久々の配線

.11 2012 回路図ノート comment(0) trackback(0)


先日母校の文化祭に行き、その後同期とこんな話をしていた。
「最近の作品って全部マイコンで昔みたいなロジックICだけの作品とかもうなくなっちゃったよね」
「5054とか4033とか言っても今の世代には通じないんだろうな」
「でも7414くらいは使うんじゃね?」
「マイコンはクロック内蔵だしチャタリングもポートをスキャンする間隔を調整するだけで無視できるから7414すら用なしかも」
「大基盤にICがずらーっと並んでる作品とか久々に見てみたい気はするけどね」
「じゃあ作るか」
というわけで作った。




最近全然コテ握ってないしハンダも鈴メッキ線もウレタン線も樽買いして1割も使っていない。
LEDも2000個買ったのがまだまだ大量に残ってる。適度に在庫処分しつつ配線スキルを維持するのに丁度いい。

まずはネタを考える。
- とにかく家に大量にあるLEDを消費したい
- Logic ICをそれなりの数使いたい(大基盤1枚に収まる量ではダメ)

初めはLED cubeでも作ろうかと考えたがLEDを3つくっつけたところでgive up。超めんどくさい。
ダイナミック制御しないので横のラインがくっつけられない。つまりLED 128個なら128個全部のアノードを個別に基板に下ろすことになる。
やるとしたらウレタン線で垂らすことになるが、そんなのトウモロコシにしか見えないだろう。

紆余曲折あったが簡単に作れるのはやっぱりよけゲーということになり、作業開始。
ただのよけゲーはもう見飽きているのでLEDの配置だけちょっといじってそれっぽくしてみた。
「中央の円がメリーゴーランドになっていて、ときどきそのメリーゴーランドから人が吹っ飛んでくるからそれをよける」という設定。

ロジックICって意外と高い。
Tiny2313より高いロジックICとかざらにある。
74164を16個買ったらそれだけで1k円越える。
制作費が3500円超えると庶民感覚とずれてるだのなんだのとうるさい世の中なので日米で使えそうなものは無いかと探した。
あった。74574が1レール20個入りで350円だった。
シフトレジスタもすべてこれで作ることにした。

設計といっても大してすることは無いのでほぼ作業ゲーだったが数カ所頭を使うところがあったので備忘録としてメモしておく。

1. duty比1/8のランダムな信号線を簡単にたくさん作る方法

シフトレジスタに1/8のdata(clkより高速)を入れてシフトする。duty比1/8のクロックは7414+ダイオード付き積分回路で簡単にできる。
これを遅いクロックでラッチすればランダムに見える。
# もちろん高速なclkと遅いclkは非同期


2. だんだん速くなるclk

counter + load付きcounterでおしまい。
counter出力はデコードして得点として使うことも可能。
両方BCD counterにすれば7segドライバに突っ込める。
carryは非同期なので余分なパルスを除去するためにD-FFで受けて使う。


3. 出力セレクタ

RndがHのときはY1に、そうでないときはY2にQの値を出力したい。
それが右上の回路。これをディスクリートで組むと右下の回路になった。
これ以上部品数減らす方法が思いつかなかったのでこのまま配線して動作確認した。

左はANDの作り方。教科書的には「ダイオード2つ付けてプルアップ」だがその下の回路で十分だと思う。
ゲート出力でLEDを駆動する場合にはその下の図のようにプルアップ/ダウンは要らない。
ただしこの方法では「どちらかがHのとき点灯」「どちらかがLのとき点灯」しかできない。(両方Hのときだけ点灯とかは無理)


4. ゲームオーバーで音を鳴らす

ゲームオーバーになったときにだんだん遅くなるCLKを発動させたい。
つまりゲームオーバーになった時、一瞬だけ強いHになる回路が欲しい(プルアップみたいな弱いHではだんだん遅くなるCLKのコンデンサが充電されない)。
普通に考えれば微分回路で良さそうだが、動作原理から考えてそのまま使ったのではだんだん遅くなるCLKの一段目のコンデンサが十分に充電されない。
反転してPNPのトランジスタを挟むことにした。
抵抗値は定常状態でBが4.4V以上、Aの立ち下がりでBが4.4V以下になるようにすればよい。
今回は C1 = 0.33uF, R1 = 100k, R2 = 10k, R3 = 10k にした。

この出力にだんだん遅くなるCLKを付け、その出力を増幅してスピーカーに繋げばゲームオーバーのときに気の抜けたような音が鳴る。
電源投入後初回のみ鳴らないという話もある。

その他
皮膜線の剥ぎ方
ワイヤーストリッパーなど使うまでもなく、ギザギザのあるラジオペンチの先で皮膜線の先端を挟んで引っ張れば取れる。

上下の基板の接続
ヒロセコネクタは高いし作るの面倒だ。今回は上側の基板の裏にL字型ピンヘッダ(1列)を背中合わせに配置し、下側の基板には普通にピンソケット(2列)をつけた。
基板の端ぎりぎりのところにつけていたせいで一箇所外す時に基板からコネクタがランドごと剥がれた。一回り内側につけるべし。
あらかじめホットボンドでとめておくべきだった?

2012/10/14 追記
秋月で表面実装用ピンヘッダ普通に売ってた。
これ使えば機械的強度が上がるのではがれにくいはず。



10日くらいでひと通り終わった。この間ほとんど毎日アキバ行ってた気がする。

肝心の配線に関してだが、今回のように着脱時によく曲げる基板では必然的に接触不良が多くなる。
太い鈴めっき線はハンダのノリが悪いのが難点。
ノイズ対策はGNDループを作らないようにするとかフラットケーブルの送信端に直列終端を入れて反射を防ぐ(これによってケーブル内の高周波成分が減るのでクロストークも減ると思う)とかしてる。

あとやる気があれば音量を上げるとかレベル表示するとかしてもいいかもしれない。
でも今はそれよりARMが気になる。トラ技10月号のDIPパッケージのARMだ。
Ubuntuで開発環境整えないといけないがすでにやってる人いるだろう。
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