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2014/12/29からのアクセス回数 6694
私が最初にマイコンを見たのが、「秋葉原のBIT-INN」に展示されていたTK-80でした。 *1
この基板の上にテンキーと７セグメントLEDが８個付いたのが、コンピューターかと思われるかも 知れませんが、初期のマイコンはテンキーを使って直接マシン語を打ち込んでプログラムを 入力していました。 *2
2009年６月に学研の「大人の科学Vol.24」 にTK-80を思わせる4-bitマイコンGMC-4が付録に付いてきたので、すぐに購入しました。
そこで、GMC-4用にC言語ライクな簡易言語コンパイラーを作った記事が GMC-4コンパイラー です。
この時は、アセンブラからマシン語に手で変換して、プログラムを組むことが大変だと思って 簡易言語のコンパイラーを１日仕事で作って公開しました。
Arduino勉強会で何を作りたいかと聞かれ、とっさに「GMC-4をArduinoで作ってみたい」と答えた のは、GMC-4を子供たちが作って、キーボードからプログラムを入力したら、マイコンのイメージ が変わるのではないかと思ったからです。
Arduino版GMC-4には、１個の7セグメントLEDと７個のLED、そして20個のタクトスイッチに ２個のトランジスタと１０個の抵抗をユニバーサル基板に載せただけのとても簡単なものです。 後はArduinoのプログラムですべて処理します。
７セグメントの接続が画像と異なりますが、KiCADの練習で回路を書きました。
ついでに、プリント基板のパターンを作りました。
現バージョンのボードの配線は、以下の通りです。
Arduinoのライブラリにkeypadがあり、これはタクトスイッチを以下の様に配線するだけで マトリックスキーボードを作ることができる素晴らしいクラスです。*3
ハードは下手くそでもソフトなら大丈夫ということで、以下のクラスを用意しました。*4
KeyBoard.hでは、Keypadに渡す、キーマップと、入力文字から値を取り出すgetCode、キーが押されているかどうか 調べるisPressedメソッドを用意しました。
７セグメントLEDとLEDアレイは、交互に表示するため、on、offのメソッドと値をセットするdrawメソッド 用意しました。
LEDアレイは、アドレスを表示するために使用するので、setAddressとgetAddressメソッドで値の読み書きをしています。
GMC4をシミュレーションしているのが、GMC4.hに定義されているGMC4クラスです。 この中の、stepメソッドが１命令毎に処理するメソッドです。
GMC4.hの処理を理解するには、FX-マイコン・全マニュアル を参照してください。 *5
メインのスケッチだけ、ソースをそのまま示します。 処理としては、キーボードからの入力に対する処理の切替をしているだけですが、 一つだけオリジナルのGMC4と異なる点があります。
それは、Arduinoのシリアルモニターを使ってGMC4用の機械語をパソコンから入力できることです。 これによってプログラムの確認がとても簡単になりました！
GMC-4_sch.pdf#include <Keypad.h>
#include <SoftwareSerial.h>
#include "GMC4.h"
SoftwareSerial mySerial(0, 11); // RX, TX
LEDArray ledArray;
LED7Seg led7Seg;
KeyBoard keyBoard;
GMC4 gmc4(&keyBoard, &ledArray, &led7Seg);
byte lastCode;
byte addr;
byte mode;
byte key;
void setup() {
mySerial.begin(9600);
lastCode = gmc4.resetAll();
ledArray.setAddress(0);
led7Seg.setValue(0xF);
mode = PROGRAM;
}
void readProgram() {
while(mySerial.available()) {
key = mySerial.read();
if (key >= '0' && key <= '9')
lastCode = key - '0';
else if (key >= 'A' && key <= 'F')
lastCode = key - 'A' + 10;
else if (key == 'T') {
gmc4.longTone();
lastCode = gmc4.reset();
ledArray.setAddress(gmc4.getAddr());
led7Seg.setValue(lastCode);
mode = PROGRAM;
}
lastCode = gmc4.incr(lastCode);
ledArray.setAddress(gmc4.getAddr());
led7Seg.setValue(lastCode);
}
}
void loop() {
if (mode == PROGRAM || mode == STEP_LedOffBeepOff || mode == STEP_LedOnBeepOn) {
if (mySerial.available())
readProgram();
else
key = gmc4.getKey();
if (key != NO_KEY) {
if ((key >= '0' && key <= '9') || (key >= 'A' && key <= 'F')) {
addr = (lastCode > 0) ? lastCode << 4 : 0;
lastCode = gmc4.getCode();
addr += lastCode;
led7Seg.setValue(lastCode);
}
else {
switch (key) {
case 'S': // A SET
lastCode = gmc4.addrSet(addr);
ledArray.setAddress(gmc4.getAddr());
led7Seg.setValue(lastCode);
break;
case 'I': // INCR
if(mode == PROGRAM) {
lastCode = gmc4.incr(lastCode);
ledArray.setAddress(gmc4.getAddr());
led7Seg.setValue(lastCode);
}
else if (mode == STEP_LedOffBeepOff || mode == STEP_LedOnBeepOn) {
mode = gmc4.step();
if (mode == STEP_LedOnBeepOn)
ledArray.setAddress(gmc4.getAddr());
}
break;
case 'R': // RUN
switch (lastCode) {
case 1:
mode = RUN_LedOffBeepOff;
break;
case 2:
mode = RUN_LedOnBeepOff;
break;
case 5:
mode = STEP_LedOffBeepOff;
break;
case 6:
mode = STEP_LedOnBeepOn;
break;
default:
mode = RUN_LedOnBeepOn;
}
gmc4.reset();
ledArray.setAddress(gmc4.getAddr());
gmc4.setMode(mode);
break;
case 'T': // RESET
gmc4.longTone();
lastCode = gmc4.reset();
ledArray.setAddress(gmc4.getAddr());
led7Seg.setValue(lastCode);
mode = PROGRAM;
break;
}
addr = 0;
}
}
}
else {
mode = gmc4.step();
}
gmc4.draw();
}
GMC4のスケッチは、以下のファイルをダウンロードしてください。
GMC4のようなシミュレータをArduinoで作る場合、デバッグがとても大変になります。
GMC4.hのデバッグは、MacOSのEclipseでダミーのKeyBoard, LED7Seg, LEDArrayを用意して 行いました。
参考として以下にソースを置いておきます。
プログラムの動作を確認するため、FX-マイコン・全マニュアルの以下のサンプルで動作を確かめました。
以下に大人の科学のProgram1 １５秒カウンタを動かしたときの画像とFacebookの動画のURLを 示します。
GMC4のプログラムは、以下の通りです。
| アドレス | 命令記号 | 命令コード |
| 01 | TIY | A |
| 01 | 1 | 1 |
| 02 | TIA | 8 |
| 03 | 9 | 9 |
| 04 | CAL | E |
| 05 | TIMR | C |
| 06 | CY | 3 |
| 07 | AO | 1 |
| 08 | CY | 3 |
| 09 | CAL | E |
| 0A | SHTS | 9 |
| 0B | AIY | B |
| 0C | 1 | 1 |
| 0D | JUMP | F |
| 0E | 1 | 1 |
| 0F | 3 | 3 |
| 10 | JUMP | F |
| 11 | 0 | 0 |
| 12 | 2 | 2 |
| 13 | CAL | E |
| 14 | ENDS | 7 |
| 15 | JUMP | F |
| 16 | 1 | 1 |
| 17 | 5 | 5 |
最後に、Resetボタンを押します。
Arduinoのシリアルモニターから入力する場合には、上記の命令コードを並べて入力し、最後にTを付けます。
A189EC313E9B1F13F02E7F15T
実行するには、Runボタンを押します。
URL
lbeDuinoを使った2号機の記事を以下にまとめました。
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