Arduino互換機を自作する [arduino]
今回は、Arduinoを自作します！
（2011年11月現在、とても簡単な作り方が出来るようになりました）
ある程度Ａｒｄｕｉｎｏに慣れてくると、ふと「あー、この作った回路を残しておきたい…」って感じることありませんか？
回路図を書き残して、プログラムを保存して…
何日か経ってみたらもう一度その回路を作ることがめんどくさかったり、疲れていたりすると配線を間違えてしまって動かなかったり…じゃあ、もうひとつＡｒｄｕｉｎｏを買っておこうか？って思って気がつくと、手元にArduino Duemilanoveが三つ、ＭＥＧＡがひとつ、ＮＡＮＯが３つ、とかあるようになってしまいます。でもね、結局何の解決になってないし。
残したい回路が一つ出るたびに数千円は考えます。親せきの男の子に楽しいよって渡すにも数千円だとねぇ、子供の小遣いとしては高いし。
安くＡｒｄｕｉｎｏが作れたらいいのに！でもめんどくさそうだなぁとか、難しそうだなぁって思っていました。
で、そんなときに見つけたのがこのプロトタイパーズの記事です。
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/musashino_proto/20090806_307235.html
おおーっすげー！Ａｒｄｕｉｎｏを自作してる！
しかもすっごいシンプルな回路図だーっ！ おお、乾電池で動いてる！
これならハードウェア初心者の俺にも作れるぞ！
と思ったわけです。
で、やってみたい人もいるでしょうから、初心者にわかるように説明です。
用意するものは、プロトタイパーズを読んでもらえればわかりますので、私が悩んだポイントを中心にいきます。
（材料・ハードウェア系）
Arduino Duemilanove（１個）※ブートローダー書き込みのため
ＡＴＭＥＧＡ１６８（ＡＴＭＥＧＡ１６８ＰでもＯＫ）（１個）
SparkfunのFTDI BASIC・3.3V版（1個）※出来上がってから、プログラムを書き込むのに必要
積層セラミックコンデンサ、０．１μＦ（３個）
積層セラミックコンデンサ、１0μＦ（１個）
１０ＫΩの抵抗（１個）
１ＫΩの抵抗（3個：このうち１個はＤ１３のＬＥＤ点灯用）
ジャンパワイヤ適宜必要な分だけ
・コンデンサーや抵抗は不意の手違いで壊してしまうことも考えて予備もあると安心です。
・ＡＴＭＥＧＡ１６８を基板に取り付けることも考えて、ＩＣソケットもあったほうが安心。
（材料・ソフトウェア系）
ブートローダーを書き組むためのソフトとして…参考になったのがこちらです。
http://www.geocities.jp/arduino_diecimila/bootloader/index.html
まず、このとおりにArduino Duemilanoveを改造（？）し、パソコンに必要なものをインストールしましょう。
インストールするもの。
(1)FTDI BitBang AVR-Writer "avrdude-serjtag"
(2)avrdude-serjtag用設定ファイル"avrdude.conf"をダウンロードして、上書きコピー
(3)avrdudeのGUIラッパー"avrdude-GUI (yuki-lab.jp Version)"
(4).NET Framework 2.0がインストールされていないときは「.NET Framework 2.0」もインストールしてください。
※（１）～（３）は、ＸＰなら「C:\Program Files」フォルダにコピーすれば簡単ですが、ＶＩＳＴＡなどの場合は、他のディレクトリにインストールしないと正しく動作しないかもしれません。
で、新品のチップということで話をすると、
----------------------------------------------------
低速クロック動作にします。
Command line Option 欄に -B 4800 を記述します。
【注意】工場出荷状態のデバイスは高速クロックでは動作しません。
----------------------------------------------------
ということで、私の新品チップの場合はさらに 「-F」を追加しないとうまくいきませんでした。
（さらに、高速クロック動作で動かしてみることが書かれていますが、実際には必要ないのでこのままいきます）
DiecimilaやDuemilanoveなら、記事のままでいいのですが、ここで作ろうとしているのは外付け発振子のいらない８ＭＨｚのArduinoなので、ちょっと変わってきます。
まず、選ぶファイルはプロトタイパーズで説明されているように
----------------------------------------------------
次はProgramタブへ移って、ブートローダを書き込みます。ブートローダはArduino IDEに付属しています。IDEがインストールされているフォルダがarduino-0016だとしたら、arduino-0016→hardware→bootloaders→atmegaとたどっていくと、「ATmegaBOOT_168_pro_8MHz.hex」というファイルが見つかります。これが今回書き込むべきブートローダです。
----------------------------------------------------
ということで、ブートローダのＨＥＸファイルは、「ATmegaBOOT_168_pro_8MHz.hex」を指定します。
（今はarduino-0016ではなく、arduino-0017になっているので読み替えてください）
さて、ここから重要な作業が続きます。ここを間違うと、最悪チップは動作不能に陥るので注意してください。
（１）まず「Chip Erase」で中身を消去
（２）フューズ・ビットの書き込み
本来、定義ファイルが「arduino-0017→hardware→bootloaders」の中にある「boards.txt」にすべて記載されているのですが、「ATmegaBOOT_168_pro_8MHz.hex」を内蔵クロックで動かすため値が変わります。
hFuse=DF
lFuse=E2
eFuse=00
となります。(168/168P共通)
なお、これはavrdude-serjtag、avrdude、avrdude-GUIを使って書き込む時の設定値です。
「AVR Studio」を使って書き込む場合は、
hFuse=DF
lFuse=E2
eFuse=F8
となります。これは、「avrdude」は未使用ビットを０、「AVR Studio」は未使用ビットを1として取り扱うために違う数値になります。（ｅＦｕｓｅの未使用ビットは７～３ビットです※この情報は未確認なのでご注意を）
（３）ＨＥＸファイル（ブートローダ）の書き込み
「ATmegaBOOT_168_pro_8MHz.hex」を指定
（４）ロックビットの書き込み
「０Ｆ」を指定して書き込み
これで、内部クロック8MHzで動作するArduino互換機ができました。
※ロックビットに関しては、ネットの断片的な情報から「おそらくこの値だろう」ということで書き込んでみたら動いたというのが正直なところです。本当は別の値があるのかもしれません、ＡＶＲＳＴＵＤＩＯなどで「ＣＦ」で書き込んでいる方もいるようです。（詳しい方、どうぞ教えてくださいm(_ _)m）
ちなみに乱暴なテスト方法では、ブートローダー書き込みに使ったケーブル４本をはずして、Ａｒｄｕｉｎｏに電源を入れてＤ１３と連動しているＬＥＤが点滅すればブートローダーがちゃんと働いています。
ただし、外部クロックのフューズビットに設定してあるときも点滅しますので、あくまで目安です。
（ちなみにこの方法はとても乱暴な方法ですので壊れても責任は持ちません）
最後に、これをプロトタイパーズで紹介されているように作成して組み込めばＯＫです。
間違いなければ、Ｄ１３と連動しているＬＥＤがチカチカと点滅をします。
私の場合、なぜかブレッドボードとチップが接触不良でうまく動かず、基板に作り直してやって動きました。
あとは、SparkfunのFTDI BASIC・3.3V版を接続してサンプルのＢＬＩＮＫを転送してみてください。
FTDI BASIC・3.3V版は、スイッチサイエンスが手軽で早く、入手しやすいです。
秋葉原の店頭で入手したい方は、千石電商の２階フロアのＡｒｄｕｉｎｏコーナーや、「マルツパーツ館 秋葉原2号店」などで買えます。
これが私が作ったＡｒｄｕｉｎｏ（ムサシーノ）互換機です。
チップの周りにはブレッドボード代わりに使えるソケットを配置してあって、リセットスイッチ（ＧＮＤと１番ピンを接触させる）が追加されています。
乾電池でピコピコ動いているのはなんかかわいいです(^^)
ちなみにここまで来るのに２週間かかりました。
昨日フューズビットがわからず徹夜して、今日のスケジュールを全部キャンセルし、もう一度プロトタイパーズの記事を読み返してやっと数値を見つけ、さらにそこから直して夕方にやっと動き出しました。ああもう疲れました。
でも、これでいろいろほっとして安心して眠れます。
（ちなみに、単三電池２本でＢＬＩＮＫのスケッチをどのくらい動かせるかと計ったところ、５日間以上動き続けて、こちらがめんどくさくなってやめました(^^;;;）
５Ｖ動作のＡｒｄｕｉｎｏについてはこちらです。
Ａｒｄｕｉｎｏ ＩＳＰを使った場合はこちらです。
（2011年11月現在、とても簡単な作り方が出来るようになりました）
ある程度Ａｒｄｕｉｎｏに慣れてくると、ふと「あー、この作った回路を残しておきたい…」って感じることありませんか？
回路図を書き残して、プログラムを保存して…
何日か経ってみたらもう一度その回路を作ることがめんどくさかったり、疲れていたりすると配線を間違えてしまって動かなかったり…じゃあ、もうひとつＡｒｄｕｉｎｏを買っておこうか？って思って気がつくと、手元にArduino Duemilanoveが三つ、ＭＥＧＡがひとつ、ＮＡＮＯが３つ、とかあるようになってしまいます。でもね、結局何の解決になってないし。
残したい回路が一つ出るたびに数千円は考えます。親せきの男の子に楽しいよって渡すにも数千円だとねぇ、子供の小遣いとしては高いし。
安くＡｒｄｕｉｎｏが作れたらいいのに！でもめんどくさそうだなぁとか、難しそうだなぁって思っていました。
で、そんなときに見つけたのがこのプロトタイパーズの記事です。
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/musashino_proto/20090806_307235.html
おおーっすげー！Ａｒｄｕｉｎｏを自作してる！
しかもすっごいシンプルな回路図だーっ！ おお、乾電池で動いてる！
これならハードウェア初心者の俺にも作れるぞ！
と思ったわけです。
で、やってみたい人もいるでしょうから、初心者にわかるように説明です。
用意するものは、プロトタイパーズを読んでもらえればわかりますので、私が悩んだポイントを中心にいきます。
（材料・ハードウェア系）
Arduino Duemilanove（１個）※ブートローダー書き込みのため
ＡＴＭＥＧＡ１６８（ＡＴＭＥＧＡ１６８ＰでもＯＫ）（１個）
SparkfunのFTDI BASIC・3.3V版（1個）※出来上がってから、プログラムを書き込むのに必要
積層セラミックコンデンサ、０．１μＦ（３個）
積層セラミックコンデンサ、１0μＦ（１個）
１０ＫΩの抵抗（１個）
１ＫΩの抵抗（3個：このうち１個はＤ１３のＬＥＤ点灯用）
ジャンパワイヤ適宜必要な分だけ
・コンデンサーや抵抗は不意の手違いで壊してしまうことも考えて予備もあると安心です。
・ＡＴＭＥＧＡ１６８を基板に取り付けることも考えて、ＩＣソケットもあったほうが安心。
（材料・ソフトウェア系）
ブートローダーを書き組むためのソフトとして…参考になったのがこちらです。
http://www.geocities.jp/arduino_diecimila/bootloader/index.html
まず、このとおりにArduino Duemilanoveを改造（？）し、パソコンに必要なものをインストールしましょう。
インストールするもの。
(1)FTDI BitBang AVR-Writer "avrdude-serjtag"
(2)avrdude-serjtag用設定ファイル"avrdude.conf"をダウンロードして、上書きコピー
(3)avrdudeのGUIラッパー"avrdude-GUI (yuki-lab.jp Version)"
(4).NET Framework 2.0がインストールされていないときは「.NET Framework 2.0」もインストールしてください。
※（１）～（３）は、ＸＰなら「C:\Program Files」フォルダにコピーすれば簡単ですが、ＶＩＳＴＡなどの場合は、他のディレクトリにインストールしないと正しく動作しないかもしれません。
で、新品のチップということで話をすると、
----------------------------------------------------
低速クロック動作にします。
Command line Option 欄に -B 4800 を記述します。
【注意】工場出荷状態のデバイスは高速クロックでは動作しません。
----------------------------------------------------
ということで、私の新品チップの場合はさらに 「-F」を追加しないとうまくいきませんでした。
（さらに、高速クロック動作で動かしてみることが書かれていますが、実際には必要ないのでこのままいきます）
DiecimilaやDuemilanoveなら、記事のままでいいのですが、ここで作ろうとしているのは外付け発振子のいらない８ＭＨｚのArduinoなので、ちょっと変わってきます。
まず、選ぶファイルはプロトタイパーズで説明されているように
----------------------------------------------------
次はProgramタブへ移って、ブートローダを書き込みます。ブートローダはArduino IDEに付属しています。IDEがインストールされているフォルダがarduino-0016だとしたら、arduino-0016→hardware→bootloaders→atmegaとたどっていくと、「ATmegaBOOT_168_pro_8MHz.hex」というファイルが見つかります。これが今回書き込むべきブートローダです。
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ということで、ブートローダのＨＥＸファイルは、「ATmegaBOOT_168_pro_8MHz.hex」を指定します。
（今はarduino-0016ではなく、arduino-0017になっているので読み替えてください）
さて、ここから重要な作業が続きます。ここを間違うと、最悪チップは動作不能に陥るので注意してください。
（１）まず「Chip Erase」で中身を消去
（２）フューズ・ビットの書き込み
本来、定義ファイルが「arduino-0017→hardware→bootloaders」の中にある「boards.txt」にすべて記載されているのですが、「ATmegaBOOT_168_pro_8MHz.hex」を内蔵クロックで動かすため値が変わります。
hFuse=DF
lFuse=E2
eFuse=00
となります。(168/168P共通)
なお、これはavrdude-serjtag、avrdude、avrdude-GUIを使って書き込む時の設定値です。
「AVR Studio」を使って書き込む場合は、
hFuse=DF
lFuse=E2
eFuse=F8
となります。これは、「avrdude」は未使用ビットを０、「AVR Studio」は未使用ビットを1として取り扱うために違う数値になります。（ｅＦｕｓｅの未使用ビットは７～３ビットです※この情報は未確認なのでご注意を）
（３）ＨＥＸファイル（ブートローダ）の書き込み
「ATmegaBOOT_168_pro_8MHz.hex」を指定
（４）ロックビットの書き込み
「０Ｆ」を指定して書き込み
これで、内部クロック8MHzで動作するArduino互換機ができました。
※ロックビットに関しては、ネットの断片的な情報から「おそらくこの値だろう」ということで書き込んでみたら動いたというのが正直なところです。本当は別の値があるのかもしれません、ＡＶＲＳＴＵＤＩＯなどで「ＣＦ」で書き込んでいる方もいるようです。（詳しい方、どうぞ教えてくださいm(_ _)m）
ちなみに乱暴なテスト方法では、ブートローダー書き込みに使ったケーブル４本をはずして、Ａｒｄｕｉｎｏに電源を入れてＤ１３と連動しているＬＥＤが点滅すればブートローダーがちゃんと働いています。
ただし、外部クロックのフューズビットに設定してあるときも点滅しますので、あくまで目安です。
（ちなみにこの方法はとても乱暴な方法ですので壊れても責任は持ちません）
最後に、これをプロトタイパーズで紹介されているように作成して組み込めばＯＫです。
間違いなければ、Ｄ１３と連動しているＬＥＤがチカチカと点滅をします。
私の場合、なぜかブレッドボードとチップが接触不良でうまく動かず、基板に作り直してやって動きました。
あとは、SparkfunのFTDI BASIC・3.3V版を接続してサンプルのＢＬＩＮＫを転送してみてください。
FTDI BASIC・3.3V版は、スイッチサイエンスが手軽で早く、入手しやすいです。
秋葉原の店頭で入手したい方は、千石電商の２階フロアのＡｒｄｕｉｎｏコーナーや、「マルツパーツ館 秋葉原2号店」などで買えます。
これが私が作ったＡｒｄｕｉｎｏ（ムサシーノ）互換機です。
チップの周りにはブレッドボード代わりに使えるソケットを配置してあって、リセットスイッチ（ＧＮＤと１番ピンを接触させる）が追加されています。
乾電池でピコピコ動いているのはなんかかわいいです(^^)
ちなみにここまで来るのに２週間かかりました。
昨日フューズビットがわからず徹夜して、今日のスケジュールを全部キャンセルし、もう一度プロトタイパーズの記事を読み返してやっと数値を見つけ、さらにそこから直して夕方にやっと動き出しました。ああもう疲れました。
でも、これでいろいろほっとして安心して眠れます。
（ちなみに、単三電池２本でＢＬＩＮＫのスケッチをどのくらい動かせるかと計ったところ、５日間以上動き続けて、こちらがめんどくさくなってやめました(^^;;;）
５Ｖ動作のＡｒｄｕｉｎｏについてはこちらです。
Ａｒｄｕｉｎｏ ＩＳＰを使った場合はこちらです。
2009-08-24 00:18
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