趣味の電子工作とプログラミング

　以下の3つの手順でMachiKaniaを製作します。
　1. ハードウェアの製作
　2. マイコンにブートローダプログラムの書き込み
　3. SDカードに必要ファイルをコピー

（1）ハードウェアの製作

　右図が全体回路図になります。ワンチップのシンプルな構成なので、あまり難しいところはないと思います。ブレッドボード上にお試しで作ることもできます。
　（2016.4.3）プリント基板の頒布を始めました。詳細
　（2016.9.19）部品セットも購入可能になりました。詳細
＜ボタン類＞
　PICマイコンPIC32MX250F128Bを中心に各種インターフェイスがあります。操作用ボタンは十字に4つの方向ボタン、横にSTARTボタン、FIREボタンを配置します。本体基板とは別の基板に作ってケーブル接続するのもありでしょう。
　マイコンのI/Oポート数の関係で、左ボタンおよび右ボタンはキーボード用の信号と同じポートを共有しています（RB8、RB9）。ボタンとキーボードで信号が衝突しないよう、キーボードの信号ラインにトランジスタを挿入し、RA1ポートで排他制御する構造になっています。
　このRB8、RB9ポートはPS/2インターフェイスに接続するため、マイコンの内部設定でオープンドレイン接続になっており、＋5Vにプルアップしています。

＜コネクタ類＞
　MachiKaniaでは、SDカードまたはマイクロSDカードが必須です。マイクロSDカードスロットはハンダ付けが大変なので、こちらのマイクロSDカードスロットDIP化キットを利用するのがお勧めです。ほかにもPS/2コネクタや映像、音声用RCAジャック、ACアダプタ用DCジャックも同様のDIP化キットがあるので、ブレッドボードやユニバーサル基板で製作する場合には大変便利です。

＜クロック＞
　マイコンのクロック生成用の発振子には必ず3.579545MHzの水晶発振子を用いてください。セラミック発振子ではカラーが出ないことがあります。

＜電源＞
　マイコンおよびSDカードは＋3.3V、PS/2インターフェイスは＋5Vの仕様のため、電源は＋5Vと＋3.3Vが必要です。5VのACアダプタを用意し、回路図にあるように三端子レギュレータで3.3Vを作るのが簡単でよいと思います。

　（2016.4.29）ブートローダ書き込み済みマイコン入手方法　詳細
　回路が完成したら、マイコンに対してSDカードブートローダプログラムの書き込みを行います。SDカードブートローダは、SDカードからMachiKania BASICシステムなどを読み込み、実行するための基本的なプログラムで、パソコンのBIOSのような位置づけになるものです。プログラムは下のダウンロードコーナーから他のプログラムと合わせてダウンロードしてください。
　ブートローダプログラムのPIC32MXマイコンへの書き込みにはパソコンと、マイクロチップ社のPICkit3などのライタが必要となります。また、古いPICkit2でもpic32progというツールを利用することでPIC32MXに書き込むことができます。
　ライタによる書き込みは、ブートローダ自体の修正をしない限り一度きりなので、MachiKania本体とは別のブレッドボード上などで行うと、MachiKania本体には書き込み用端子が不要となります。PICkit3で書き込みを行うだけであれば、右の回路図および写真のように非常にシンプルな構成で実現できます。
　PIC32MX250F128BとPICkit3が接続できたら、MPLAB X IDEに付属のMPLAB IPEを使用して、「bootloader.hex」ファイルの書き込みを行います。MPLAB IPEの代わりに、前述のpic32progを使って書き込むことも可能です。MPLAB IPEを使う場合の主な手順を図に示しました。電源は別途＋3.3Vのものを用意するか、MPLAB IPEの設定でPICkit3から供給するかを選択できます。^※
　ブートローダプログラムは小さいので、あっけないほど一瞬で書き込みは終了します。書き込みとベリファイに成功した表示があれば完了です。「Disconnect」をクリックして切断して、PICkit3を取り外してください。MachiKania本体とは別基板で書き込みを行った場合は、電源を切断してから、PICマイコンを取り外し、MachiKania本体に挿してください。

　MachiKania BASICシステムではSDカードまたはマイクロSDカードが必須です。FAT16およびFAT32フォーマットに対応しています。容量は1GBもあれば十分です。先ほどダウンロードしたファイルからbootloader.hex以外の拡張子「HEX」のファイルと拡張子「BAS」のファイル、および「MACHIKAN.INI」をパソコンに接続したSDカードリーダライタを使って、SDカードにコピーします。本システムはディレクトリ構造には対応していませんので、ファイルは全てルートディレクトリにコピーしてください。このSDカードはいつもMachiKaniaのSDカードスロットに挿入しておいてください。

　ビデオ出力端子をテレビのビデオ入力端子（黄）に、音声出力端子をテレビの音声入力端子（白／赤のどちらか）に接続し、PS/2キーボードも接続すれば、いよいよ電源を接続してください。正しく作られていれば、右図のようなMachiKaniaブートローダの画面が表示されます。
　ブートローダはSDカード上のHEXファイル（マイコンの機械語プログラムをテキスト形式にしたファイル）をマイコンのフラッシュメモリに書き込むシステムです。
　MachiKania上の4方向ボタンを使って「MACHIKAN」を選択し、FIREボタンを押すと、MachiKaniaのBASICシステムのPICマイコンへの書き込みが開始されます。書き込み中は画面表示が停止されますが、数秒後に表示再開し、MachiKania BASICシステムが起動します。
　一度ブートローダを使って書き込みを行うと、次回電源オンやリセット時にはその書き込まれたプログラムが起動します。再度ブートローダ画面を表示するには、MachiKania本体の6個のボタンのどれでもよいので、押しながら電源オンまたはリセットします。

　MachiKania BASICシステムはKatsumi氏のBASICコンパイラ KM-1120（KM-BASIC）を搭載しています。
　KM-BASICは32bit整数型のBASICで、処理が非常に高速です。
　まずは右図のプログラムを打ち込んでみてください。KM-BASICの構文ではアルファベットの大文字、小文字は区別されません。昔のBASICシステムではEnter （RETURN）キーを押すまで行入力完了となりませんでしたが、このエディタはWindowsのメモ帳や最近の普通のテキストエディタと同様の感覚で使用することができ、Enterキーはただの改行ためのキーです。
　キー入力時には画面が多少ちらつきます。これは画面表示処理とキーボード信号処理を全て1つのマイコンで行っているためで、不具合ではありません。
　（2017.5.6）ドライバの工夫によりちらつき解消しました。
　また、エディタ画面での入力文字は本来白いはずですが、ややピンクや緑がかった色に表示されることがあります。これも専用のビデオコントローラチップを使わずマイコンでビデオ信号生成しているためで、あまり気にせずむしろこの色合いを楽しんでください

　打ち終わったら、いよいよ実行です。実行（RUN）はファンクションキーF4です。うまく実行結果画面のようになりましたか？もしエラーが出た場合、どれかキーを押してエディタ画面に戻り、エラー修正してから再度実行してください。
　このまま電源を切るとプログラムは消えるので、必要であればSDカードに保存します。保存はファンクションキーF2で行います。ファイル名は英数8文字以内＋「.BAS」または「.TXT」としてください。大文字、小文字は区別されません。

　BASICプログラムエディタ上で使用できる特殊キーは右表の通りです。Shift＋矢印キーで範囲選択しコピー／ペーストする機能もあります。ただしコピーできるのは1画面に収まる範囲内に限定です。
　カナ文字はScroll Lockキーまたはカタカナひらがなキー（スペースキーの2つ右）でカナモードに入り、キーボードの刻印の通り（ローマ字入力ではなく）直接入力します。もう一度Scroll Lockキーかカタカナひらがなキーを押すことで英数モードに戻ります。