【AVR】I2C Interface

ITT Mackay MarineのType 3020A受信機である。

　JO1LZX 河内さん宅よりQSYして来た。十分なご研究も済んだようで放出されたものである。　その特徴は河内さんのご解説で詳しいので、改めて行なうつもりは無い。　拙宅ではその使い勝手の改良を検討するつもりでいる。

　写真のように、受信周波数の設定はサム・ホイール・スイッチで行なっている。このような形式は局発をシンセサイザ化した初期の受信機に多い。ある時期の国産プロ用受信機でも見かけるのであるが扱い難いので人気はいま一つのようだ。

　BCLのように決まった周波数にセットしてISが流れてくるのを待つ聞き方なら良いのかも知れない。しかし、HAM Bandや海外放送バンドを隅からずっとスイープするようなワッチには向かないのである。これは使ってみればすぐにわかる。

　ITT 3020Aは商用受信機であるから性能機能共に良く出来ている。Collinsが軍用的なのに対して、JRC製受信機のように船舶用のイメージだろう。現在でも十分な性能を持つから、その操作性を我々向きに改善すれば十分実用的になる筈だ。

写真はPCA9555Nである。

　そう言われても馴染みはないと思う。これは、I2C（アイ・スクゥェアド・シー）と言うシリアル・インターフェース機能を持ったマイコン周辺用ICである。8ビット単位のI/Oポート（パラレルポート：入出力端子）を二組持つている。　写真ではテストのために16個のLEDが並べてある。（PhilipsのI2Cマニュアル：ここ・・pdfファイル4.1MB英文）

　上の受信機を調べた結果、周波数は各桁4BitのBCDコード（2進化10進コード）でセットするようになっていた。（ただしLow activeの負論理）信号はTTLレベルである。従ってロータリ・エンコーダの回転で同じように4Bitずつ数字セットされるようインターフェースしてやればよい。PCA9555Nの出力をサム・ホイール・スイッチの所へ持って行く。

　現在のデバイスで製作すればスイッチ部分を除去して受信機本体に組込むのも可能そうだ。　しかしなるべく受信機本体はそのままにしたいと思う。　従って外付けコントローラでやるのが良さそうだ。　ダイヤルツマミの付いたロータリ・エンコーダと数字表機器を外付けコントローラに設けておけば良いだろう。+5V電源は本体から貰えそうだ。

I2Cは簡単インターフェース

　I2CインターフェースはPhilips社が提唱した規格である。電源とGNDを合わせてもたったの4線でデータの送受信ができる。これでコントローラと受信機の間の配線が簡単になる。　I2Cはあまり高速とは言えないが、プロトコルは単純だからUSB機器のように周辺側がインテリジェンシーを持つ必要はない。　マイコン側は事前に決められたアドレスに対してデータを送受すれば良い。（参考：I2Cに関するマイコミジャーナルの解説記事・・ここ）

　特にBASCOM-AVRには専用コマンドが用意されており基本的な扱いさえわかれば使うことができる。　基本的なことだが上記のパラレル・インターフェース：PCA9555Nで写真のLEDをオンオフする操作は旨く行っている。

　以下プログラムについてだが、全部を書くとBlogには冗長に過ぎるので重要そうな部分を「つまみ食い」しておく。なおプログラミング言語はBASCOM-AVRである。

　最初はI2Cのコンフィギュレーション（=設定）から行なう。　I2Cはデータラインとクロックラインで構成されいるが、SDAがデータのポート、SCLがシリアルクロックのポート指定である。この例ではポートCのピン0と1を使っている。またI2cdelay=10と言うのがデータ転送レートを決めている。10でだいたい100kBPS程度となる。

Config Sda = Portc.0
Config Scl = Portc.1
Config I2cdelay = 10
'I2C Clock Rate = 100kBPS

　また、PCA9555N自体の初期化部分はこんな感じになる。さっそくI2C経由で周辺のチップを制御するわけだ。まず、I2cstartで通信を開始し、データを送り終えたらI2cstopで終了する。中身のI2cwbyteと言うコマンドが実際にデータを送っている部分だ。

I2cstart
　　I2cwbyte Pca9555write
　　I2cwbyte Confreg0
　　I2cwbyte &H00
　　'Port O0,0 to O0,7 all output
I2cstop

　これでPCA9555Nのセッティングが終わったのでポートに出力すべきデータを送ることになる。この部分は以下のようになる。同じようにI2cstartで通信を開始し、データを送り終えたらI2cstopで終了する。I2cwbyte Outreg0で出力レジスタ0番を指定し、その次の行でポートに&HFF（=16進のFF）と言うデータ・・・即ちオール1を出力する。&H00と書けば0（ゼロ）を出力するわけだ。もちろん&B11111111あるいは&B00000000とバイナリーで書いても良い。その方が直感的だろうか。（笑）

I2cstart
　　I2cwbyte Pca9555write
　　I2cwbyte Outreg0
　　I2cwbyte &HFF
　　'Port Output Data = &HFF
I2cstop

　以上はほんの核心部だけなので、大幅に端折った所はBASCOMのマニュアルとPCA9555Nのデータシートを参照しないとわからないかと思う。（これでわかるのは既にBASCOMのI2Cを知ってる人）下記のSAA1064も同じような感じで使う。

　要するにプログラムではI2Cの初期設定をしたら、インターフェース用ICを初期化し、その後データを送ることになる。インターフェースがシリアルだと言うだけでペリフェラルICの使い方としては標準的だ。（懐かしい i8255とかi8251などを使うのと同じなのである・笑）

　GNDを省略する訳には行かないが+5V電源は先側で用意しても良い。その場合はGNDを含めて３線でインターフェースできる。　ペリフェラル側のチップには割り込み出力端子もあってCPUに割り込みを掛けることも出来る。　その場合もう一本割り込みラインが増えるが効率的なデータのやり取りには必要な機能だ。（ここでは一方的に送りっぱなしで良いので割り込みは使わない予定）

写真はSAA1064である。

　I2Cインターフェース付きLEDドライバである。上と同じくPhilips製だ。（現在はNXPセミコンダクタ製のはず）　スタティック・ドライブで2桁、ダイナミック・ドラブで4桁の7セグメントLEDを点灯できる。

　マイコン側からは、SAA1064の内部レジスタに桁分の点灯データを書き込んでやれば良いだけでダイナミック・ドライブを意識することなく使える。但しBCD to 7-segment Decoderは内蔵しないからプログラム側でセグメント・パターンを用意しなくてはならない。そのかわり6、7、9と言った字形を好きに決められる。

　なおインターフェースは同じくI2Cである。I2Cインターフェースはバス構造なのでイモづる式に他のI2Cチップと並列接続して行く。　データ線（２線分）はマイコン側もしくはペリフェラル側でPull-UPしておく。　私の設計では低めのデータ・ライン・インピーダンスを目的に2.2kΩを標準にしている。

　製作する際はコントローラ側に周波数表示器を設ける予定である。扱いがさらに簡単なキャラクタ・タイプのLCDモジュールでも良いと思っている。従ってSAA1064の出番は無いかもしれない。　周波数設定も全6桁の必要はないと考えており、kHz台の3桁と100Hz台の1桁を合わせた計4桁にする予定だ。MHz台はサム・ホイール・スイッチで現状のままセットする。大きく周波数を変えるとプリセレクタの再Tuneを行なう必要がある。従って全桁コントローラ側でセットしなくても良いと思う。要するに1MHzの間がダイヤルツマミで連続可変できるようにする訳だ。

　I2Cインターフェースを持ったD/Aコンバータもあるので、入手できれば10Hz刻みのステップも実現できそうである。　ITT 3020AのFine Tuneの部分はVRでバリキャップに加わる電圧を可変している。　この部分をD/Aコンバータで10Hz刻み相当の電圧を順次与えれば良い。10個のプリセット電圧をスイッチする手もあるが、D/Aコンバータ式の方がプログラムだけで片がつくので簡単だ。D/Aコンバータの分解能は8Bitで十分すぎるくらいだ。

自身の考えを纏めるBlogになってしまったようだ。あらかた意味不明だろう。(^^;;

　ステップ式に周波数を変える形式の受信機に回転式のダイヤル・ツマミを付けて使い易くするのが目的である。　昔ならUP-Down CounterのICを並べてハードウエア的に解決したものだが、いまはマイコンで極めてシンプルだ。　さらに、少ない線数で済むシリアル・インターフェースでコントローラと分離すれば配線もスマートになる。

　技術的な問題点は概ね解決済みなのだが、あとはヤル気と根気の問題と言えそうだ。どうもその部分が不足気味なのが問題なのである。（笑）

　突然プログラム（ごく部分的だが）が登場したので、「視線」がそこで停止してしまったかも知れない。プログラムを見るとその途端に自分とは関係ないと思う自作HAMも多いようだ。実際は真空管やトランジスタを使うのと同じで、必要なことを約束どおりに配線する（プログラムを書く）だけなので、恐怖心を抱く必要はないのだが・・・やっぱりちょいと無理ですか？（爆）