まとめを後日書きました [tech][avr][arduino] ボタン電池で動く小型・低消費電力 AVR エレキー (50円 ワンチップマイコン ATTiny13A) | Fri, Nov 8. 2013 - 氾濫原

前に書いたのの続き。

せっかくメインのICが小さいので、できるだけ小さく作るならどうするのがいいだろう?と考えてる。

まず、乾電池1本で動いたらいいなと思ったので、1.4Vを3.3Vに昇圧する回路を組んで駆動させてみたら、昇圧回路がどうもうまくいかなくて、やたら電気食う感じだった。昇圧回路の調整を別途やれば乾電池1本でもいい感じになるかもしれないけど、実際ブレッドボードで組んでみたら結構体積も食う感じになってしまったので、そもそもこの方法を諦めた。

じゃあリチウムコイン電池を使うことを考えよう、と思った。リチウムコイン電池なら1個で3V出せる。ただ、あまり電流を流すことができなくて、標準で 0.2mA 程度に抑える必要がある。消費電力を減らす工夫はしてるつもりだけど、スピード調節をADCにしたのでボリュームに常に電流が流れるとか (10kΩなのでこれだけで0.3mA流れる)、もうちょっと頑張る必要がありそうだった。

まず、ADC は1秒ごとに行うようにコードを変えて、そもそも頻度を減らした。また、ボリュームに電圧をかけるのも、ADCが行われるときだけにした。これはピン1個を出力にして、VCC の代わりにそこに繋いでる。VCC とピンの出力電圧は厳密には違うので、ADCの精度は落ちるけど、そもそも安定してない電池駆動だし、相対値だけがとれればいいのでまぁいいかな、という気がする。

それでだいたいアイドル時に0.3mA程度まで下がった。しかしこれ以上思いつかないので、とりあえずクロックを下げてみて挙動に問題がないか試すことにした。ATTiny13A の場合、内蔵クロックは 9.6MHz, 4.8MHz, 128kHz とそれらを8分周したものが選べる。なので 4.8MHz を8分周した600kHzで動かしてみると、思ったより変なことにならなかった。これでアイドル中はほぼ0.2mA未満に。

じゃあ 128kHz だとどうだろう、ということでやってみたら、

 bad AVRISPmkII connection status: Unknown status 0x00

とかでるように…… たぶんクロックを下げすぎたせいで ISP の書きこみのクロックを読めてないのかな……

うーん困ったと思っていたら avrdude に転送スピードを下げるオプション (-B) があったので、-B 100 ぐらいにしてやったらいけた。しかし書きこみ速度がだいぶ遅い。

コードを全体的に書きなおさないと 128kHz でバグってて動かない感じだけど、軽く試した感じだと、アイドル中で0.09mAぐらい。キーイング中で0.19mA。パワーダウンは変わらず0.6uA程度。コーディングが面倒になった割にはそんなに減らない。ベースの消費が無視できないほどクロックの支配率が低くなってるせいかな。

仕様から

  • VCC=3V, f=128kHz
    • idle: 0.01mA
    • active: 0.04mA
    • power down: 0.00015mA
    • ADC: 0.225mA
    • Timer0: 0.002mA
    • pull-up: 0.08mA
  • キーイング中は pull-up + active + timer0 + FET GS接地抵抗(440k)電流 = 0.122mA が最低でも必ずかかる
  • アイドル中は idle + timer0 = 0.012mA
  • ADC中は active + ADC + timer0 = ボリューム電流 = 0.567mA
  • パワーダウン中はクロックに関係なく固定で 0.15uA
    • 比較すると実測値が結構高いけどなんでだろう
  • 瞬間最大電流
  • キー同時押し pull-up * 2 + active + timer0 + FET GS接地抵抗(440k)電流 + ADC
    • 0.7338mA

パワーダウン中の消費は AVR ISP Mark II と繋っていたからで、RESET をはずせば 0uA になった

  • パワーダウンモード 0.0uA未満
  • アイドル中 90uA -> 0.09mA
  • キーイング中 198uA -> 0.198mA with FET
  1. トップ
  2. avr
  3. ATTiny13A を使った小型エレキー
  1. トップ
  2. tech
  3. ATTiny13A を使った小型エレキー
  1. トップ
  2. arduino
  3. ATTiny13A を使った小型エレキー

マイコンプログラミングとか、黙って Arduino やっとけハゲという感じではあるんだけど、Arduino の言語がどうも好きになれなくて使ってない。CっぽいけどCじゃない、でもC、みたいなのがなんとなく嫌だなと感じてる。それは置いておいても Arduino は素晴しいと思います。

Arduino も AVR を使っているし、結局 Arduino 頑張ろうとすると AVR のスペックを理解する必要があるので、じゃあ AVR でいいか、という感じになる (安いし)。

Arduino は、開発環境も含めたエコシステムが魅力で、そこがすごくいいと思うけど、自分みたいに CUI で vim で書いて Makefile でコンパイルして書きこんで gdb でデバッグするみたいのが好きな人間だと、少し魅力が薄れてしまうように思う。

IDE はあればあるで便利で良いんだけど、Makefile と gdb を使ってやっていれば、マイコンプログラミング以外のときにもその知識が生かせて嬉しいと思う (IDEの操作の知識はほかに生かせない)

  1. トップ
  2. tech
  1. トップ
  2. avr
  1. トップ
  2. arduino

S (トトト) H (トトトト) 5 (トトトトト) の区別がつくように全然ならない。20wpm 程度でも結構間違える。全部とれない場合、ミスのほとんどがこれ。25wpm になると、1分間やっている中の 5 を全部 H、H を S と書く、あるいは逆、みたいにズレて聞きとったりする。クソすぎてイライラする。

S H 5 だけランダムで聞きとろうとすると、今度は全部聞きとれない。ランダムではなく SHE, HIS とかはパターンで覚えてるからある程度聞きとれるけど、ランダムだと全く意味わかんない。なので、比較して聞きとれるようにするということもできない。というか単体ならまず間違えないんだよ……

E (ト) と I (トト) と S (トトト) の区別は容易にできるけど、それ以上の短点は「いっぱい」としか認識されない。「ちょっと長いから5だろう」「5ほどじゃないからHかな」ぐらいの曖昧な感じ。本当にイライラする。

もう初めて3ヶ月ほど経つのにこのありさまなのでやる気なくす。あまりにもこれらを間違えるので 26wpm から 20wpm 程度までスピードを落としてゆっくりやってる。多少マシになったかもしれないけど。あいかわらず間違える。聞きとれない文字がいくつかあると、それらで考えてしまって止まるので、速度があげられない。一度聞きとれないと、その単語は完全に落とすので、そういう文字があってはならない。

次に J と 1 も、S H 5 ほどではないけど区別がつかない。こっちはコールサインの文脈でよく使うので比較的頭に長さのイメージができているけど、それでも間違える。どうすれば解決するのか全くわからない。3ヶ月やってダメなら一生ダメなんじゃないか。

以上の符号以外にも、2、3、7、Z、X はそれ以外に比べてよく間違える。

浮動小数点演算を使ったとき、-lm を付けないとバイナリサイズが巨大化する問題がある。-lm をつけない場合、デフォルトの (libgccの?) 浮動小数点関数がリンクされるけど、avr 用には高効率なものが libm に実装されている。libgcc だと 3k -> libm だと 1k ぐらいのインパクトがあるので必ず libm を使うようにしたい。

とはいえ、ちゃんと理解してないと libm にリンクされない……

結論からいうと以下じゃないとだめだった。

$(COMPILE) -o main.elf $(OBJECTS) -lm

以下のようだとうまくいかない。

$(COMPILE) -lm -o main.elf $(OBJECTS)
$(COMPILE) -o main.elf -lm $(OBJECTS)

というのも、リンカは、引数を順番に読みこんで、読み込み中のファイルに今までで未定義のシンボルがあったとき、それを解決する、という挙動をするらしい (なんとなく逆に、先に定義して解決していくもんだと思ってた)。

なので、先に -lm を指定しても、その時点では未定義のシンボルが何もないので何の意味もない。

gcc のオプションに -v (verbose) を渡すと、最終的に ld (collect2) に渡される引数がわかる。

うまくいく場合は main.o -lm -lgcc -lc -lgcc というふうになってる。main.o で使ってるシンボルが -lm で解決されて、あとまだ足りないのは -lgcc とかで解決される。-lgcc が2回出てくるのは、-lc が -lgcc を使ってるからかな。よくわかんない。

  1. トップ
  2. tech
  3. AVR 浮動小数点 (float) 演算
  1. トップ
  2. avr
  3. AVR 浮動小数点 (float) 演算
  1. トップ
  2. arduino
  3. AVR 浮動小数点 (float) 演算

割込みかけるように設定しているにも関わらず、それに対する処理を書いていないと、sei() を呼んだあと、割込みが発生するときに落ちてリセットがかかる。

sei() が呼ばれるまでは問題ないので、コメントアウトでデバッグしていると超ハマる。

  1. トップ
  2. tech
  3. AVR、なぜかリセットされまくるとき
  1. トップ
  2. avr
  3. AVR、なぜかリセットされまくるとき
  1. トップ
  2. arduino
  3. AVR、なぜかリセットされまくるとき

USB-シリアルポートアダプタ (RS-232C) は前に買っていたけど、RS-232C は正負 -12~+12 で1/0を表現うるので、マイコンのロジックレベル(0 or VCC)とは違っていて、そのままではマイコンと接続できない。

調べてみると、RS232トランシーバー (ドライバ) ICというのがあって、それを使えば簡単にレベル変換できることがわかった。有名なのは MAX232 というやつみたいだけど、ほぼ同じインターフェイス(ピンアサイン)でビットレートや電源電圧が違うやつがいろいろとあるみたいだ。

今回は ICL3232CPZ という 3.3V〜5V で動いて、なおかつ外付け部品が 0.1uF 5個だけというのを選んで作った。

繋いで以下のような、ボーレート 19200 で吐き出すコードを書いてみた (チップは ATTiny2313、レジスタ名がチップによって違うので、チップ変えるとそのままでは動かない)

#include <avr/io.h>
#include <string.h>
#include <util/delay.h>

#define clear_bit(v, bit) v &= ~(1 << bit)
#define set_bit(v, bit)   v |=  (1 << bit)

static inline void uart_putchar(char c) {
	loop_until_bit_is_set(UCSRA, UDRE);
	UDR = c;
}

static inline void uart_puts(char* string) {
	unsigned int len = strlen(string);
	unsigned int i;

	for (i = 0; i < len; i++) {
		uart_putchar(string[i]);
	}

	uart_putchar('\r');
	uart_putchar('\n');
}

void usart_init(unsigned short baudrate) {
	unsigned int d = ((F_CPU + (baudrate * 8L)) / (baudrate * 16L) - 1);
	UBRRL = d;
	UBRRH = d >> 8;

	UCSRB =
		(1<<RXCIE) | // RX Complete Interrupt Enable
		(1<<TXCIE) | // TX Complete Interrupt Enable
		(0<<UDRIE) | // USART Data Register Empty Interrupt Enable
		(1<<RXEN)  | // Receiver Enable
		(1<<TXEN)  | // Transmitter Enable
		(0<<UCSZ2) | // Character Size
		(0<<RXB8)  | // Receive Data Bit 8
		(0<<TXB8)  ; // Transmit Data Bit 8

	UCSRC =
		(0<<UMSEL)            | // USART Mode Select: 0=Asynchronous Operation, 1=Synchronous Operation
		(0<<UPM1)|(0<<UPM0)   | // Parity Mode
		(0<<USBS)             | // Stop Bit Select
		(1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0) | // Character Size (with UCSRB)
		(0<<UCPOL)            ; // Clock Polarity
}


static inline void setup_io () {
	usart_init(19200);
}

int main(void) {
	setup_io();


	for (;;) {
		uart_puts("Hello, World");
		_delay_ms(1000);
	}
}

PC 側では、この USB シリアルポートアダプタの場合、/dev/tty.usbserial-FTB3L9UG というようなファイルができるので、これを指定して GNU screen の window を1つ作ってる。変なことしてないのでボーレートを指定するだけでいける。

screen /dev/tty.usbserial-FTB3L9UG 19200

これで RX/TX があるチップならかなりデバッグが捗りそう。

  1. トップ
  2. tech
  3. AVR シリアルでPCと接続してデバッグ
  1. トップ
  2. avr
  3. AVR シリアルでPCと接続してデバッグ
  1. トップ
  2. arduino
  3. AVR シリアルでPCと接続してデバッグ

いろいろパーツを注文するついでに ATTiny13A というチップも買ってみた。

見ての通り8ピンしかないチップだけど、以下のような特徴がある

  • 1個50円と激安。
  • ADC がついてる
  • プログラムに使えるのは1KBしかない
  • SRAM が 64B だけある (のでCで書ける)
  • 外付け水晶を使うのは面倒 (使わないつもりで書いたほうが良い)
  • ISPを殺せば最大6ピンIOに使えるけど、基本5ピンしかIOに使えないと考えたほうがいい

かなり制約があって楽しい。サイズ的に浮動小数点は使えないので工夫する必要がある。メモリ(SRAM)も64Bしかないのでついうっかりするとオーバーしそう。でもCで開発できるのでいいバランス。

とりあえずエレキー作るのがいいかと思って作ってみた。

まとめを後日書きました [tech][avr][arduino] ボタン電池で動く小型・低消費電力 AVR エレキー (50円 ワンチップマイコン ATTiny13A) | Fri, Nov 8. 2013 - 氾濫原

ただ、ピン数が少ないせいで大きな問題がある。というのも、必然的に ISP で使うピンとアプリケーションのピンを共有することになるので、回路によっては、繋いだままの ISP というのができないっぽい。「SCK fail」とか「MOSI fail」とか出て意味不明だったけど、このせいみたいだ。うまくやらないと In-System Programming という感じでなくなる。なんか簡単ないい方法ないのかな。

ADC の端子がいくつかあるので、スイッチをたくさん繋いでいくというのは割とできそう。ただ出力はそうもいかない。ソフトウェアに使えるメモリ量も少ないので「ハードにないからソフトで実現」というのも難しいことが多そう。

それにしても「50円で買えるコンピュータ」というのはグっとくる。

  1. トップ
  2. tech
  3. ATTiny13A
  1. トップ
  2. avr
  3. ATTiny13A

使いはじめて2年ぐらい経ったところで、イヤーパッドの縫い目が割けてきしまったので、交換したくなった。とりあえず純正が高いので安いのを買ってみた。

【univarc】Bose QuietComfort 15 対応交換用パッド◆QC15, QC2, AE2, AE2i 対応(univarcオリジナル) 安心安全保証付き -

3.0 / 5.0

さすがに本体とサイズが合わないということはなく、普通に使える感じ。ただ、純正と比べるとちょっと硬い。しばらく使ってみる。

Bose QuietComfort15 ノイズキャンセリング・ヘッドホン (スタンダードオーディオケーブルおよびApple製品専用マイク/リモコン付きオーディオケーブル付属) QuietComfort15-S -

5.0 / 5.0

やっぱりほぼ毎日使っていると痛んでくる。どのぐらい長く使えるかな。もうこれ無しの生活とか考えられないんだけど

IKEA で買ったピーラーの切れ味がよくなくて、うちで不評だったので以下を買った。知り合いの家にあって、便利だったので、検索してみたらすぐ見つかった。

スピードサラダ 19639 -

5.0 / 5.0

千切り機能とか使わねーだろと思ったけど、使ってみたら便利だった。刃物系はあんまり安いとよくないですね。

爪切りも少しだけ良いものを買ったほう確実に生活が向上していいです。

木屋 はがねの爪切り 大 BK-T02 -

3.0 / 5.0

↑ これほしい。