KiCadでPCB設計完成？

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今夜、PCBのガーバーデータをPCB工場のウェブサイトにアップロードしました。人生初！

この記事に付いて初めに理解して欲しいのは『素人の記事』です。全部間違った記事と言っても良いかもしれませんから悪しからず。

 

基板の色は紫にしました。「基板は緑に決まってる」と思って居ましたが、発注先のウェブサイトで紫の基板を見たら一目惚れしてしまいました。

5枚も届くので、1枚は玄関に飾りましょう。

↑ 発注先ウェブサイトのスクリーンショット

↓ KiCadの3D画像

 

見た目は立派ですよね？　今回発注したプリント基板表面の3D画像です。大きさはラズパイの基板と同じで85mm x 56mmです。これはGPS(GNSS)の1PPSを利用した7セグLEDの時計で、ラズパイを使用するので1PPSの利用中はstratum 1のNTPサーバとして機能します。多分。
また、stratum 1のNTPサーバ機能まで要らないなら、GNSSの基板不要でそのプログラムを走らせなければ良いだけです。それでもラズパイにインストールされたntpdで外のNTPサーバに同期して正確な時刻を刻みます。

どちらにしても、この時計はネットワーク環境が必須なのです。ずぼらな私でも時計は正確を好むので、正確な時刻を得るために動く。

 

ここで、発注後になって気付いた残念な事。

金メッキ（無電解金メッキ ENIG）だと思っていたのに、違ってました。
でもENIGにすると$15.8も余計に。ENIGは見た目が立派だけど、ついでに値段も立派？　↓

 

今回の基板サイズは100mm x 100mm以内、材質はガラスエポキシ（FR-4）で最小ロットの5枚。これで製作費用たったの2ドル。送料は安さ優先で2ドルちょっと。合計5ドル以下で見た目が素晴らしい基板が届くとは驚きです。

見た目はプロ級、でも心配。回路図が間違っていなければ動くはずです。私が苦手なアナログ回路な無くて、単純なLチカが63個あるだけですから。

でも昨日、ベタ塗りの所まで来た時、回路図の誤りが判明してビックリ。ピンアサインを間違えたり、3.3V接続の所を5Vにしていたりでビックリです。

もう修正したので大丈夫。ホント？

 

今度は、回路図はそのままでラズパイゼロ用に基板を作ってもいいかな。と言ってもラズパイが在庫切れで買えないけど。いつまで在庫切れが続くんだろう。

 

後日の追記

発注後に、ラズパイ基板の寸法図をぼんやり見ている時、待てよと気になりました。

ラズパイGPIOの1番ピンの位置がずれて無いか気になり調べてみると、基板取付穴中心からX軸Y軸共に0.03mm離れている感じです。もう注文した後だし、誤差の範囲かなぁ？　↓

この基板取付穴がラズパイより大きくて直径3.2mm。ラズパイは2.7mmだから、どうなる？

この他にも、後で思う事と言ったら。ファン用の5Vコネクタも設けておけばよかったと後悔。

 

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初めてのプリント基板が届いた！

Pi Pico の hello_usb

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C言語などで開発する時便利なのが、printf分でターミナルに文字列を出力する事です。

でもPi Picoはディスプレイが無いので
printf(“Hello, world!\n”); と書いても出力先が無いので意味がありません。

その出力先として、USBやUARTを通して母艦PCのターミナルを出力先に出来るとの事です。

私は母艦PCにRaspberry Pi 4を使用しUSBケーブルでPi Picoを繋げています。ですからUSB接続での設定をします。

 

開発中のC言語ソースファイルがあるディレクトリにCMakeLists.txtを用意します。中身は画像の通りです。LXS-TESTとはそのディレクトリ名（フォルダ名）なので参考になるでしょう。 ↓

CMakeLists.txt

add_executable(LXS-TEST
        test.c
        )

target_link_libraries(LXS-TEST pico_stdlib hardware_spi hardware_adc)

# enable usb output, disable uart output
pico_enable_stdio_usb(LXS-TEST 1)
pico_enable_stdio_uart(LXS-TEST 0)

# create map/bin/hex file etc.
pico_add_extra_outputs(LXS-TEST)

# add url via pico_set_program_url
example_auto_set_url(LXS-TEST)

↑ 赤線で囲まれた部分がターミナル関連です。

CMakeLists.txtが用意出来、ビルドが済んだ uf2ファイルをPi Picoに書き込むと、以下のコマンドでウインドウ内にprintf文の出力が表示されます。

$ minicom -b 115200 -o -D /dev/ttyACM0

Pi PicoのADCで電圧表示

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複数の文字描画が出来るようになったので、上から最大、平均、最小の各電圧を表示させました。平均の求め方は、（最大 + 最小）÷ ２ではありません。左端から右端まで96データあるので、この96データの平均です。

 

↓ 電圧数値の表示テストの為、数値を10倍にしています。右寄せの確認です。ちゃんと右寄せになっています。

 

↓ 動画も用意したので見て下さい。表示スピードが分かると思います。

 

手持ちの安価なデジタルテスターと比べると、0.02V位の差がありました。ご承知の通り？　この分野も私は素人なので、Pi PicoのADC0ピンにダイレクトで可変直流安定化電源を繋げてテストするずさんさですから、この電圧差はなんとも言えません。

 

取り敢えず、電圧表示出来るようになったので面白くなって来ました。

Pi PicoでOLEDに文字描画

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やっと文字描画出来た。5×7ドット英数字フォントデータの1ドットをOLEDの1ピクセルずつ描画して数字の3になりました。↓

 

備忘録

自分が忘れ無いように書き留めておきます。SSD1331 カラーOLED

↓ 数字の3を描画する時、次の画像のようなデータを配列として用意します。{ 0x21, 0x41, 0x45, 0x4B, 0x31 } のデータからビット演算等駆使して1の部分を描画すれば数字の3になります。ただ、見て分るように寝ているので左に90度回転させないといけません。

90度左回転させるには、最初にA0→B0→C0→D0→E0と進めて1の時はその1ピクセルをカラー描画、0の場合は黒とかを描画します。続けてA1→B1→C1→D1→E1と同じように続けて最後のE6で完了。これをコードに書けば数字の3がカラー描画されます。

↓ { 0x21, 0x41, 0x45, 0x4B, 0x31 }のイメージ。図中の”ABDCE”は座標を表現しやすくする為のもので、ソースコードでは”01234″を使用します。

 

↓ SSD1331 カラーOLEDの5×7ピクセル描画領域。1ピクセルは光の三原色RGBで構成されています。（写真に撮った数字3と同じ領域）

↑ この場合、描画する開始位置（スタートアドレス）は左上の “Column 24” “Row 0” で、終了位置（エンドアドレス）は右下の “Column 28” “Row 6″になります。そこにデータをずらずら送ると、OLEDが勝手に赤矢印で示したように右方向に進みながらデータを埋めて行き、右端に達すると1段下の左端から続けてデータを埋めて行きます。このようにスタートアドレスとエンドアドレスを指定してしまえば、後は5×7≡35ピクセル分のデータを送るだけです。

 

ただ、最初に5×7の描画領域を決めてしまうと、背景色と0に該当する色と異なる場合が出て来ます、これでは見た目が悪くなりますよね〜。

その解決策として、1に該当するピクセルは描画領域を指定して描画。0に該当する所は、何もせず次に進むを繰り返す。って言う手があります。そう言えば、このようなコードをネットで見たかも。

 

まだ1文字の描画しか出来ません。今度は文字列を描画出来る関数を作りたいと思います。電圧表示出来れば充分なので、その内出来るかなぁ。

Pi PicoのADCで簡易オシロ

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Raspberry Pi PicoのADコンバータ（ADC）を使用しSPI接続のOLEDに電圧変化を描画させました。

軽トラのエンジン始動時、バッテリーの電圧降下を監視する為に、只今悪戦苦闘中。

慣れない私が初めてADCを操作しているので、Pi PicoのADC機能を十分に出せていない事を理解して画像をご覧下さい。↓

↑ この波形は商用電源の50Hzに起因するものだと思います。ADC0はブレッドボードの空き穴に繋がり回路的にオープン。手を近付けると正弦波の最大値が高くなりました。撮影時は手を離しています。

 

 

バッテリー直でも、電圧降下で稀にリグの調子が悪くなるので、今はセルを回す前に手動でリグの電源を落としています。（バッテリーが弱っているので尚更です）

ご存知の通り解決法としてリレーを入れる事で問題は無くなる訳ですが、そのリレーの制御をPi Picoにさせたいのです。

 

今迄、その制御をPICマイコン又はArduino Nanoしようか迷うだけで手を付けなかったのですが、新しく出たPi Picoに飛び付きました。決めては普通に制限なしのC言語が使用出来る所でした。別にC言語が得意の訳では無く、C言語も分かっていないのに、新たに他の言語を覚える能力が無いので。

スケッチとは何かを知る前に「Arduino言語？スケッチ？何それ」と思ってしまいArduino（未だに発音出来ない）が近寄り難い物になりましたから。

でも、食わず嫌いのArduino言語。知って見ればC言語がベースらしいですね。確かに、今回のOLED表示器の初期設定コードや描画コード作成に、Arduino用コードが大変参考になりました。