メモリクロックの甦り（よみがえり）

メモリ・クロックの甦り（よみがえり）　　HOMEへ

☆はじめに

２７、８年位前に製作したメモリ・クロックが出てきたので、CPU基板を交換して甦らせてみました。当時は、8080、Z80、6800、6802等の8ビットのCPUのマイコンが全盛の時で、このようなCPUを使用したパソコンもまだ高価でした。私も素人ながらマイコンとは何かと思い、パソコンは高くて買えないので、「手づくりコンピュータ入門」（CQ出版社　富崎新著）の本に載っているトイコンピュータを作ってみました。基本コンピュータは、CPUとメモリの載ったCPU基板とプロブラムを入力するプログラム・ローダの二つに別れています。その他に電子オルガンやメモリ・クロック等の回路の基板等を作って、電子オルガンにしたり、メモリ・クロックにします。最初、電子オルガンを作りましたが、CPU基板が1枚しかないので、最終的にメモリ・クロックにしてこのメモリ・クロックが残りました。私は、マシン語をなかなか理解する事が出来なく、ただ載っているソフトを打ち込むだけとなりました。　このメモリ・クロックは、４系統のリレー出力をON、OFFするプログラムタイマです。プログラムはRAMメモリに書き込んでいるので、停電等で電源が遮断されるとプログラムが消えて再度プログラム・ローダで打ち込まなくてはなりません。プログラム・ローダの8個のトグルスイッチをON、OFFさせてマシン語を８ビットづつ書込み、約250回のスイッチ操作が必要で、打ち間違えた時は再度初めから打ち直さなくてはならなく、時間が掛かります。電源遮断でも消えないようにバッテリでバックアップするように回路は入っていますが、電源が入ってもタイミングが合わないのか正常に動作出来なくて、再度の打ち込みが必要でした。数年は使用しましたが、メンテナンスに手間がかかるので、市販のプログラムタイマが有り、それを使用していた為、お蔵入りとなっていました。下記の製作本も残っていたので、プログラムが消えないように、このCPU基板をPICのCPU基板に交換して、プログラムソフトも作って、甦らせてみました。

	「手づくりコンピュータ入門」（CQ出版社　富崎新著）	メモリ・クロック
		甦り前のメモリ・クロックとプログラム・ローダ

このページのTOPへ

☆仕様・製作

◎メモリ・クロックハード　

メモリ・クロックの回路です。

甦り前のCPU基板回路

CPU基板のCPUは、RCA社のCOSMAC（CDP1802CD）です。C-MOSで消費電流が少なく、電源電圧範囲も4～6VDCで、電池での使用が出来るCPUです。アドレスラインが8 ビットの為、ローアドレス8 ビットとハイアドレス8 ビットが時分割で出力されますが、メモリ容量が256バイトならダイレクト接続出来るので、RAMは、μPD5101（256×4ビット）を2個使用して、メモリ容量は256バイトだけです。このCPUは、Z80等のCPUに比べて価格が数倍高くて、4,000円位で高いなと思って購入した記憶があります。

メモリ容量が小さいので、プログラムでは余り対応出来ないので、メモリ・クロック部分は、ハードでの制御部分が多くなります。

表示時刻の変更方法は、時及び分のデジスイッチで時刻を設定して、RUN-PROGスイッチをPROG側にして、REALスイッチをONにして表示時刻を変更します。リレー出力をON、OFFする時間設定方法は、下記の表のCH番号のリレー出力ON又はOFFに対応した数字をCHのデジスイッチに設定して、RUN-PROGスイッチをPROG側にして、PRESETスイッチをONにしてメモリに書込み設定します。

デジスイッチのCH数字とCH番号リレー出力の関係
デジスイッチのCH数字	CH番号リレー出力ON又はOFF	デジスイッチのCH数字	CH番号リレー出力ON又はOFF
0	CH0 リレー出力ON	4	CH2 リレー出力ON
1	CH0 リレー出力OFF	5	CH2 リレー出力OFF
2	CH1 リレー出力ON	6	CH3 リレー出力ON
3	CH1 リレー出力OFF	7	CH3 リレー出力OFF

メモリ・クロックのクロック用LED表示器TLR4020は無いので、カソードコモンの2桁７セグメントLEDを２個と時と分の間の「：」は外径の小さいLEDを２個使用しました。LED表示器は、７セグメント用ラッチ付きデコーダ/ドライバC-MOS 4511を使用したスタティック点灯です。BCD-10デコーダC-MOS 4028を使用して、LED表示器の時、分及びCH及び時間設定用デジタルスイッチ及びリレー出力の選択をします。

時間の基準は、交流電源の60Hz（50Hz)の交流を波形整形してタイミングパルスを作って、CPUでこのパルスをカウントして時刻を発生するようにしています。

上記の回路で製作して、載っていたソフトをプログラム・ローダで打ち込んで、RUNモードにしても時刻表示しません。テスト用の10秒タイマのソフトを入れると正常に動作します。メモリ・クロックのソフトの場合は動作せず、最初は原因が判らなかったのですが、リレーのノイズによって暴走している事が判りました。RUNモードにした時にリレーが動作して、そのリレーのノイズで暴走してしまったのです。リレーのコイル側にノイズ対策したら暴走しなくなり正常に動作しました。冷蔵庫等のノイズを拾って暴走する時がたまに有ったので、AC1００Vラインへラインフィルタを入れたり、リレー出力のAC100V側に制御機器のノイズが受けにくいように、スパークキラーを入れたりしてノイズ対策をしたら、ノイズによるトラブルはなくなりました。出力側がフォトカプラ等で絶縁されていないのでノイズに弱く、ノイズではかなりてこずりました。

このページのTOPへ

◎交換用CPU基板　

交換用CPU基板は当初は、PIC16F648Aを使用して、基板もソフトも作成していましたが、逆挿し等のトラブルでPICを壊してしまい、手持ちがなくなり、手持ちの有ったPIC16F88を使用しました。PIC16F648AとPIC16F88はAD変換の有・無他の違いが有りますが、ピンの互換性は有るので、ソフトを変更して対処しました。PICの5V電源のパスコンと、5V電源安定化の為のコンデンサを追加しました。甦り前のCPU基板とメモリクロック基板との接続用コネクタは、ヒロセのコネクタを使用していましたが、メモリクロック基板側のコネクタの予備は有りましたが、CPU基板側のコネクタは予備が無く、今は売っていなくて手に入らないので、ピンヘッダとピンソケットに交換しました。

PICのCPU基板は、PIC1個と抵抗等の部品だけとなったので、甦り前のCPU基板と較べて1/3以下となり小さくなりました。

　　　　　　　　　左側　甦り前のCPU基板　　　　　　　　　　右側　PICのCPU基板

このページのTOPへ

◎メモリクロックソフト

メモリクロック（60Hz用）　　　　　メモリクロック（50Hz用）　　　　プログラム一式　mikroBasic V6.0 (lzhで圧縮）

当初、PIC16F648Aのソフトで作成していたので、PIC16F88に変更しても、タイマ関係を変更するのは面倒なので、そのまま4MHzの内部発振を使用しました。

RB0～RB7ポートを、LED表示器用のデータ出力用、時刻とCH、リレー出力設定用のデジスイッチのデータ入力用に切替えて使用します。RUN-PROGスイッチをPROG側にして、REALスイッチ又はPRESETスイッチをONした時だけ入力側になります。その他の時は、出力側となります。

時間の基準は、交流電源の60Hz（50Hz)の交流を波形整形してタイミングパルスを作って、このパルスをCPUでカウントして時刻を表示します。このパルスのカウント方法は、TMR0タイマで約3ms毎に割り込みを掛けて、この時にパルスがHiになっているかを確認して、カウントする事にしました。ノイズの影響等を考慮して、パルス入力ポートのRA4ポートが連続2回Hiとなった時だけカウントします。

カウント値が1分経った時に、分、時の変更をして、リレー出力の設定値を確認して制御します。時と分の各々変更の有った時だけ、表示を変更します。７セグメント用ラッチ付きデコーダ/ドライバC-MOS 4511を使用してスタティック点灯しているので、表示変更してラッチすれば、後はRB0～RB7ポートが変化しても問題は有りません。

時刻設定値は、0時0分～23時59分までは有効ですが、デジスイッチがそれ以上の設定値の時は変更されません。リレー出力設定時間の方は、デジスイッチの設定値は全て変更されます。時刻は24時間表示で、24時以上の設定では有り得ない設定となり、リレー出力は変更とならなく、設定した時刻以前の状態のままとなり、変更したくない場合には24時以上の設定値にします。

電源がONとなった時は、初期値は00時00分より表示します。リレー出力設定時間は、PRESETスイッチをONするとEEPROMの00番地～15番地に書き込みます。電源をOFFしても保持され、電源がONになった時は、EEPROMよりリレー出力設定時間を読み込みEEPROMの設定値で出力します。

リレー出力設定時間を表示する事が出来なかったので、今までは、どの時間にリレー出力設定時間が設定されているかを確認する事が出来ませんでした。今回、リレー出力設定時間が表示確認出来るようにリレー出力設定時間表示機能を追加しました。

RUN-PROGスイッチがRUN側の状態で、PRESETスイッチをONすると、時の位置にCH番号を1秒間表示して、その後設定時間を1秒間表示して、PRESETスイッチをOFFするまでCH0～CH7まで順に1秒間隔でCH番号と設定時間を交互に表示切替えてPRESETスイッチをOFFするまでループして表示出来るようにしました。

以上の仕様で、PICのソフトをmikroBasic Version: 6.0.0.0で作成しました。

このページのTOPへ

☆まとめ

デジスイッチで時間設定をしても不安定で正しい数値にならないトラブルが有りましたが、原因はデータ入出力用のRB0～RB7ポートにプルダウン抵抗を付けるのを忘れていた為、入力時には不安定となっていました。CPU基板のデータバスにプルダウン抵抗が付いていたのを見落としていました。

交流電源の60Hz（50Hz)の周波数の精度は、制御されているので長期的には正確で、時計の基準値として使用しても大きな狂いは無く、製作した当時もかなり正確で、今回甦りをしてから1年近くとなりますが、分単位の表示の為時間の狂いはほとんど見られませんでした。

18ピンのPICを使用した為、18ピン全てが必要で空きピンが無く、60、50Hzの切替え等の入出力を追加する様な機能追加が出来ませんでした。

LED表示器で、CH-01等の表示をさせたかったのですが、７セグメント用ラッチ付きデコーダ/ドライバC-MOS 4511を使用しているので、数字（0～9）しか表示出来なくて、数字以外の表示が出来ませんでした。

甦り前はリレー出力設定時間が表示出来ず、何が設定されているか確認出来ないので、設定値が不明の時は再度書き込み直していましたが、リレー出力設定時間を確認表示出来る機能を追加しましたので、同じ設定値なら書き込む必要が無くなりました。

電源がOFFとなってもプログラム及びリレー出力設定時間が消える事が無くなり、電源をONした時に、現在時刻を設定するだけで使用出来る様になったので、メンテナンスの必要もなくなり、誰でも扱い易く使用出来る様になり、甦らせる事が出来ました。

出力用のAC電源ソケットが製作当時購入店には3個しか在庫が無く3個だけ購入して、後日1個購入しましたが、後で購入した1個は少し外形が大きくてパネルに入らずパネルを削るのも面倒で、４出力も使用しないのでそのままとなっていました。今回も同じ大きさの電源ソケットを捜して購入するのも面倒なのでまだそのままとなっていて穴があいたままとなっています。

HOMEへ　　　　このページのTOPへ