。

f:id:fumimaker:20190617095115j:plain
それぞれのICソケットに電圧がきてるかチェックします

良さそう。

f:id:fumimaker:20190617095127j:plain
個人的にToshibaのICかっこよくてめっちゃ好きです。(伝われ)
f:id:fumimaker:20190616231625j:plain
ICを載せてみた
それじゃいよいよICを乗せて電源投入です。

動け!!!

f:id:fumimaker:20190617095207j:plain
LED「チカッ」

動いたぁ....なんて言うかもう感無量です。プログラムカウンタがチカチカしてカウントアップされていって....ROMが読まれて...ALUで演算されて...嬉しすぎて涙ぐみました。物作って涙するっていうのも久しぶりです。久しぶりにいいものをつくりました。

f:id:fumimaker:20190617095550j:plain
ROM

というのも、ここまで大掛かりな物を手配線でやったのが初めてでずっと基板に頼りっぱなしにしていたので感動がより大きかったのだと思います。本当に良かった...なんか動きが怪しいんですけど一応プログラムがちゃんと動いているみたいなのでOKとしましょう。

f:id:fumimaker:20190617095744j:plain
動いて良かった
本当に1ヶ月半毎日コツコツとやっていた甲斐がありました。

この基板はUSB給電とDCジャックの電源を2つ繋げることができ、切り替えて使うことができます。もちろんDCジャック系は5Vに安定化して使えるので35Vまで入力することができます。モバイルバッテリーでの駆動を想定していたのでお外でもデモできます!やった!

f:id:fumimaker:20190617095810j:plain
USB給電可能

また、クロックを手動・1秒固定・可変クロックの3種類から切り替えて使うことができ1ステップの動作の観察からLEDが見えないくらいの速度まで動かせます。

f:id:fumimaker:20190617095757j:plain
可変クロックがめっちゃ楽しい
実際の動作の様子です。

ところで東芝のICめっちゃ好きなんですけど誰かわかってください。

f:id:fumimaker:20190617095537j:plain
suki
f:id:fumimaker:20190617095848j:plain
好き

そんな感じでCPUの創りかた:今更CPUをつくるシリーズを完結します。お付き合いいただきありがとうございました。また何か作りますね。あとはケースとかとアクリルとかで作りましょうかね。剥き出しは怖い。もしよければCPUをつくる(2)もご覧ください。

fumimaker.hatenablog.com

今回はそんな感じです。

電子工作でコネクタを作る! おすすめの圧着工具

圧着端子について

今回は電子工作工具第二回です.電子工作でよく使う圧着端子について書きます.
ある程度電子工作をやっているとコネクタを作りたいという気持ちが出てくると思います。コネクタを使えるようになると工作の幅がグッと広がります。コネクタ付きケーブルは秋月や千石でも売っていますが、もっとたくさんのピンがあるものがほしい、この大きさのコネクタがほしいという要望がでてきます、そういった際はコネクタを自作することになります。

http://akizukidenshi.com/img/goods/1/C-05682.JPG

いざコネクタと作ろうとするとどの工具がどのピンに適合するのかよくわかりません。対応していると謳っている工具も本当に使えるのか?微妙なところはあります。
この記事では実際にいくつかの工具を試しながらおすすめの圧着工具を紹介します。

前回の記事では電子工作で頻繁に使う工具のおすすめを書いたので良ければ御覧ください.

fumimaker.hatenablog.com

前回の「私が推す電子工作の工具」ではたくさんの反響いただきありがとうございました。朝起きたらとんでもないことになっててびっくりしました。同時にはてなブックマークというものを知りました。あんな機能あったんですね。備忘録がわりのこんなブログが少しでも皆さんのお役に立ったのであれば幸いです。

これまで殺めてきたコネクタピンの数を覚えているか

数えきれないほどやってきました。手を真っ赤にしながらいびつに歪んだコネクタを大量に作ってきました。接触不良も大量に作ってきました。もういい加減なんとかしたい。安く精度良く圧着したい。その思いでいろいろ圧着工具を試しました。 とはいってもまだ3種だけなんですけどね。工具が一個5000円1万円とかザラなのであんまりいっぱい試せないのが現状です。

コネクタ自作をしよう!

メリット

  • コネクタがあれば自由に配線を抜き差しすることができるようになるのでパーツが故障してもはんだ付けなしで交換できるようになります。結構便利。
  • 複数の基板やセンサーをつなぐことができる。
  • 自由に線の数やコネクタの種類を決めることができるので工作の自由度が広がる。

デメリット

  • しっかり圧着してコネクタを作らないと接触不良になることがあります。
  • 金属を噛ませている以上、半田付けよりも接触抵抗が高くなるので電流を流しすぎるとコネクタが溶けます。

ちゃんと使えばめっちゃ便利なコネクタですが、適合しない工具で圧着をすると失敗しがちです。コネクタそれぞれに純正の工具を売っていますが値段が4万円~10万円と非常に高額で手が届きません。純正なんでこんなに高いねん。

電子工作でよく使うコネクタ

電子工作でよく使われるコネクタをあげます。

JST XHコネクタ

小型ながら3Aまで行ける結構強いコネクタ。2.5mmピッチでユニバーサル基板にそのまま刺さるので普段の電子工作では全部これを使っています。方向性があり間違えて逆に刺すこともないです。2ピンから20ピン(使ったことないけど)まであるのでなんでも行けそう。結構ガチっとハマるので抜けることもあんまりなさそう。22AWG~28AWGまで適合します。

https://assets.misumi-ec.com/is/image/misumiPrd/110500042320_001?$product_main$

http://akizukidenshi.com/img/goods/C/C-12257.jpg

f:id:fumimaker:20190610234813j:plainf:id:fumimaker:20190610234822j:plain
ベースポストもあるよ

また、ベースポストがあるので差し込む向きが一目瞭然です。

2550(QI)(デュポン)コネクタ

これ結局なんて名前なんですかね。私が知ってる中では2550、QI、デュポンの3種類の呼び方を知っています。信号伝達ピンなんて呼ばれ方をすることもある。そしてどこの会社の規格なのかも不明な規格です。JSTではREコネクタっていうのが似てるけどどうなんだろう。誰か教えてください。
それにもかかわらずほとんどのPC内部や電化製品などに汎用的に使われるコネクタです。出番は意外に多い。なんかのモジュールとか怪しいキットとかはだいたいこれ使ってる。2.54mmのピンヘッダにそのまま刺さるから使い所が多いのかもしれない。

f:id:fumimaker:20190610234743j:plain
よく見るやつですね

f:id:fumimaker:20190610234833j:plain
ジャンパやピンヘッダなどなんでも刺さります

http://livedoor.blogimg.jp/digit4555/imgs/d/2/d271a1c3.jpg

圧着の順番

以下の順番でコネクタを作っていきます。

f:id:fumimaker:20190610234642j:plain
ケーブル・ピン・コネクタハウジング

f:id:fumimaker:20190610234702j:plain
ケーブルとピンを圧着します

f:id:fumimaker:20190610234724j:plain
圧着できました

f:id:fumimaker:20190610234733j:plain
ハウジングに刺します

f:id:fumimaker:20190610234743j:plain
完成です!

簡単ですね! 圧着の部分が重要でしっかりと圧着できていなかったりずれていたりすると接触不良になり電流が流れなかったり、線が切れてしまうこともあります。ここで工具の良し悪しが重要になってくるわけです。

圧着工具

それでは使ってみて良かった工具を紹介します。圧着工具で調べると家の配線をやるような強電のものが多く出てきます。この記事では電子工作でよく使うさいサイズのものを紹介します。

Engineer PAシリーズ

みんな使ってる汎用圧着工具

f:id:fumimaker:20190615175835j:plain
PA21
言わずとしれた電子工作に適合する圧着工具です。私はPA-21を持っています。ダイスの大きさがちょうどXHや2550と合うので汎用的に活躍できる工具です。電子工作用の圧着工具をAmazonで調べるとだいたいこれが出てきますね。様々なWebページでもほとんどこれが紹介されています。

エンジニア 精密圧着ペンチ PA-21

エンジニア 精密圧着ペンチ PA-21

しかし....?

いろいろ使えてめっちゃいいじゃん!って思うじゃん?でも「いろいろ使える」ってことはそのコネクタ専用工具ってことじゃないです。カシメ工具は非常に精度よく作られており、0.01mmのズレでも使用感に違和感が出てくるレベルです。(実際に錆びたりすると失敗しやすくなることもある)このため汎用品はぴったり適合せずにコネクタをきっちり圧着することができない場合があります。

PA-21は確かにXHや2550を圧着することができますが、被覆をむいた部分と被覆部分の2段階に分けて圧着する必要があり一つのピンをやるのに2倍の手間がかかります。また、それだけ失敗のリスクも高いのでおすすめできません。

実際に圧着

実際に圧着してみましょう。
PA21は導線部の圧着、被覆部の圧着2段階に分けて圧着する必要があります。

導線部の圧着

f:id:fumimaker:20190615175854j:plainf:id:fumimaker:20190615175844j:plain
導線部の圧着
圧着してみるとこのように反ってしまいます。反りをペンチなどで無理やり戻して導線部の圧着も行います。
f:id:fumimaker:20190615175941j:plain
これ反るの私だけですかね...
f:id:fumimaker:20190615175903j:plain
導線部圧着するとこういう感じ

被覆部の圧着

次は被覆部の圧着です。

f:id:fumimaker:20190615175912j:plain
被覆部の圧着
f:id:fumimaker:20190615175951j:plain
圧着後

完成です。完成しても今度は工具からピンが抜けない。ラジオペンチなど使って工具にハマってしまったピンを取り出す始末です。

f:id:fumimaker:20190615175932j:plain
しょっちゅうはまって抜けなくなるんだよな...

あと個人的に辛いのがめちゃくちゃ力が必要な点です。こんなちっちゃいピンですが、かなりの力で圧着しないと接触不良になってしまいます。
純正の工具は力がいらないように大きいハンドルでてこを使ってカシメられるようになっているほか、ラチェットがついており途中までかしめて手を離しても戻りません。休憩だってできちゃいます。カチカチカチ…と締めて最後にカチンと手応えがあり、ラチェットが外れる場所まで締め切れば自然と適正な力でカシメられるようになっています。
しかしながら、PA21にはこれがないんです。(値段は10分の1だし仕方ないんだけどね。)体が浮くほど体重をかけ、手を真っ赤にしながら6ピンコネクタだったら頑張って12回かしめるわけです。

あとなんかずれてね...?

f:id:fumimaker:20190615180201j:plain
ずれてね...?

XHコネクタ

このままではPA21がかわいそうなのでXHコネクタもやってみましょう。

f:id:fumimaker:20190615180058j:plainf:id:fumimaker:20190615180108j:plain
XH

f:id:fumimaker:20190615180119j:plain
結構綺麗にできた

f:id:fumimaker:20190615180128j:plain
は?

f:id:fumimaker:20190615180222j:plain
綺麗にできました

f:id:fumimaker:20190615180233j:plain
良さそう

XHコネクタであれば比較的失敗しにくい印象ありますね。2550は...きっと対応してないんだようん。

こんな人におすすめ

  • 初めて圧着したい人
  • とりあえずコネクタ作ってみたい
  • 安く収めたい

カシメ工具では非常に安い部類でここまで汎用的に使えるものはなかなかないので初めてコネクタを創る人にはおすすめできます。私も初めてはこれでした。
私は圧着工具を使う頻度が増えてきてどんどん辛くなったのでいい感じの工具を探すたびに出ました。

IWISS SN-2549

安くて高機能

最近Amazonで見つけた圧着工具です。IWISSってメーカー初めて聞いたんですが有名なメーカー何でしょうかね?Amazonの商品紹介ページ見た感じ日本語しっかりしてるし写真もおかしくないので中華系の怪しい感じじゃなさそうです。

f:id:fumimaker:20190609074349j:plain
IWISS SN-25449

これのすごいところ

  • ラチェット機構搭載
    • これすごくないですか?一級品にしかついてない機能がついてますよ!
    • 途中までかしめてピンを保持する使い方ができるので非常に便利です。
  • 一応XHや2550に対応と謳っているほか、複数型のバレルがあるのでJST PHやNHも行けるらしい。
  • 価格が2500円の破格。
  • 一回で導線部も被覆部も圧着できる

f:id:fumimaker:20190609074401j:plain
ラチェットとはこういう機構です
ラチェット付いてるのすごくない?めっちゃ便利だった。これ試すために買ったまである。そして2000円という破格ね。安すぎない? そんでもってこれ被覆部も導線部も圧着できる。すごい。

実際に圧着

実際に圧着してみます。

f:id:fumimaker:20190615181550j:plain
2550やってみます
一回できれいに圧着できました。やっぱりラチェットあるの全然違いますね。ピンを保持しといて差し込んで締めるっていう使い方ができます。便利だ。
f:id:fumimaker:20190615181600j:plain
分厚い
ハンドルがPA21よりもでかいので力もそこまでいらずに最後までカシメられる。カシメトルクも適正にできるのでとても重宝する。
そして本当に被覆部も導線部も同時に圧着できた。すごい。アマチュアユースなら全部これでいいんじゃないでしょうか。
f:id:fumimaker:20190615181621j:plainf:id:fumimaker:20190615181632j:plain
完成。とてもきれいにできた 
私の圧着のやり方として工具にピンが落ちないようにちょっと挟んだ状態で線を差し込み、導線部分がピンの圧着部分にうまいこと来るように微調整してガチっと締めます。この工具ではそれができませんでした。
ただし同時に圧着できるってことはそれだけダイスが分厚いってことです。要はダイスが厚すぎてピンと導線部の圧着部が見えません。目視で確認しながら圧着することが困難です。これは辛い。うーん悲しい。物はいいんだけどなぁ〜つらいなぁ。
f:id:fumimaker:20190615181611j:plain
どのくらい線が差し込まれてるか見えない
でも当分はこれで困らなそう。やったぜ。
f:id:fumimaker:20190615181709j:plainf:id:fumimaker:20190615181721j:plainf:id:fumimaker:20190615181731j:plain
完璧です。

こんな人におすすめ

  • 現在PA21を使っていてステップアップしたい人
  • 手が痛くて辛い人

2500円ならはじめての人も全員これでもいいんじゃね?とも思います。

f:id:fumimaker:20190609074413j:plain
複数のダイスがあるので汎用的に使えます(2550,XH確認済み)

MISUMIオリジナル MILコネクタ圧着工具

https://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/110400417250/
実質純正

f:id:fumimaker:20190609074203j:plain
ハンドル長めでテコが働くためとても軽い力で締まる
お仕事で物作ってたときに使わせてもらった、びっくりするくらい良かった工具です。なんでこれを買わなかったんだろうって後悔したくらい良い工具です。なんならすべての人にこれをおすすめしたい。いままでの苦労は何だったんだってくらい精度良くかつ素早く圧着できます。
でもMISUMIなんですよねこれ...MISUMIは個人相手には何も売ってくれないので現状これを購入できません。会社や法人などは行けるみたいなので、もし会社で圧着に困っていたらこれを買うと良いと思います。
自分のいる研究室で買ってもらったんですが、やっぱり最高ですね。純正並みです。ラチェット搭載してるし、一回で圧着できるし、大きいハンドルで軽い力で圧着できるし、比較的平行にバレルが締まるのできれいに圧着できます。普通はハサミみたいに弧を描くように締まるのですがこの工具は平行に締まる機構になっています。(これ大事)

これにすごいところ

  • 平行にバレルが締まる
  • 一回で導線部も被覆部も圧着できる
  • 軽い力で締まる
  • ラチェット搭載

実際に圧着

f:id:fumimaker:20190610234847j:plain
完璧です
試しにXHと2550のケーブルを作ってみました。言うことはありません。完璧です。軽い力で素早く精度良く一回で圧着できます。本当にありがとうございました。

XH

f:id:fumimaker:20190610234752j:plainf:id:fumimaker:20190610234803j:plainf:id:fumimaker:20190610234813j:plain
一発できれいにいけます。

2550

f:id:fumimaker:20190610234652j:plainf:id:fumimaker:20190610234714j:plainf:id:fumimaker:20190610234724j:plainf:id:fumimaker:20190610234733j:plainf:id:fumimaker:20190610234743j:plain
今までの苦労は何だったんだ...

こんな人におすすめ

  • MISUMIで買えるすべての人

ただね、ちょっと値段が高いっていうのが痛いとこですね。1万5000円くらいします。でも頻繁に圧着するのであればこの勝ちがあると思います。(私はあんまり圧着しないけどほしい)
また、この工具は汎用品ではないので他のコネクタに流用することができません。コネクタごとの専用工具となってます。
それでも数万円する純正を買うことを考えるとかなり安いんじゃないでしょうか?
XHコネクタ用やPHコネクタ用など有名な規格であれば売っています。

f:id:fumimaker:20190609074328j:plain
XH用とMILコネクタ用(2550)

XHコネクタ純正工具

https://assets.misumi-ec.com/is/image/misumiPrd/110400201560_001?$product_main$

妥協しないすべての人に


はい、説明不要ですね。本物純正のカシメ工具です。
使ったことありますが、この品質は確かです。壊れる気配がありません。
やっぱり高いです。XHコネクタのもので5万5000円です。うわー!!

こんな人におすすめ

  • 妥協しない人へ。

高校生の頃、学校に純正があったので使っていましたが本当に使いやすいです。ミスも不良も全然ないです。プロユースであればやはり純正一択でしょうね。

以上になります。自分の主観が入りまくってるのであれですが、少しでも参考になれば幸いです。

今回はそんな感じです。

ArduinoでコンデンサマイクC9767を使うための回路

先日、友達にArduinoコンデンサマイクをつないで使いたいと相談されました。マイクのような微小信号の増幅には一般的にオペアンプが使われます。
実は私オペアンプ恐怖症でオペアンプを見るだけで拒絶反応が出ます。というのも高校の頃公式をめちゃくちゃ覚えさせられて嫌いになっただけなんですけどね。オペアンプ自体が便利っていうのはよくわかりますし、授業の実習でつかったこともあります。しかしながら、自主的に使ったことがありませんでした。

マイク信号の増幅にはトランジスタでも行けそうですが、ここは一つオペアンプを使ってやろうと立ち上がったのが本件のきっかけです。

f:id:fumimaker:20190610223907j:plain
完成した試作回路

要件

どうやら秋月のコンデンサマイクArduinoに接続し、パソコンに取り入れたいらしいです。 マイクの微小信号を増幅するために今回はオペアンプを使います。

回路

増幅の前にマイク単体で動くかを確認しましょう。マイクをオシロスコープにつなぎます。(1Kの負荷抵抗が必要です。)
写真を取り忘れましたが動きを確認できました。手をたたくと波形が触れます。しかし、5mV=0.005Vほどしかありません。しかしながらArduinoは5Vで動作します。ADCの精度は10Bitなので5V/1024でだいたい5mVの分解能を持ちます。このままでは生のマイク信号を扱うことができそうにありません。増幅して5mVを5Vにしましょう!(この増幅度を設計するのがけっこう大変なんですけどね)

とはいってもアペアンプの使い方がわかりません。公式?覚えてないです...
巨人の肩に立つ、ということで先人の研究をみます。

こんな回路なんですね。

f:id:fumimaker:20190610223909j:plain
見間違えているのかと思い回路を書き起こしました

実験に使ったもの

パーツ名 型番 参考URL
汎用オペアンプ 2904D http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-01810/
コンデンサマイク C9767 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-01810/
抵抗 10K 適宜
抵抗 100K 適宜
抵抗 3.3K 適宜
抵抗 1K 適宜
積層セラミックコンデンサ 0.1uF 適宜
積層セラミックコンデンサ 4.7uF 適宜

組んでみる

動きません。

何回組んでも何回やっても動きません。配線ミス?断線?パーツが壊れた?電源がおかしい?いろんな可能性を探りましたがダメそうです。ひとまずこの方の回路はおいておいて他の回路を見てみます。

http://elec.edu.ibaraki.ac.jp/clap/lmc662.png

ここにコンデンサマイクを使ったオペアンプの使用例がありました。手元にはLMC662がありませんでしたが、他のでも多分行けるはずなので手持ちの汎用オペアンプの2904Dを使用しました。また、先程の回路では利得が10倍、100倍となっていましたがそんなにいらないので抵抗値を調整した単段100倍としました。さらにマイクよりのカップリングコンデンサの追加などいくつかの微細な修正をしました。 取り急ぎ手書きの回路図です。汚くてすみません。

f:id:fumimaker:20190610223920j:plain
これで作りました。

結果

動きました。良かったです。前の回路は見た感じ間違っていなかったので何がいけなかったのかよくわかりませんがひとまず動いてよかったです。
もっとアナログ回路勉強してデジタルに頼らないようにしたいですね...

f:id:fumimaker:20190610233314j:plain
拍手に反応している様子

この回路を使えばArduinoでADCしてパソコンへシリアル通信でデータを送信し、ProcessingとかUnityとかで現実世界の音を使った作品を作れそうですね。面白そうなので誰か作ってみてください。

今回は短いですがそんな感じです。

いまさらCPUを創る( 2 ):回路をつくる

前回記事「私が推す電子工作の工具」ではたくさんの反響いただきありがとうございました。 朝起きたらとんでもないことになっててびっくりしました。同時にはてなブックマークというものを知りました。あんな機能あったんですね。約800ブックマークってすごいですね...いろいろブックマークでコメントされてて参考になりました。
備忘録がわりのこんなブログが少しでも皆さんのお役に立ったのであれば幸いです。

週一回くらいのペースで更新できればいいなと思います。
fumimaker.hatenablog.com


CPUを創る

f:id:fumimaker:20190606151959j:plain
CPU作ってるよ!

2週間前くらいから今更CPUを作ると題しまして4BitCPUを製作しています。前回の記事では4BitCPUの設計とパーツ決めました。次はいよいよ製作です。
よろしければ前回の今さらCPUをつくる(1)を御覧ください。
fumimaker.hatenablog.com

CPU回路

CPUの回路を起こしました。回路はEagleでおこしました。
起こしたって言っても、CPUの創りかたを参考に今あるパーツで再構成しただけなんですけどね。
回路図に起こしたことで組み立てやすくなりました。やったね。これをもとに作っていきます。

f:id:fumimaker:20190606150307j:plain
回路図
自分だけわかればいいやって結構適当に書いてしまったのでどこか間違ってるところがあるかもしれません。ご了承ください。

それぞれの回路の意味については前回の記事で紹介しているほか、LTで喋ったスライドでまとめてあるのでそちらを参照ください。

CPUの製作

さて,今回からようやくCPUを作っていきます。と言っても実際には前回のパーツリストをあげてからすぐに秋葉原に行ってパーツ買って、実装はじめたんですけどね。
やってみると意外に配線の数と実装の数が多く時間がかかりそうで、完成しました!っていう記事がかけるのがいつになりそうかわからないのでとりあえず進捗を報告します。

パーツ買い出し

パーツが確定してから早速パーツを購入しました。今回ではできるだけ2019年現在でも購入できるパーツで構成したつもりですが、全加算器の74HC283などは秋月電子千石電商で入手困難でインターネット通販にたよることになりました。

実は本にあったようなパーツは通販の樫木株式会社で購入しました。こちらの会社、なんでもIC売ってる...すごい。せっかくなのでいっぱいIC買っときました。しかもメール便で送ってくれて送料も200円くらい。ありがとうございます。みんなも使おう!

パーツ名 必要回路数 URL
74HC74 2 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-10879/
74HC161 4 https://www.kashinoki.shop/?pid=122479142
74HC153 2 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-10924/
74HC32 4 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-12877/
74HC00 3 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-10856/
74HC14 6 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-10923/
74HC283 1 https://www.kashinoki.shop/?pid=122479187
74HC04 9 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-14058/
74HC138 2 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-10013/

ほとんど秋月電子で入手できますが、一部ないものについては樫木株式会社で購入しました。

また、その他のパーツは以下のとおりです。

パーツ名 個数 入手先URL
セラコン0.1u 13 あり
電解コンデンサ16V100u 1 あり
電解コンデンサ16V10u 2
無極性電解コンデンサ10u 1 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-04624/
トグルスイッチ 3 あり
プッシュスイッチ 2 あり
DIPスイッチ 8bit 16
1N4148 128 あり
R10k http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-11910/
R10k集合抵抗 1
R100k あり
R1k あり
R100 あり
33K あり
33KVR(可変用) 4
LED 適宜
2KVR(微調整用) 1
電源用MicroUSBモジュール 1
かっこいいつまみ 1
各種ピンソケット 適宜
基板 適宜 好きなもの

備考

  • 無極性電解コンデンサはオーディオ用のコンデンサーを使用しました。多分安いやつでもいいんだろうけど秋月で買いたかったのでこれにしました。
  • かっこいいツマミ
    • かっこいいのが大事
  • 抵抗類、コンデンサ類は手持ちがあるので購入していません。必要な場合は適宜購入してください。

さて、これらを秋月電子、樫木株式会社から通販で購入しました。インターネット通販の良いところはじっくり選べることですよね。現地に行くのも良い。
届きました。さあ、実装していきましょう。

CPUの実装

基板

今回は(たぶん)A基板という規格で作っていきます。結構でかいですね。ガラエポ片面メッキのユニバーサル基板です。よく使うB基板の2倍のサイズです。これだけあれば流石に実装場所足りそう。

配線線材

配線の線材はスズメッキ線0.5mmとUEW0.28mm(ポリウレタン導線)を用いて行います。

f:id:fumimaker:20190606154139j:plainf:id:fumimaker:20190606154143j:plain
UEWはいいぞ
さあ実装実装〜.........は? DIPSW足りんのやけど?????

DIPSW何故か10個しか買ってなかった...どうして...どうして...
ということで秋葉原に急行しました。

f:id:fumimaker:20190606153743j:plain
来るたびに広告が変わってて楽しいよね

部品が整ったところで実装を続けていきます。ここからが本番ですよ。

実装

一つ配線するごとに紙の配線図に線を引いていきます。特に今回は非常に配線の数が多いので一つやることにメモをしないとどこまでやったかわからなくなってしまいます。

f:id:fumimaker:20190606154817j:plain
回路図

配線の方針として、電源の引き回しはスズメッキ線で信号はUEWで配線をすることにしました。UEWは細くて取り回しがしやすいので自由度の高い配線をすることができます。めっちゃ便利。

UEW

UEWはスズメッキ線と違い被覆があるので、配線しようと思えば最短距離で配線することも可能です。しかし、間違っていた際や修理する際に大変なことになってしまうので、重ねて配線をする際にはこのようにまとめて配線したほうがきれいに見えます。できるだけ直角に、もしくは45度にしています。
バラバラしてしまう場合はカプトンテープで止めると良いです。

f:id:fumimaker:20190606154330j:plain
まとめて配線したほうがかっこいい

スズメッキ線

こんな感じでICの電源周りなどを引き回しています。スズメッキ線は直線のみで構成します。

f:id:fumimaker:20190606155626j:plain
スズメッキ線は直線

スイッチ

スイッチはサイドにすべて出すことにしました 。天板はアクリルとかで塞ごうかな。
また、電源はUSB給電とACアダプタなどのDCジャック経由給電の2パターンを選ぶことができます。これはこだわりたかった。

f:id:fumimaker:20190606155832j:plainf:id:fumimaker:20190606155855j:plain
ズラッと並ぶ

ダイオード

この回路、ROMがマトリクスになってるのでダイオードを大量に載せなければいけません。本当は1N4148を載せようと考えていましたが、配置場所が少なく実装できそうにありませんでした。

f:id:fumimaker:20190606160202j:plain
大量のダイオード
他の方はダイオードを立てに実装することでクリアしていましたが、私は縦実装下手くそでくっそ汚くなる未来しか見えなかったので避けたい。
じゃあどうするのか。そうです。SOPのダイオードです。表面実装ならいけそう。ということで、買ってきました。

f:id:fumimaker:20190606160443j:plain
SOPダイオード128個...
実装するとこうなります。汚すぎて絶望。これは仕方ありませんでした。

表面実装ダイオード

大きさ比較

本来使おうと思ってたものと比較するとこんな感じ。ぜんぜん違う。

ダイオード大きさ比較

現状

そんなこんなで現状です。

汚い?ごめんなさい。これでも頑張ったつもりです。
ていうかハンダ盛りすぎ感すごい。スマートに実装できる人たちをいつも尊敬してます。

f:id:fumimaker:20190606163009j:plain
進捗は40%くらい?

今後はこれを頑張ってさらに実装していきます。
ちょこちょこ進捗としてアップしますね。

今回はそんな感じです。

次回:完成編

fumimaker.hatenablog.com