回路図とコード

コード: https://github.com/cho45/AVR-USB-CW

現状制作途中のものなので、実際使う際に必要なリレー部分とかは書いてない。

現状だとダイオード2本で約1.4V程度電圧降下させて 3.3V〜3.6V 程度を作りだす方法を使ってる。V-USB の Wikiに書いてある方法の1つ。

左下のはそのうち試してみたい回路で、AVR自体には5Vをそのまま供給して、信号ラインだけ 3.6V にツェナーダイオードで電圧降下させる。電源電圧を3.3V程度にしてしまうと、動作周波数が 12MHz 程度までしか保証されないので、16MHz や 20MHz で動かすならこちらのほうが安定しそう。

V-USB

まず examples/hid-{data,mouse} を動かして、ふむふむと思いながらやってみたけど、なかなかハマった…… HID デバイスを作ろうとするとデフォルトの usbconfig.h から結構書きかえないといけないんだけど、それを知っていないとだめなのでつらかった。

usbconfig-prototype.h から作るのではなく、example/hid-* のをコピってくるほうが確実に動くと思う。

まだコントロール転送しかできてない。少なくともインタラプト転送はやることになりそうだけどデバッグがだいぶ大変 (追記：インタラプト転送は Mac + libusb だとできなかった)。

あと、自分で設定している割込みの頻度が高すぎると STALL しやすい…… クロック周波数にしても、こういった処理にしても結構シビアなので気を使わざるを得ない……

HID のレポートデスクリプタ定義は、大本の仕様書がどこにあるのかわからないのでコピペと感で書いて試した。

	/**
	 * timer interrupt
	 * CTC 16MHz / 64 / 250 = 1kHz = 1msec
	 */
	TCCR0A = 0b00000010;
	TCCR0B = 0b00000011;
	OCR0A  = 250;
	TIMSK0 = 0b00000010;

unsigned long timer;
ISR(TIMER0_OVF_vect) {
	timer += 100;
}

#define DURATION(msec) (unsigned int)(msec * 100)

void delay_ms(unsigned int t) {
	unsigned long end;
        cli();
	timer = 0;
        end = timer + DURATION(t);
        sei();
	while (timer <= end) {
		wdt_reset();
		usbPoll();
	}
}

I2C 液晶

デバッグするとき、何かしら文字を表示できるインターフェイスがないとつらいため導入。シリアルポートに出力してデバッグするのがたぶん一番楽なんだと思うけど、レベル変換が必要で手元にあるものではできなかった。

I2C を使うにあたって、原理を理解していないのと、なおかつそれを AVR で実現する方法がわからないのと、さらには「デファクトスタンダード」な通信プロトコルも存じあげないため、全ての箇所でハマりにハマった。チップは ATmega168P なのでそこまで細かい原理を知っていて実装できる必要はないけど、だいぶハマった。

やり終わってみれば、別に難しくはないんだけど、どこに問題の原因があるのかが、見える現象が少なすぎて大変だった。面倒でもいちいちLEDチカチカさせて動作確認をすべき。

以下に I2C 液晶 (アドレス 0x7c) を操作するコード。何をするにせよ、とにかくデータシートをよく読んで理解するのが大変に重要だと実感した。

#include <string.h>

#define START 0x08   
#define ReSTART 0x10   
#define MT_SLA_ACK 0x18   
#define MT_DATA_ACK 0x28   
   
#define MR_SLA_ACK 0x40   
#define MR_DATA_ACK 0x50   
#define MR_DATA_NACK 0x58   
   
#define SLA_W 0xA0   
#define SLA_R 0xA1   
#define ADDRESS 0x00   
#define DATA 0x55   

void Error () {
//	unsigned i = 0;
//	for (i = 0; i < 3; i++) {
//		set_bit(PINB, 0);
//		_delay_ms(500);
//		clear_bit(PINB, 0);
//		_delay_ms(500);
//	}
//	clear_bit(PINB, 0);
}

void i2c_start () {
	// start
	TWCR = (1<<TWINT)|(1<<TWSTA)|(1<<TWEN);
	while (!(TWCR & (1<<TWINT)));
	if ((TWSR & 0xF8) != START) return Error();   
}

void i2c_stop () {
	TWCR = (1<<TWINT)|(1<<TWEN)|(1<<TWSTO);
}

unsigned char i2c_write (unsigned char data) {
	TWDR = data;
	TWCR = (1<<TWINT) | (1<<TWEN);
	while (!(TWCR & (1<<TWINT)));

	switch (TWSR & 0xF8) {
		case MT_SLA_ACK:
		case MR_SLA_ACK:
		case MT_DATA_ACK:
			return 1;
		default:
			Error();
			return 0;
	}
}

void display_write_instruction (unsigned char address, unsigned char data) {
	i2c_start();
	i2c_write(address);
	i2c_write(0b10000000);
	i2c_write(data);
	i2c_stop();
	_delay_ms(1);
}

void display_write_data (char* string) {
	unsigned int i = 0;
	unsigned int len = strlen(string);

	display_write_instruction(0x7c, 0b00000001);

	i2c_start();
	i2c_write(0x7c);
	i2c_write(0b01000000); // Co=0 RS=1

	for (i = 0; i < len && i < 8; i++) {
		i2c_write(string[i]);
	}
	i2c_stop();

	_delay_ms(1);

	i2c_start();
	i2c_write(0x7c);
	i2c_write(0b10000000); // Co=1 RS=0
	i2c_write(0b11000000); // set ddram address to line 2
	i2c_write(0b01000000); // Co=0 RS=1
	for (; i < len && i < 16; i++) {
		i2c_write(string[i]);
	}
	i2c_stop();
}

void display_init () {
	TWBR = 0x24;
	TWSR = 0b00000001;
	TWCR = 1<<TWEN;

	display_write_instruction(0x7c, 0b00111000); // function set to 0 (default)
	display_write_instruction(0x7c, 0b00111001); // function set to 1 (extended)
	display_write_instruction(0x7c, 0b00010100); // internal osc frequency
	display_write_instruction(0x7c, 0b01110000); // contrast set
	display_write_instruction(0x7c, 0b01010110); // power/icon/contrast control
	display_write_instruction(0x7c, 0b01101100); // follower control
	_delay_ms(300);
	display_write_instruction(0x7c, 0b00111000); // function seto to 0
	display_write_instruction(0x7c, 0b00001101); // display on/off control
	display_write_instruction(0x7c, 0b00000001); // clear all

	_delay_ms(10);
}

ハマり

ハードウェアが絡むコーディングは、一度ハマると

• 配線ミス
• コーディングのミス

のどちらで発生しているかの見極めができないとかなりつらい…… 配線ミスはあってはならないので、最初の段階でよくよく確認しておかないとあとあとつらい。どんなに確認しても確認したりないぐらい確認する必要がある。あと配線後は必ずテスターをあてたほうがいい……

USB コネクタのピンの半田付けを適当にしすぎたせいで、試している最中に1本がはずれて通信できなくなるということがあった。こういうアホみたいなことでもコーディングミスを疑ったりすると時間を食ってしまう。