このＰＤＦは，ＣＱ出版社発売の「V850マイコン入門 」の一部分の見本です． 内容・購入方法などにつきましては以下のホームページをご覧下さい． <http://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/MIF/MIFZ200906.htm> 第 1 部 V850 マイコンの基本知識 第 1章 まずは基板の組み立てと動作確認から始めよう 第 1 部 V850 マイコン基板で始める 組み込みプロセッサ入門 江崎 雅康 1. V850 マイコン搭載の 4 層基板 習教材にとどまらず，プロやアマチュアの評価・試作 基板として広く活用されることを期待しています． ● 32 ビット RISC プロセッサを搭載 Interface 2007 年 5 月号には，写真 1 のマイコン基 マイクロコントローラ（マイコン）は，NEC エレク 板「CQ_V850」が付属しました（2007 年 4 月号をお持ち トロニクスが開発した 32 ビット RISC プロセッサ V850 でない方は，Appendix 1 を参照） ．NEC エレクトロニ シリーズの「μPD70F3716GC」です．256K バイトのフ クスおよび村田製作所の協力を得て，32 ビット RISC ラッシュ ROM と 24K バイトの SRAM，そして多くの （Reduced Instruction Set Computer）プロセッサ V850 周辺機能を内蔵しています．CPU クロック周波数は に触れる機会を作りました． 表 1 は V850 マイコン基板（以下，V850 基板）の仕 様書，表 2 は部品リスト，図 1 は回路図です． 20MHz です． プリント基板には 4 層ガラス・エポキシ基板（FR-4） を採用しました． ハードウェアに関心を持ちながら，今まで機会がな 本基板の出荷検査時に，簡易データ・ロガーのプロ かった読者の皆さん．この基板を使って組み込みコン グラムを内蔵フラッシュ ROM に書き込み，動作を確 ピュータのハードウェアに触れてみませんか． 認しています．このプログラムは Interface 2007 年 5 この V850 基板が組み込みマイコン・システムの学 40ピン拡張ヘッダ CON1接続部 月号付属 CD-ROM，または TECH I Vol. 42 のサポート 32ビットRISCプロセッサ μ V850（ PD70F3716GC） （NECエレクトロニクス製） LED 3.3V電圧レギュレータ （NECエレクトロニクス製） 負荷容量内蔵チップ セラロック （村田製作所製） USB-シリアル変換IC CP2102 USBコネクタ Bタイプ実装位置 デバッグ用信号出力ヘッダ CON3 32.768kHz クロック用水晶発振子 実装位置 40ピン拡張ヘッダ CON2接続部 動作モード切り替え ジャンパ・ピンJ1∼J3 写真 1 マイコン基板「CQ_V850」 9 第 1 部 V850 マイコンの基本知識 表1 V850 基板の仕様書 32 ビット RISC プロセッサ V850（μPD70F3716GC，20MHz 動作） 内蔵フラッシュ ROM 256K バイト，内蔵 SRAM 24K バイト 搭載部品 供給電源電圧 プリント基板 外形寸法 表2 部品リスト 実 装 部 品 未 実 装 部 品 USB -シリアル変換 IC CP2102 LDO 電源レギュレータ μPD120N33TA-E1 負荷容量内蔵チップ（セラロック）CSTCR5M00G53 チップ LED LT1S67A LVCMOS ロジック IC 74LVC06DF 3.9V ∼ 6.0V 4 層ガラス・エポキシ基板 53mm × 56mm 品 名 品 番 積層セラミック・コンデンサ 0.1μF 積層セラミック・コンデンサ 10pF 積層セラミック・コンデンサ 1μF 積層セラミック・コンデンサ 4.7μF 積層セラミック・コンデンサ 10μF チップ LED ランプ LT1S67A 集合チップ抵抗 EXB-38V102JV 集合チップ抵抗 EXB-38V472JV 集合チップ抵抗 EXB-38V103JV チップ抵抗 0Ω チップ抵抗 10 Ω チップ抵抗 330 Ω チップ抵抗 10MΩ LVCMOS IC 74LVC05DR V850 マイコン UPD70F3716GC 注 1 USB- シリアル変換 IC CP2102 LDO 電源レギュレータ μPD120N33TA-E1 注 1 セラミック発振子 CSTCR5M00G53 注 2 （1）水晶発振子 32.768kHz （2）電源コネクタ DF1B_2P_2.5DSA （3）ヘッダ・ピン（40 ピン） A1-40PA-2.54DS （4）ヘッダ・ピン（10 ピン） 10P （5）USB B タイプ/ライト・アングル CU02SAH0000 − （6）ジャンパ・ピン − （7）ショート・プラグ 数量 4 2 2 2 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 3 3 部品番号 C1，C2，C3，C8 C6，C7 C11，C4 C9，C5 C10 LED1 R3 R5 R2，R9 R7，R8 R1 R10 R6 U2 U1 U3 U4 X1 Y1 CON5 CON1，CON2 CON3 CON4 J1，J2，J3 J1，J2，J3 注 1 ： NEC エレクトロニクス提供 注 2 ：村田製作所提供 Web ページ（http://cqpub.co.jp/interface/ TechI/Vol42/）の¥sample¥adsample フォルダに ソースを含めて収録してあるので，後から再書き込み することで復元できます． また，V850 内蔵のシリアル・ダウンローダとデバッ ガ ID850 に対応しています．アマチュアのホビー用途 からプロの試作・評価まで，各種組み込みシステムの 蘆ソース・コード・デバッガ ID850 のインター フェース 蘆フラッシュ ROM 書き込みツール FPL のインター フェース 蘆 V850 基板とパソコンの間の USB 通信 などに使うことができます． 出荷時の V850 基板は，USB のバス・パワーで動作 開発に対応できます． するように設定されています．USB ホストから電源の ● USB を装備――新幹線の中でも開発できる！ 供給を受けられるので，別途電源を用意しなくても動 V850 基板は USB インターフェースを備えています． さらに基板上には，USB-シリアル変換 IC である CP2102 を搭載しています．USB インターフェースは， 10 作可能です． ノート・パソコンの USB ポートに接続すれば，新 幹線の中でも開発ツールの学習や，開発プログラムの +3.3 +3.3 +3.3 R10 680 1 7 2 2 LT1S67A LED1 TXDA0 RXDA0 PCT6 D5/FLMD1 DCK DMS DDI DDO P05/INTP2/~DRST FLMD0 P37 PCT6 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 6 CON3 10P 6 3 +3.3 5 4 AGND CON2 A1-40PA-2.54DS AN0 1 1 AN1 2 2 AN2 3 3 AN3 4 4 AN4 5 5 AN5 6 6 AN6 7 7 AN7 8 8 AN8 9 9 10 P50/TIQ01/KR0/TOQ01/RTP00 10 RXDA2 11 11 12 P51/TIQ02/KR1/TOQ02/RTP01 12 P41 13 13 TXDA2 14 14 P42 15 15 P32 16 16 P33 17 17 PCM2/~HLDAK 18 18 P34 19 19 ~RES 20 20 ~WR0 21 21 ~WR1 22 22 ~RD 23 23 PCM3/~HLDRQ 24 24 P35 25 25 P36 26 26 P02/NMI 27 27 PCM1/CLKOUT 28 28 P03/INTP0/ADTRG 29 29 P04/INTP1 30 30 P05/INTP2/~DRST 31 31 P06/INTP3 32 32 33 AN9 33 34 AN10 34 35 AN11 35 36 ANO_1 36 ANO_0 37 37 +3.3 R4 0 38 38 OPEN 39 39 40 40 R9 EXB-38V103JV R5 EXB-38V472JV 8 7 ANO_1 ANO_0 AN11 AN10 AN9 AN8 AN7 AN6 AN5 AN4 AN3 AN2 AN1 AN0 R1 10 X2 AGND G 1 5 3 13 10 4 3 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 2 61 62 63 64 68 PCT6 35 36 37 38 39 40 41 42 8 14 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 PCM0/~WAIT PCM1/CLKOUT PCM2/~HLDAK PCM3/~HLDRQ TXDA2 RXDA2 P50/TIQ01/KR0/TOQ01/RTP00 P51/TIQ02/KR1/TOQ02/RTP01 DDI DDO DCK DMS FLMD0 ~RES P02/NMI P03/INTP0/ADTRG P04/INTP1 P05/INTP2/~DRST P06/INTP3 P40 P41 P42 TXDA0 RXDA0 P32 P33 P34 P35 P36 P37 +3.3 2 C5 C1 0.1μ F C4 1μF 4.7uF PDH5/A21 PDH4/A20 PDH3/A19 PDH2/A18 PDH1/A17 PDH0/A16 P915/A15/INTP6/TIP50/TOP50 P914/A14/INTP5/TIP51/TOP51 P913/A13/INTP4 P912/A12/SCKB3 P911/A11/SOB3 P910/A10/SIB3 P99/A9/SCKB1 P98/A8/SOB1 P97/A7/SIB1/TIP20/TOP20 P96/A6/TIP21/TOP21 P95/A5/TIP30/TOP30 P94/A4/TIP31/TOP31 P93/A3/TIP40/TOP40 P92/A2/TIP41/TOP41 P91/A1/KR7/RXDA1/SCL02 P90/A0/KR6/TXDA1/SDA02 PCT6/ASTB PCM0/WAIT PCM1/CLKOUT PCM2/HLDAK PCM3/HLDRQ PDL15/AD15 PDL14/AD14 PDL13/AD13 PDL12/AD12 PDL11/AD11 PDL10/AD10 PDL9/AD9 PDL8/AD8 PDL7/AD7 PDL6/AD6 PDL5/AD5/FLMD1 PDL4/AD4 PDL3/AD3 PDL2/AD2 PDL1/AD1 PDL0/AD0 P38/TXDA2/SDA00 P39/RXDA2/SCL00 P50/TIQ01/KR0/TOQ01/RTP00 P51/TIQ02/KR1/TOQ02/RTP01 P52/TIQ03/KR2/TOQ03/RTP02/DDI P53/SIB2/KR3/TIQ00/TOQ00/RTP03/DDO P54/SOB2/KR4/RTP04/DCK P55/SCKB2/KR5/RTP05/DMS FLMD0 RESET P02/NMI PCT1/WR1 P03/INTP0/ADTRG PCT0/WR0 P04/INTP1 P05/INTP2/DRST P06/INTP3 PCT4/RD P40/SIB0/SDA01 P41/SOB0/SCL01 XT2 P42/SCKB0 P30/TXDA0/SOB4 P31/RXDA0/INTP7/SIB4 P32/ASCKA0/SCKB4/TIP00/TOP00 P33/TIP01/TOP01 XT1 P34/TIP10/TOP10 P35/TIP11/TOP11 P36 P37 REGC P11/ANO1 P10/ANO0 P711/ANI11 P710/ANI10 P79/ANI9 P78/ANI8 P77/ANI7 P76/ANI6 P75/ANI5 P74/ANI4 P73/ANI3 P72/ANI2 P71/ANI1 P70/ANI0 AVss AVref0 AVref1 X2 C3 0.1μF 9 Vdd 70 BVdd 34 EVdd C2 0.1μF X1 U1 UPD70F3716GC 86 85 84 83 82 81 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 C7 10pF 32.768KHz A21 A20 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5/FLMD1 D4 D3 D2 D1 D0 ~RD C6 10pF ~WR1 ~WR0 15 16 67 66 65 7 6 60 59 88 87 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 Y1 R6 10M +3.3 FLMD0 RXDA0 TXDA0 13 11 J3 1 J2 1 5 4 J1 1 5 3 ~WR0 ~RES 6 2 ~WR1 10 12 74LVC06DR U2F 74LVC06DR U2E ID850_PGFPL 2 U2C 74LVC06DR 6 ID850 2 PGFPL 2 7 +3.3 R2 EXB-38V103JV 1 8 ~RD CON1 A1-40PA-2.54DS A0 1 1 A1 2 2 A2 3 3 4 A3 4 5 A4 5 A5 6 6 A6 7 7 A7 8 8 A8 9 9 A9 10 10 A10 11 11 A11 12 12 A12 13 13 A13 14 14 A14 15 15 A15 16 16 A16 17 17 A17 18 18 A18 19 19 20 A19 PCM0/~WAIT 21 20 21 P40 22 22 D0 23 23 D1 24 24 D2 25 25 D3 26 26 D4 27 27 D5/FLMD1 28 28 D6 29 29 D7 30 30 D8 31 31 D9 32 32 D10 33 33 D11 34 34 D12 35 35 D13 36 36 D14 37 37 D15 38 38 39 A20 39 40 A21 40 8 0 1 U2B 9 10 13 14 15 16 17 1 28 27 26 25 24 23 3 9 12 11 2 4 3 2 1 CP2102 GND NC NC NC NC NC D+ VBUS D- NC OUTPUT INPUT U4 UPD120N33TA-E1 NC NC NC NC NC NC DCD DTR DSR TXD RXD RTS CTS RST REGIN SUSPEND SUSPEND Vdd RI U3 5 6 7 +3.3 R3 EXB-38V102JV 1 8 +3.3 CP_CTS CP_RTS CP_ TXD CP_DTR 74LVC06DR 4 U2D 74LVC06DR R7 74LVC06DR 2 U2A C10 10μ F 1 1 8 5 3 22 21 20 19 18 4 8 5 3 6 7 +3.3 C9 4.7μF 3 4 CON4 USB_CON 1 2 1μF 1 2 DF1B_2P_2.5DSA CON5 C11 +5V C8 0.1μF X1 CSTCR5M00G53 1 12 X1 Vss 11 EVss 33 GND 4 0 R8 UPD70F3716GC BVss 69 GND 2 C +5V 第 1 章 V850 マイコン基板で始める組み込みプロセッサ入門 図 1 CQ_V850 の全回路図 11 D[0..4],D[6..15],A[5..19] 第 1 部 V850 マイコンの基本知識 蘆統合開発環境： PM ＋ デバッグなどを行えます． 蘆 C コンパイラ＆アセンブラ： CA850 CP2102 は，5mm × 5mm の QFP パッケージの中に 蘆ソース・コード・デバッガ： ID850 USB-シリアル変換機能だけでなく， 蘆フラッシュ ROM 書き込みツール： FPL 蘆 USB 用クロック発振回路 蘆パワー ON リセット回路 蘆 3.3V 電圧レギュレータ（最大 100mA） も内蔵しています．CP2102 内蔵のリセット回路を CA850 は評価版です．従来のフラッシュ ROM 容量 128K バイトの機能制限は，V850 基板企画に合わせて 256K バイトに拡張されています． V850 基板に USB コネクタをはんだ付けし，パソコ CPU のリセットにも活用しています． ● 256K バイトに対応した C コンパイラ，ソース・ コード・デバッガ 本書の Web サイトより，次のツールがダウンロー ンと USB ケーブルを用意すれば，V850 マイコンの開 発環境が整います． ● USB バス・パワーから LDO 電源で 3.3V を生成 マイコン・システムを完成させるためには，CPU だ ドできます． コラム 1 はんだ付け入門 しゃると思います．V850 基板では，自分ではんだ付け 1，2 秒で図 B（d）のように部品と基板パターンにしみ込 ．． み始めます．ここではんだごてを引くのがコツです． する必要があることから，はんだ付けの出来不出来が完 この呼吸が大事です．早くこてを引きすぎると，はん 成基板の信頼性を左右します．そこではんだ付けの勘所 だは玉状になったままになります．これは「イモはんだ」 をお話ししましょう． と呼ばれ，はんだ付け不良の代表です． ● はんだごてとはんだの選択 ● 上手なはんだ付けのコツ 読者の中には，はんだ付けは初めてという方もいらっ はんだごては 13W ∼ 15W 程度の先の細いものを用意 ロジンははんだを還元して粘性を少なくする働きをし します．こて先は 2mm ∼ 3mm のものを選びます．30 ます．こてに付いたはんだは時間がたつと酸化して，ぱ W，60W の大きなはんだごてでは，温度が上がり過ぎて さぱさした感じになります．上手なはんだ付けのコツは， うまく付けられないだけでなく，小さな部品を熱で破壊 粘性の少ない溶けたてのはんだを使って手早く行うこと することもあります． です． はんだは径 1mm 前後の糸はんだを用意します．糸は んだは図 A に示すようにはんだを糸状に加工して中心部 古くなったはんだは濡れたスポンジか雑巾でぬぐい取 ります． にロジン（松ヤニ）を入れ込んだ構造になっています．は もったいないような気もしますが，酸化してぱさぱさ んだは鉛とスズの合金ですが，筆者はスズ 60 ％のもの になったはんだは捨て去り，溶けたての新鮮なはんだで を使っています．鉛フリーのはんだもありますが，高価 素早く…というのが上手なはんだ付けのコツです． でより高度な温度管理を必要とします．初めての方は鉛 先 はんだの使用をお勧めします． 先 こて ● はんだ付けの呼吸 こて 糸はんだ 図 B ははんだ付けの手順を図示したものです．まず， 図 B（a）のようにはんだ付けする基板と部品を予熱しま す．熱容量の小さな部品の場合は必要ありません．次に 糸はんだを当てて溶かします〔図 B（b） 〕 ． 最初，図 B（c）のように玉状になっていたはんだは， 基板 部品 （a）こてを当てて予熱 はんだの玉 基板 部品 （b）糸はんだを溶かす 先 先 こて こて はんだ ロジン （松ヤニ） 図A 糸はんだの構造 12 ・はんだは鉛とスズの合金 ・通常のはんだはスズ50％∼60％程度 基板 部品 （c）最初，玉のようになって いたはんだも… 図 B はんだ付けの手順 基板 部品 （d）基板のスルー・ホールの 中へはんだがしみ込む 第 1 章 V850 マイコン基板で始める組み込みプロセッサ入門 けでなく，確実にシステムを立ち上げるための電源リ 基板に差す足 (3) セット IC や安定した電源電圧を供給する LDO（Low (5) Drop-Out）電源回路，安定な発振周波数を得るクロッ (1) ク回路などが必要です． (7) V850 マイコンの動作電圧は 3.3V です．V850 マイコ (2) ンの消費電流は，クロック周波数 20MHz で 45mA， CP2102 や LED ランプの消費電流を加えても 75mA 程 度です． CP2102 内蔵のレギュレータでも動作可能ですが， 応用回路の消費電流を考慮する必要があります．今回 (6) は NEC エレクトロニクスの協力を得てμPD120N33 TA-E1 という電圧レギュレータを搭載しました．300 写真 2 追加部品のすべて mA までの電流を出力できますが，SC-74A パッケー 数字は表 2 部品リストにおける未実装部品の番号． (4) ジは最大消費電流 180mW という制限があります．5V 入力で 100mA，3.9V 入力で 300mA の負荷電流を得る ことができます． ず必要な部品は （5）USB コネクタ（B タイプ） （6）ジャンパ・ピン（6 ピン） （7）ショート・プラグ 2. 部品を実装し，動作させよう です． Interface 誌付属 V850 基板には雑誌へのとじ込みと USB コネクタは，「足」が基板に差せるものを選ん 梱包上の制約から，コネクタやジャンパ・プラグなど でください．図 2 に USB コネクタの外形寸法を示し の機構部品が付いていないので，コネクタ類を接続す ます． る必要があります（V850 マイコン・リピート基板はコ V850 基板とパソコンの間を接続するために，写真 3 ネクタなどの部品を実装済みのため，はんだ付け不 に示す USB ケーブルも必要です．このケーブルはパソ 要）．電源には USB のバス・パワーを使えます．電源 コン・ショップで販売しています． ジャンパ・ピン（J1 ∼ J3）は V850 マイコンの動作 用の部品などを特に用意する必要はありません． 表 2 の部品リストのうち， 「未実装部品」の欄の部品 を読者の皆さんの手ではんだ付けしてください．基板 上に追加部品の配線パターンが用意されているので， ダ・ピンが使えるレイアウトになっています． 表 3 はジャンパ・プラグの設定と動作モードの一覧 表です．すべて開放（OFF）で「通常実行モード」にな はんだ付けは容易です． 写真 2 は V850 基板の全追加部品です．このうち必 ります．V850 基板とパソコンを写真 3 に示す USB 2 3 1 4 7.78 10.30±0.3 0.80 3.18 12.2 8.45 5.60 16.00±0.3 5.69 モードを設定するためのものです．3 ピン× 2 列のヘッ 0.7±0.2 2.84 2.63 2.71 0.85 4.71 0.40 10.28±0.3 単位：mm 図 2 USB コネクタの外形寸法 2.50 12.04 写真 3 USB ケーブル 13
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