●専用基板の設計

『１』　使用するマイコン

専用基板には、ＩＩＣバスデータ取り込み
用マイコンとして川崎製鉄（株）の
ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２ＣＦＰ （以下、メインマイコン）と、
パソコンとのＵＳＢ通信用マイコンとして、
マイクロチップ社の ＰＩＣ１６Ｃ７６５
（以下、ＰＩＣマイコン）を採用することにしました。
PIC16C765 KL5C80A12

最初の案としては、メインマイコンは　ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２ＣＦＰ　１個、ＵＳＢインターフェースには 、
以前に使ったことのある、ナショナルセミコンダクター社のＵＳＢＮ９６０３を採用しようと考えたのですが、
２００ＫＨｚで動作しているＩＩＣデータを取り込みながらＵＳＢ通信をするとメインマイコンソフト負荷が重く
なりそうなので、機能を分離し２個のマイコンで処理するようにしました。

『２』　ＩＩＣバスデータ取り込み入力バッファー

　最近のＩＩＣデバイスは３．３Ｖ電源で動作するものもあり、
　バスのＨｉｇｈレベル電圧が３．３Ｖ でも５Ｖでも対応できるように、
　入力バッファーにはアナログデバイセス社の高速コンパレータ
　ＡＤ８５６４Ａを採用します。
　このコンパレータはヒステリシスの設定を外部抵抗で設定可能
　なので ゆるやかなスロープの入力信号でも安心です。
AD8564A

『３』　ＩＩＣバスデータ取り込み回路

ＩＣバスはクロック同期式シリアルバスなので、マイコンに取り込み易いようシリアル→パラレル
変換回路を設けます。
クロックが低速ならば、メインマイコンのポートからクロックのエッジに同期してソフトによるデータ取り
込みも可能ですが、２００ＫＨｚのスピードではソフトでのデータ取り込みは無理です。 　

ということで、ＩＩＣバスのデータを取り込む回路を
アルテラ社のＥＰＭ７０６４ＳＬＣ(以下、ＦＰＧＡと呼びます)
に組み込むことにしました。

ＦＰＧＡの内部には９ビットシフトレジスタを設け、９ビットの
データが揃ったところで、メインマイコンへ割り込み信号を
出力するようにしました。
EPM7064SLC44

　『４』　ＩＩＣバスデータの取り込み用メモリーのサイズ

メインマイコンでは、シリアル→パラレル変換回路から割り込み要求があった時、ＦＰＧＡの内部の９ビット
パラレルデータを取り込んだ後、メモリーに保存することにしました。
（１データ９ビットなので、メモリー保存時には１データ２バイトを使うことになります）

５秒程度の取り込みデータを保存するためのメモリー必要容量を計算してみます。
ＩＩＣバス１チャンネル当たり１秒間に２００Ｋｂｉｔ取り込む場合では、５秒間で１Ｍｂｉｔ、
２チャンネル同時モニターだと２Ｍｂｉｔとなります。

２Ｍｂｉｔのデータをデータ件数に換算すると、約２２万件（２Ｍｂｉｔ÷９Ｂｉｔ）となり、
１件当たり２バイトを使用するので、５秒間分のモニターデータ記憶に必要なメモリー容量は、
２２万件×２バイト＝４４万バイト（約４３０Ｋバイト）となります。
このため、取り込みデータ保存用メモリーは、４Ｍｂｉｔ（５１２Ｋバイト）容量の日立製　ＨＭ６２８５１２Ｃ
を使用することにしました。

HM628512

ただ、メインマイコン（ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２ＣＦＰ）を今回はノーマルモード（２６、２７ピンオープン）で使用する
ため、メインマイコンのアドレスバスは　Ａ０〜Ａ１６　しか使用できません。このため　ＨＭ６２８５１２Ｃの
Ａ１７とＡ１８ピンにはメインマイコンのポートを接続し、バンク切り替えにて　ＨＭ６２８５１２Ｃ　をアクセス
する必要があります。

『５』　取り込んだＩＩＣバスデータのＰＩＣマイコンへの送信

取り込んだデータはＵＳＢインターフェースを持つＰＩＣマイコンへ渡す必要があります。
このデータを渡す速度はモニター全体の処理速度に影響するので、極力速い方法で渡す必要があります。

このため、ＰＩＣマイコンポートＤとＥをパラレルスレーブモードに設定して渡すようにしました。

ＰＩＣマイコンのポートＤとＥをパラレルスレーブポートとして使用

メインマイコンから見ると、ＰＩＣマイコンはメインマイコンのＩ／Ｏポートでしかありません。
こうすることで、１つの出力命令でデータを渡すことが可能になります。
また　ＰＩＣマイコン側では、データを渡された時点（ＷＲ信号立ち上がり）で割り込みをかけ、
ＰＩＣマイコンのメモリーに保存するようにします。

ＰＩＣマイコン側では、常にポートに空きメモリー量とＢｕｓｙを出力しておき、メインマイコン
はこのポート出力を確認しながら、データを１バイトずつＰＩＣマイコンへ渡すことにします。

『６』　ＰＩＣマイコンへからＵＳＢバスへのデータ送出

ホストからのＩＮトランザクションに応えて、ＰＩＣマイコンのバッファーに受け取っている
データを送出します。ＰＩＣマイコンがＵＳＢインターフェースを内蔵している為、比較的
簡単にＵＳＢ通信が可能です。

『７』　ＰＩＣマイコンとメインマイコンとの２３２Ｃ通信機能を実装

２つのマイコン間で、双方向に２３２Ｃ通信できるようにします。
パソコンからの収集開始、収集停止などのコマンドをＰＩＣマイコンからメインマイコンに
知らせるのに使用します。

『８』　消費電流について

ＵＳＢバス電源を使用するので、ボードの消費電流は

コンフィギュレーション状態の時　　 　　最大 ５００ｍＡ
デフォルト状態、アイドル状態の時 　　最大 １００ｍＡ
サスペンド状態の時　　　　　　　　　 　　最大 ５００ｕＡ

に制限されます。

バス電源を使用すると、動作時消費電流やＵＳＢコネクタ挿入時の突入電流に制限が出てきそうです。
また、ＵＳＢコネクタを抜いた時には基板内のコンデンサーに蓄えられた電荷をスムーズに放電できるか
等の注意すべき点もあります。

しかし、今回は市販目的での製作ではないので、消費電流についてはサスペンド時の対応は除外する
ことにしました。　突入電流についても、ＵＳＢのＨＯＳＴ側にはカレントリミッターがあるので、
特に考慮しないことにしました。
また、コネクターを抜いた時の放電については、「基板に容量の大きなコンデンサーを実装しない」
ことで対応することにしました（突入電流を減らす効果にもなります）。

『９』　メインマイコンのリセット

ＵＳＢがデフォルト状態、アイドル状態の時には消費電流最大 １００ｍＡという制限があるので、
コンフィギュレーション状態になるまでは、メインマイコンのリセット端子をＬｏｗレベルにして
おくことにします。これは、メインマイコンをリセット状態にしておくことで、消費電流を低減
できるからです。
メインマイコンのリセット端子は、ＰＩＣマイコンの出力ポートで制御します。

ＰＩＣマイコンでメインマイコンをリセット