ＰＣ−９８０１のプリンター・ポートに接続するライタ

※この回路は1994年末から1995年初めにかけて製作・使用 したもので、現在はライタ回路及び使用できるPC-9801シリーズもありませんので、サポートできないことをお断り しておきます。また、本ドキュメントは1995年にPC-9801のワープロで書いたものをWindows用にコンバート したもので、図表等おかしなところもありますがご容赦ください。

　ＰＩＣ１６Ｃ８４内蔵のＥＥＰＲＯＭは基板上に実装された状態でもプログラミングできるように工夫されています。これはインシステム・シリアルプログラミング（ＩＳＰ）モードと呼ばれ、図１のように接続してシリアル方式でプログラミングを行うものです¹⁾。

このとき使用するピンは下記の３本とＶＤＤ、ＶＳＳピンです。
１）ＲＢ７（ＤＡＴＡ）：デ−タの入出力
２）ＲＢ６（ＣＬＯＣＫ）：クロックの入力
３）ＭＣＬＲピン：書き込み電圧（ＶＰＰ）を印加するとプログラミング・モードになります
このようにＩＳＰモードでは使用するピンが少ないため、プリンター・ポート（使用可能な出力ピンは９本、入力ピンは１本）でも特別な工夫無しにライタが製作できます。
　ＩＳＰモードを利用して製作したライタの回路図を図２に示します。図中に示したプリンター・ポートの番号はプリンター側（セントロニクス端子）のものです。よって、ＩＢＭ　ＰＣ／ＡＴ互換機などでもセントロニクス端子に接続可能なものであれば、後述するパソコン側の制御ソフトを変更すればこの回路がそのまま使えると思います。次に、回路の説明を兼ねてライタ製作の注意点について述べます。

　プリンター・ポートとＰＩＣ１６Ｃ８４の間には３ステート・バッファ（７４ＨＣ１２６）を挿入しています。これは、ＲＢ７（ＤＡＴＡ）ピンが双方向で使われるためです。ＲＢ７（ＤＡＴＡ）ピンが入力モードとなる場合には、プリンター・ポートのＤ７ピンにより３ステート・バッファをイネーブルとし、同Ｄ０ピンの信号がＲＢ７（ＤＡＴＡ）ピンに与えられるようにします。一方、ＲＢ７（ＤＡＴＡ）ピンが出力モードとなる場合には、３ステート・バッファをディスイネーブルとし、ＲＢ７（ＤＡＴＡ）ピンからの出力を妨げないようにします。また、ＲＢ７（ＤＡＴＡ）ピンからの出力はバッファを通して、プリンター・ポ−トのＢＵＳＹピンに入力するようになっています。ＲＢ６（ＣＬＯＣＫ）ピンは入力に固定されているためバッファを使用する必要はありませんが、７４ＨＣ１２６にある４組のバッファを余らせることもないので、３ステート・バッファを常時イネーブルとして使用しました。ＭＣＬＲピンへの書き込み電圧（ＶＰＰ）の印加は、プリンター・ポートのＤ２ピンにより制御するようになっています。ＭＣＬＲピンはプリンター・ポートのＤ２ピンがＨＩＧＨレベルの時にＶＰＰ、ＬＯＷレベルの時に８．２ｋΩの抵抗でＧＮＤにプル・ダウンするようになっています。プリンター・ポートのＤ２ピンもバッファを通してあり、これで７４ＨＣ１２６のバッファを無駄なく使い切っています。プリンター・ポートの出力ピンには１０ｋΩの抵抗が挿入されていますが、これは誤配線や回路デバッグ時に誤ってプリンター・ポートの出力バッファを壊さないための用心です。同様に、ＲＢ７（ＤＡＴＡ）やＲＢ６（ＣＬＯＣＫ）ピンとバッファの間にも１０ｋΩの抵抗が挿入されていますが、これも誤配線や制御ソフトのミスなどで出力が衝突した時に回路を保護するためのものです。電源回路は９Ｖ出力の００６Ｐタイプの電池を２個直列にしたもの又は＋１５Ｖ程度の出力電圧を持つＡＣアダプターから、三端子レギュレータによりＶＤＤとＶＰＰを作っています。ＰＩＣ１６Ｃ８４の作動電圧範囲は２．０Ｖ〜６．０Ｖと広いのが特徴ですが、プログラミング時はＶＤＤを４．５Ｖ〜５．５Ｖに保つ必要がります。また、ＶＰＰは１２．０Ｖ〜１４．０Ｖとなっています。ＶＰＰを作りだす方法には色々あると思いますが、今回は７８Ｌ１２のＣＯＭピンにダイオード（１Ｓ１５８８）を２本直列に接続して出力電圧を１．５Ｖ程度（ダイオードの順方向降下電圧×２）かさ上げし、ＶＰＰを１３．５Ｖ程度としました。ＰＩＣ１６Ｃ８４のプログラミング時に消費される電流はＶＤＤが最大５０ｍＡ、ＶＰＰが最大１ｍＡです。このため、５Ｖ用の三端子レギュレータに７８Ｌ０５（１００ｍＡ出力）を使用することも考えられますが、１８Ｖ程度の電圧を５Ｖまで落としますから、三端子レギュレータの内部損失が大きく（エネルギー効率が悪い）、７９Ｌ０５のようなＴＯ９２パッケージでは放熱が十分でないと考え、ＴＯ２２０パッケージの７８Ｍ０５を使用しました。一方、ＶＰＰの方は消費電流が小さいためＴＯ９２パッケージの７８Ｌ１２で十分です。ライタにＰＩＣ１６Ｃ８４を装着する場合には、電源がＯＦＦとなっていることを確認しなければなりません。そのため、ＬＥＤにより５Ｖ電源の状態を表示するようにしています。
　写真１に製作したライタを示します（※：写真はありません）。使用した基板は７２ｍｍ×６７ｍｍの大きさのユニバーサル基板です。ＰＩＣ１６Ｃ８４用のＩＣソケットにはゼロプレッシャー・タイプのソケットを使いたいところですが、今回は抜き差しが比較的容易な板バネ・タイプのものを使用しました。プリンター端子にはパネル取り付けタイプのアンフェノールの３６ピン・コネクタ（メス）をＬ字金具（パーツ店などで売られています）により基板に取り付けました（基板に直付けできるコネクタもありますがピン配列やピッチが特殊なものが多く、普通のユニバーサル基板では利用できないようです）。製作に要する費用はＡＣアダプターとＰＩＣ１６Ｃ８４を除けば２０００円以下で済むと思います。

　ＩＳＰモードでは表１に示した命令によりＥＥＰＲＯＭのプログラミングを行います。命令は６ビット長のコードで、書き込み命令や読み出し命令ではデータが付加されます。データは１４ビット長ですがＬＳＢとＭＳＢに０が付加され１６ビット長となります。命令やデータの送受信は図３のようにＲＢ６（ＣＬＯＣＫ）ピンとＲＢ７（ＤＡＴＡ）ピンを用いた同期シリアル通信により行われます。命令コードやデータはＬＳＢより順に送受信します。

　このように、ＲＢ６（ＣＬＯＣＫ）ピンに与えるクロックに同期して送受信を行いますから、処理速度の遅いＢＡＳＩＣインタプリタを制御に使用しても問題ありません。今回使用したのはＭＳ−ＤＯＳ版のＮ８８−ＢＡＳＩＣ（インタプリタ）ですが、特殊な命令は使用していないので他の言語への書き換えは容易だと思います。 　リスト１にライタ制御プログラムを、図４に各部のフローチャートを示します。次に、各部分の説明と注意点について説明します。

１）初期化

　プリンター・ポートをＯＵＴ命令により直接操作し，ＭＣＬＲ端子をＧＮＤレベルにするためＤ２ピンをＬＯＷにします。ＰＣ−９８０１ではプリンター・ポートのデータ・ピンはＩ／Ｏアドレスの４０ｈ番地に、ＢＵＳＹピンは４２ｈ番地のビット２にマップされています。続いて、処理の選択となります。なお、クロス・アセンブラが出力するオブジェクト・ファイルやＥＥＰＲＯＭから読み出したデ−タを格納するファイル名およびパス名は固定されていますが、もちろん変更したり、ＩＮＰＵＴ文で指定するようにしても構いません。

２）プログラム用ＥＥＰＲＯＭのプログラミング

　フローチャートを図４（ａ）に示します。まず最初に、ＭＣＬＲピンにＶＰＰを印加しプログラミング・モードにします。次に、ＰＩＣ１６Ｃ８４内部のプログラム・メモリ用アドレス・カウンタを００００ｈに初期化するため、プログラム・メモリへのデータ・ロード命令を実行します。データ・ロード命令の後には１４ビット長のプログラム・コードを伴いますが、ここではダミー・データを使います（書き込み命令を実行しないので、ＥＥＰＲＯＭへの書き込みは行われません）。同時に制御ソフト内でアドレス・カウンタの値を記憶するアドレス・ポインタも初期化します。次に、オブジェクト・ファイルを１行づつ読み込みます。このオブジェクト・ファイルのデータ・フォーマットを図５に示します。

　アドレス・ポインタと書き込むデータのアドレスが一致しない場合には、両者が一致するまでインクリメント・アドレス命令を実行します。 　命令及びデータの書き込み手順を図４（ｂ）に示します。命令は６ビット長でＬＳＢから順に書き込みます。次に、１４ビット長のデータを書き込みますが、データの前後に０を付加し、全１６ビット長のデータをＬＳＢから順に書き込みます。最後に、書き込み命令によりデータをＥＥＰＲＯＭに書き込みます。ＥＥＰＲＯＭへの書き込みが終了するまで１０ｍｓ以上の時間が必要です。この待ち時間はソフトウェア・ループ（ＦＯＲ〜ＮＥＸＴ）によって実現していますので、機種によってループ回数を変更する必要があります（リスト１はＰＣ−９８０１ＲＡ２１／ＲＡ５１を使用した場合です）。ループ回数はリスト２のようなプログラムを実行し、実行時間が１０ｓ以上となるように決めます。書き込み終了後、データ・リード命令によりプログラム用ＥＥＰＲＯＭからデータを読み出します。

リスト２　ループ回数を決めるプログラム

10 INPUT "N=",N
20 PRINT TIME$
100 FOR I=1 TO 1000
110 FOR J=1 TO N :NEXT J
120 NEXT I
130 PRINT TIME$
140 GOTO 10

データの読み出し手順を図４（ｃ）に示します。読み出したデータと書き込んだデータが一致しなかった場合にはエラーを表示しプログラムを終了します。なお、プログラム用ＥＥＰＲＯＭの書換可能回数は最小で１００回程度しか保証されていませんので注意が必要です（例えば、インクリメント・アドレス命令の実行を忘れると、簡単に保証回数をオーバーしてしまいます）。

　なお、リスト１のプログラムではＥＥＰＲＯＭのデータを読み出し、ファイルに書き出すことも可能となっていますが、これは図４（ａ）からプログラム・メモリへの書き込み命令をスキップするだけですから、説明は省略します。

３）コンフィグレーション・ヒューズのプログラミング

　ＰＩＣ１６Ｃ８４のプログラム・メモリの２０００ｈ〜２００３ｈ番地にはＩＤ情報を格納するエリアが、２００７ｈ番地にはコンフィグレーション・ヒューズがマップされています。この領域への書き込み手順を図４（ｄ）に示します。最初に、アドレス・カウンタを２０００ｈとするためコンフィグレーション・ヒューズへのデータ・ロード命令を実行します。ただし、書き込み命令は実行せず、ＥＥＰＲＯＭへの書き込みはしません。

　次に、ＩＤ情報とコンフィグレーション・ヒューズのデータを書き込みますが、ここではプログラム用ＥＥＰＲＯＭへのデータ・ライト命令を使用します（コンフィグレーション・ヒューズへのデータ・ロード命令はアドレス・カウンタを２０００ｈとするために１度実行するだけです）。同様に、読み出しもプログラム用ＥＥＰＲＯＭからのデータ・リード命令を使用します。

４）データ用ＥＥＰＲＯＭのプログラミング

　フローチャートを図４（ｅ）に示します。最初に、ＭＣＬＲ端子をＧＮＤに落としてから再びＶＰＰを印加し、ＰＩＣ１６Ｃ８４をリセットします。データ用ＥＥＰＲＯＭへのデータ・ロード命令やデータ・リード命令を用いる他は、上記２）のプログラム・メモリ用ＥＥＰＲＯＭへの書き込みとほぼ同じ手順です。

５）プログラム用ＥＥＰＲＯＭの全消去

　コンフィグレーション・ヒューズのコード・プロテクション機能を有効とした場合には、プログラム用ＥＥＰＲＯＭに記憶されたデータは読み出しも書き込みも不可能となります。コード・プロテクション機能を解除するには、プログラム用ＥＥＰＲＯＭ（コンフィグレーション・ヒューズも含まれる）の全消去が必要となります。全消去の手順を図４（ｆ）に示します。最初に、リセットをかけ、コンフィグレーション・ヒューズへのデータ・ロード命令を実行して、アドレス・カウンタを２０００ｈにします。その後、コンフィグレーション・ヒューズのアドレス（２００７ｈ）に達するまで、インクリメント・アドレス命令を実行します。そして、図４（ｆ）に示した順に消去命令を実行します。なお、データ用ＥＥＰＲＯＭは消去されません。

　ライタは図１のように接続します。接続はＰＣ−９８０１及びライタの電源をＯＦＦにして行います。次に、オブジェクト・ファイルを指定のディレクトリに用意し、Ｎ８８−ＢＡＳＩＣを立ち上げ、制御プログラムをＲＵＮし、ライタにＰＩＣ１６Ｃ８４を装着して、最後にライタの電源をＯＮにします。後は、メニューに沿って実行するだけです。 　回路図（図２）を見れば判りますが、ＰＩＣ１６Ｃ８４の逆挿入などを検出する保護回路は内蔵されていませんので装着は慎重に行って下さい。逆挿入した場合、ＰＩＣ１６Ｃ８４は壊れてしまいます。

1. MICROCHIP DATABOOK,1994