2009年2月20日金曜日

USB-BLINKM

BLINKMはthingmが作成・販売しているインテリジェントフルカラーLEDだ。1cm角くらいの基板に、明るいRGB LEDとAVR Tiny45が載っていて、I2Cインターフェイスで外部に接続できる。I2Cはデイジーチェーンできるので、たくさんLEDを使うときには大変便利だ。Arduinoなどから簡単に扱えるので様々なメディア作品で利用されている。


先週からいきなり始めてみた「AVRを使ってみる」という活動だが、ふと机の横に転がっていたBLINKMを眺めるとAVR Tiny45が目についた。ちょうどAVR Tiny85で遊んでいたところだった(その話はまた今度)ので、「Blinkmを単純にLED付きのAVRとして使えるんじゃないか?」と思い立った。実際にやってみたのが今回のエントリの「USBに直接つながるBLINKM」だ。i2cのデイジーチェーンできるという利点は無くなってしまうけれど、USBならどんなPCにも大体ついているので、一個だけ使う場合には逆にお手軽になる(と期待している)。今回は、ハードウェア部分について書いてみることにする。








BLINKMの回路図

BLINKMを裏返して眺めてみると、実装されている部品はLEDと電流制限用の抵抗(x3)とAVR TINY45とデカップリング用のコンデンサくらいだ。とりあえずI2Cの接続用にでている4pinがどこにつながっているかと、LEDがどのIOにつながっているかがわかれば良いとおもって回路を追ってみた。というわけでわかったのが左の図に示す回路図。大変都合の良いことに、i2cのdata/clockの線がPB0/PB2につながっている。

あと実際のBLINKMには実装されていないけれど、ISCPに必要な信号線を出すためのパターンも実装されていて、reset/misoは簡単に外部に引き出せる。
AVRでソフトウェア的にUSBを実現するコードとしてobject development社が公開しているAVRUSBがあるが、USBの信号線の一本をINT0に接続することが推奨されている。PB0/PB2が出ているのがどうして都合が良いかというと、PB2はINT0だからだ。ちょうどTINY85でAVRUSBを試していたところだったので、すぐに「ほとんど外付け回路無しでUSB化できそうだ」という予想ができた。


BLINKM-USBブリッジ回路

というわけで、BLINKMの4pinコネクタからUSBのAコネクタに変換するための外部回路を書いてみる。基本的にAVRUSBのリファレンス回路のツェナーダイオードを使うやつと同じ。
USB1.1の仕様ではD-信号線を1.5Kオームでプルアップすると、low speed (1.5Mbps)デバイスだと認識する。そのためのプルアップ抵抗が一本、信号線の電圧をクリッピングするためのツェナーが2本、あと信号線のシリーズ抵抗(68オーム)が2本、だけの簡単な回路になる。実際にはVccラインに保護用に500mA以下(LEDだけだったら300mA程度で十分)のポリヒューズを一本と、0.1uF程度のセラミックコンデンサを実装しておけば良い。
ポリヒューズが無ければ直結するという方法もあるが、何か間違ったときにPC側のUSBポートやUSBホストコントローラを焼いちゃうかもしれないのでおすすめしない。デカップリング用コンデンサはなくてもいいから、過電流の保護はちゃんとやっておこう。

BLINKM-USBブリッジの実装

思い立ってから、最初の実験を含めて3つほど実装したけど、一番小さくなったやつを紹介しておく。USBもBLINKMも両方とも4pinのコネクタだったので、秋月の16穴スルーホール基板をつかって実装したくなった。10枚買えば一枚10円、100枚だと一枚5円というお手頃価格だし、基板を加工する手間も省ける。

右の図が実体配線図。部品面から見た図になっている。斜め配線&一つの穴に2本部品がはいっているというお行儀の悪い実装になっているけれどなんとか収まったので良しとしよう。


部品はだいたい秋葉原で揃う。3.6Vのツェナーダイオードは千石電商で100本入りをかった。これはどこでも売っているはず。68オームと2Kオームのチップ抵抗(1608)は鈴商で売っている。チップ抵抗なら千石でもあるはずなんだけど、68オームは置いていなかった。一番面倒なのが面実装のポリスイッチ(ポリヒューズ)だ。容量の小さいものなら秋月で扱っているらしいけど0.1Aは小さすぎる。探してもなかったのでチップワンストップで、Tyco Electronics Raychem PSR-27313-050を調達して使った。まあ、千石のB1で売っているポリスイッチを裏にがんばって貼り付けても大丈夫なのでそこまでしなくても平気だとはおもう。

実際に制作したものは右の写真のとおり。BLINKMはUSBコネクタ側にLEDが向くように差し込む。USBコネクタを差し込むと、ちょっと余裕が出るくらいの長さになるので、これがこの方法でつなげる場合に一番短くなる実装方法だろう。





USB-BLINKMのソフトウェア

もちろん、今回つくった回路で電気的にUSBコネクタにさせるようになったとしても、AVRのソフトウェアを書かないと動かない。I2C-USBブリッジではなく、BLINKMにのっているTINY45に直接USBを処理してもらわないといけないからだ。

次回のエントリでは、AVRUSBについて説明してみる予定。


1 件のコメント:

しばたに さんのコメント...

本日、USB BlinkMをその場で書き込んでいたmshibataniと申します。さっそく、ブログを拝見して、組み立てをどうしようか考えているところ、何しろ、FirmをUSB BlinkMにしてしまったので、このままではI2Cとしても使えない〜^^;)
ブレッドボードのArduinoもちょうど欲しいと思っていてとても参考になります。今後ともよろしくお願い致します。