ＰＩＣｋｉｔ２自作　制作：2007-11-13〜2008-03-30

ＰＩＣｋｉｔ２のユーザーズガイドの一番最後のページにＰＩＣｋｉｔ２の回路図が掲載されています。ファームウェアも自由にダウンロードできるので自作しようと思えば作れます。ＰＩＣが内部に使われているので、そもそも書き込み機が無いと作れないところが問題です。

トランジスターなどが日本で入手しにくいものが使われているので日本で入手しやすい物に置き換えました。ＦＥＴの選択肢が狭く面実装タイプになっていますが、それ以外は半田付けしやすいリードタイプの部品です。部品の価格は基板を除いて￥２０００ちょっとで済みそうです。


両面基板なら簡単なのですが、片面だとＥＡＧＬＥのオートルーターで未配線がだいぶ残ります。もう少しレイアウトを工夫すれば未配線が少なくなるかもしれません。大きさはＰＩＣｋｉｔ２の２倍程度です。


現時点の回路図　＜−　最終版は異なるかもしれません

秋月電子でＵＳＢコネクターの在庫が切れているみたいなので制作はしばらくやりません。

現物を見るとＲ３２，とＣ１６がありません。プッシュスイッチの付近の部品ですがＰＩＣのソフトで弱プルアップしているので不要になった物と思われます。


コイルは１３Ｖを作り出している回路の一部です。この回路で一番デジタル的でない部分がこれです。１３Ｖが正常に出れば、つまずきそうな部分は他になさそうです。


表からだと透けて見えるのに、裏からだと透けて見えないのは何故？　銅箔にはハーフミラー的性質があるのでしょうか？


ブレッドボード用の小物を作る



ショットキバリアダイオードというのは順方向の電圧が普通のダイオードより小さい。


コイルはラジアルタイプとアキシャルタイプの２種類を購入


組立開始


超大作完成。RailToRailのオペアンプだけ入手しにくいＭｉｃｒｏｃｈｉｐ社製のMCP6291を使用している。たぶん５，６カ所は誤配線があるにちがいない。


USBケーブルをつないで動かしてみた。ハードそのものはＰＩＣｋｉｔ２であると認識してくれる。が、こんなエラー。


上のエラーは配線が間違っていた。修正したらちょっとエラーが変わった。


オリジナルのＰＩＣｋｉｔ２と比べると電圧が出てない箇所があるので、一番怪しそうなＦＥＴを調べる。データシート通りＶｇｓが−１．３ＶほどにならないとＦＥＴがオンしない。オリジナルの回路のＦＥＴはもっと定電圧でオンする。ＦＥＴの選択からやり直しかも。これが原因であるとも言い切れないし思ったよりＰＩＣｋｉｔ２クローンを作るのは大変そうだ。


ＦＥＴはあまり使ったことがないのでこの本で確認しながら進めている。左の本は文章がおかしいところがあってちょっと読みにくい。右は良書。トランジスタ回路の設計は２冊あって、「続」のほうがＦＥＴ、続じゃないほうが普通のトランジスタについて書いてある。


これがオリジナルの回路のＦＥＴのデータシートＶｇｓ（ｔｈ）が低い


秋月電子で買ったＦＥＴのデータシート。


特にＦＥＴは交換しなかったがＰＩＣを認識するところまではいってくれる。が．．．


プログラムを読み込んだ直後にこれが出る。


うまくいかないので、怪しそうな半導体部品をＰＩＣｋｉｔ２と同じにしてみることにした。ＩＲＦ社はオンライン注文出来るのでオーダー入力してみたら送料＆手間賃が＄５０もするので取り止め。探したらＲＳオンラインにもあったので購入先変更。とどいたら再実験開始です。

＄５４も買おうとしてますが、本来必要なのは一番下の３個で＄０．９１のものだけ

部品が届いたので、チップ部品をブレッドボード用のＤＩＰタイプに変換。そして結線図を書く。


．．．で、　一部部品を交換しながら書き込み実験。


成功！！　結局ＲＳオンラインで購入した部品を使わずに出来てしまった。交換したのはオペアンプだけ。後は書き込むＰＩＣをいろいろ変えて実験だ。


上の状態はほぼ偶然であった。その後は殆ど書き込めない。動作が安定しないのでＦＥＴを１個だけ交換。ちょっと良くなったが．．．
うまくいくのはＰＩＣ１２Ｆ６７５、ＰＩＣ１６Ｆ８４Ａ，ＰＩＣ１６Ｆ８８、ＰＩＣ１６Ｆ８７３、ＰＩＣ１６Ｆ８７７。
ダメなのがＰＩＣ１６Ｆ８７６，ＰＩＣ１８Ｆ４５２，ＰＩＣ１８Ｆ２５５０、ＰＩＣ１８Ｆ２３２０。
ＦＥＴはあと２個あるのでそれも交換してみるか．．．　科学的じゃないな、交換しました、そしたら動きましたって言うのは。ソフトのロジックが解らないので他に方法もないのだが。
（追記）
　ファームウェアもプログラマーもソースコードが公開されているみたいです。ソースコードを読めばロジックも解るはずです。


ＦＥＴを交換してみたが状況あまり変わらず。ＶＤＤエラーが出るので電源の供給経路を回路図で確認するとＤ４（ショットキバリアダイオード）以外に、これといって電圧降下が発生しそうな部品が入っていない。比較のために本物のＤ４の電圧降下をテスターで調べてみると０．１７Ｖ、対してもどきの方は０．２８Ｖ。わずか０．１Ｖだが比率で言うと大きい。このダイオード、ＩＣＳＰ先の回路の電源が逆流しないようにしている物のようだが、ＺＩＦソケットを使って書き込むだけなら取ってしまってもよさそう。そして、取ってしまうとこのエラーが出なくなる。


ＰＩＣ１８Ｆ２５５０のメモリーを読み込んでいるところ、黄色と赤のＬＥＤは点灯したままこの位置で止まってしまう。毎回同じ位置で止まるわけではないので配線が長すぎるのが原因かもしれない。試作基板作ってみないとダメかな。


この２つのシリアルＥＥＰＲＯＭはパソコンから切り離した状態でプログラムを書き込む物だと思ったのだが、マニュアルにそのような使い方が載っていない。（よく見ていないだけか？）
回路を切り離してしまってもＰＩＣｋｉｔ２　Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｒは動くし、書き込みも出来る。何のための物だろう？


基板パターンを作りました。


ちょっとたけ古くなっていた感光基板。周囲が何だか黄色っぽい。このサイズの写真だと解らないが今までで最悪の出来。黄色く変色している部分が露光不足になる。有効期限までは８ヶ月もあるのだが、直射日光でも当ててしまっただろうか？


組立完了。ジャンパー線は裏面に１本だけ


電圧エラー。ショートしてる？？？


オペアンプの入力ピンの極性が逆でした。基板を修正。こんどはＰＩＣ１８Ｆ２５５０にも書き込めます。やはり配線長などの問題だったようです。


１０個単位でないと購入できない物が多く通販で買うとかなり高くつきます。余る部品の方が多いくらいです。また、この表には送料が入っていません。

ダイオードが入手困難になってしまっているようですが秋月電子で販売されているショットキバリアダイオード「１Ｓ３」で大丈夫だと思います。＜−（追記）やってみました。ＯＫでした。

安定動作するようになったのでＦＥＴを秋月で売っている安いやつに変更して実験。豪華５段重ね。これでも問題なし。上の部品表はこのＦＥＴに変更してあります。緑の部品はコイルです。


回路図＆基板パターン　＜−ＥＡＧＬＥファイル

・２カ所未配線があります。そこはジャンパー線でつなぎます。
・実際に上で作った物とはちょっと異なります。
　　１．ＦＥＴが秋月電子で販売されている物に変更されている
　　２．オペアンプの結線ミスが訂正されている

小型の両面基板バージョンも作ってみました。捨て基板をマスクパターンで挟んで感光。


ずっと以前に購入したが大量のエッチング液が必要になるので、今まで使用していなかったエッチング装置を使いました。ポンプで空気を送り込んでエッチング液を攪拌する仕組み。本来はもっと上の方までエッチング液を入れて、ヒーターも使います。


小さい基板で良かったのだが、使用期限切れになっていた２００×１００ｍｍの基板があったのでそれを使用。本当はデジタル時計用に購入した物。


ソケットを表面から半田付けするのは難しい。ＩＣＳＰ出来るのでソケットを使わない方が本当は楽。リード部品を表と裏から半田付けする方式。スルーホール加工は一切不要なパターンにしてあります。ビアも巨大です。


半田付け完了したところ。表と裏。結線上は問題ないが、Ｃ１４の位置がいまいち。


ファームウェアを書き込み。


書き込みテスト。特に問題なし。オリジナルのＰＩＣｋｉｔ２より３割程度大きい。


両面基板バージョンの回路図＆基板パターン　＜−ＥＡＧＬＥファイル

最終版回路図　＜−ＧＩＦファイル

余ったプリント基板（穴空いてません）２枚と作った２個は、ほぼ実費で販売します。ＥＥＰＲＯＭが無いので販売は２００８年３月末頃の予定。基板は部品込みで￥２６００、作った２つの完成品は￥２９００。ＵＳＢケーブルも込みの価格です。

動作保証ありませんが、テストして書き込み出来た物の一覧はこれ。これ以外は持ってないのでテストできてません。
ＰＩＣ１２Ｆ６７５
ＰＩＣ１６Ｆ８４Ａ
ＰＩＣ１６Ｆ８８
ＰＩＣ１６Ｆ８７３
ＰＩＣ１６Ｆ８７７
ＰＩＣ１６Ｆ８７６
ＰＩＣ１８Ｆ４５２
ＰＩＣ１８Ｆ２５５０
ＰＩＣ１８Ｆ２３２０

これはキット化するかもしれません。半アナログ回路で部品点数が多いためキット化出来たとしても￥３８００〜￥４０００になると思います。

ＰＩＣｋｉｔ２のお遊び、これにて終了。

追記
何だかエラーが出るようになった。原因がわからず半導体を片っ端から交換。結局コイルの近くのトランジスター（Ｑ４）付近に半田の削りくずが乗っていたことが解る。たぶんその影響でコイルの電圧が変な方に逃げたみたい。トランジスターとオペアンプが壊れていた。基板裏側の２個のＦＥＴは冤罪で死刑にしてしまった。

◆◆◆　キット化　◆◆◆

この実験はあまり意味がないが、電源が「へなちょこ」な可能性のあるノートパソコンでの書き込みテスト。正しいＵＳＢなら５００ｍＡ供給できなければいけないので電源容量には余裕が十分あるはず。


ＥＡＧＬＥのデータをそのまま送付すればよいＯＬＩＭＥＸと違ってＰ板．ｃｏｍはガーバーデータから基板を作ってもらう必要がある。ＥＡＧＬＥで生成したガーバーデータをＧＣ−Ｐｒｅｖｕｅでチェックする。何処をどんな風にチェックするのかと聞かれると困るが、何となくそれらしいデータが生成されているか否かを見る。


Ｐ板．ｃｏｍにオーダーした基板のパターン＆回路図　＜−ＥＡＧＬＥファイル
Ｐ板．ｃｏｍにオーダーした基板のガーバーフォーマットファイル　＜−これで作ってもらいました

基板届きました。以前はもっと大きな袋にまとめて入ってましたが。今回は１０個単位に小分けしてパックされています。この方が錆びにくくて良い。


できあがった基板の裏と表。


３個作って基板にパターンミス（ＥＡＧＬＥを使っているのであり得ないのだが）が無いか確認。３個ともＯＫ。１個は自分用。残り２個は売店で販売予定。


キット化の様子。とても大変。昔はキットメーカーがたくさんあったが少なくなっていく理由が身にしみて解る。インターネットによってガレージキットメーカーが増えていってキットメーカーが無くなった隙間を埋めていくのだと思う。


以上キット化おしまい。どんな商品になったかはこちらをごらんあれ。

（追記　2008-03-30）
ケーブルを抜いた後に直ぐ差し込み直すと装置（ほぼＰＩＣキット２）を認識してくれません。オリジナルのＰＩＣＫｉｔ２はこの問題が発生しません。１分ほど放置すると「ほぼＰＩＣキット２」でも問題が発生しないので、コンデンサーが放電しきれずにＰＩＣのＵＳＢインターフェースにリセットがうまくかかっていないのではと思い電圧を測定。オリジナルのＰＩＣＫｉｔ２はケーブルを抜くと直ぐに０Ｖになります、「ほぼＰＩＣキット２」は０．６Ｖまでは直ぐに下がりますが、そこから先はゆっくり電圧が落ちていきます。


この実験をしながら、「そういえば回路図にあるが、現物に付いていない抵抗を省略したことを思い出す」．．．　省略したのはＲ３４。この抵抗は電源間に入っている。


電源間に抵抗を追加。これで問題は発生しなくなった。厳密に言うと１，２秒で抜き差しを繰り返すと問題が発生するがたぶんオリジナルのＰＩＣＫｉｔ２よりコンデンサの容量が大きいためだと思う。それにしても０．５ＶならＰＩＣは動作できなくなっているので何でこの問題が発生するのかはいまいち不明。問題の原因がこれであることは間違いないのだが．．．


キットは売店で売ってます。工作好きの人のために「基板のみ」というのもあります。