電脳伝説 Vintagechips

マイコン内蔵フルカラーLED、たとえば秋月で売ってるPL9823-F5、どうせすぐ廃番になるイロモノだろうと思って無視していたら意外な人気。動かすのが凄く難しいのだが、あちこちで「オレは動かした」みたいな話が盛り上がっている。案外それが人気の秘密か。

こういう話には乗るタチなので只今研究中のLPC810で参戦。とりあえず秋月のホームページで信号のタイミングを調べたらPL9823-F5のデータシートと内蔵ICのWS2811のデータシートでぜんぜん違う。取っ掛かりから難問。いちかばちかWS2811のデータシートにあわせる。それにしてもタイミングが厳しすぎ。たとえば0を表す信号はパルス幅0.25μ秒、LPC810を24MHzで動かして6クロックしかなく、タイマにしろPWMにしろ割り込みは割り込むだけで精一杯。こんなのが本当に動くのかと思い念のためArduinoとAdafruitのライブラリで試したら、あらら動いたよ。

32ビットのLPC810で思い悩んでいるものを8ビットのArduinoが動かしたことは凄いショック。敗北感を抱きながらスケッチを覗き見たら肝腎なところがアセンブリ言語で書いてある。ああそういうことね。で、生まれて初めてCortex-m0+のアセンブリ言語を書く。できあがったのがこちら。C言語から使うときはws2811Write(const uint8_t *data, uint8_t count)と書くことになる。前後に50μ秒以上の0(リセット)が必要。実行中に割り込みが掛かってはいけない。そういう配慮はC言語のほうでやる。これで動いた様子を下に示す。

プログラムを全部C言語で書くとCortex-m0+もPICもArduinoもだいたい同じ。だからといって、Cortex-m0+を味わうためにアセンブリ言語が面白いとまでいう力量はない。たまにしかたなくアセンブリ言語が必要、くらいの感じがちょうどいい。

PL9823-F5のデータシートの回路例は1本ずつ抵抗をつないでいるが、これは普通のLEDの電流調整用の抵抗ではなく、電源のダンピング抵抗。電流調整用の抵抗だったら必須だが、ダンピング抵抗ならなくても大丈夫だろう。ついでに電源のパスコンと信号のダンピング抵抗も省略し、ただ4本をつないだだけ。プログラムがとびきり難しくても組み立てはとびきり簡単。

LPC810のROM APIのI2Cのスレーブを割り込みで動かす方法を理解した。とはいえ今日は理解していても明日になったら忘るかもしれないので、ソースを切り分け、ライブラリ風にまとめた。以前、LPCOpen2.01のサンプルを編集した「何はともあれ動くプログラム」を公開したが(LPC810のROM APIのI2C参照)、これはサンプルのバグがそのまま残っていて、動いたことがむしろ不思議なシロモノだった。それをダウンロードした人がソースを解析してもどうして動くのかぜんぜんわからないと思う。ほうっておいたら申し訳ないので、あらためてちゃんとしたやつを公開する。

下のアーカイブにはLPCXpresso IDEのプロジェクトがふたつ含まれる。ひとつはlpcopen_2_01_lpcxpresso_lpc812max.zipの中のライブラリlpc_chip_8xx_libのバグを修正したもの、もうひとつはLPC810を周波数カウンタとして動かすfrq810。そのfrq810のほうにROM APIのI2Cのスレーブを割り込みで動かすソースi2cs.cとヘッダi2cs.hがある。関数の仕様はi2cs.hにコメントで書いてある。使い方の具体例は周波数カウンタの本体frq810.cをご覧いただきたい。

frq810は4バイトを読み出すと32ビット長の周波数が得られる。1バイトを書き込むとサンプリング期間を変更できる。サンプリング期間にあわせてLEDが点滅する。もしI2Cでエラーが発生するとブザーが鳴る。その他の細かいことはソースで理解してもらいたい。動作確認した様子を下に示す(ちゃんと動いた証明にはならないだろうけど)。Arduinoでサンプリング期間を変えながら周波数を読み出している。周波数はもうひとつのLPC810が生成。これでARMのデュアルコアである。

現在、PICやArduinoで成功したことを順次LPC810でもやってみているところ。LPC810ならではの働きが実現するのはもう少し先になりそう。

LPCOpen2.01でまたもやバグを発見(すでに発見したバクについては過去の投稿を探してください)。lpc_chip_8xx_libのacmp_8xx.cのChip_ACMP_SetupVoltLadderで、引数に記述したボルテージラダーの値が正しく設定されない。当面、(ボルテージラダーの値 << 1)と指定すれば正しく設定されるが、バグが修正されたとき誤動作を招くので、バグが修正されるまでこの関数を使わず、レジスタを直接操作するのが無難。

LPC810のボルテージラダーの動かしかたが判明した結果、NXPのAN11329に説明されている、コンパレータとタイマを使ったシグマデルタADコンバータが完成。これにI2Cスレーブのソースを埋め込んで1チャンネルADコンバータICのようにまとめた。動作確認した様子を下に示す。LCDが乗った基板はただひたすらADコンバータの値を読んで表示するだけの装置。その手前にある基板がADコンバータの評価装置。電圧入力ピンをプルアップ抵抗に当てているからLCDが約3.3Vを表示している。

LPC810が本物のADコンバータを備えていればこんな面倒くさいことをしなくていい。しかし、これはこれでメリットもある。このADコンバータはフルスケール3.3VでAD変換値が3300になるよう設定してあり、直読でmV単位の電圧が得られる。こんなこと、既製のADコンバータにはできないでしょ。基本的にはAN11329のパクリだけれど、ソースはほぼ書き下ろし、それやこれやの現実的な機能を盛り込んだ。回路図とソースは清書してから公開するつもりだが、LPC810についてはほかにやりたいことがいっぱいあり、しばらく清書するヒマがないと思う。