CE-140F エミュレータを作る

CE-140F エミュレータを作ってみようという記事です。

CE-140F エミュレータはマイコンボードと microSD カードでポケットディスクドライブ CE-140F をエミュレートするというものです。

概要
部品表
組み立て
プロジェクトのコンパイルと転送
使い方
FABIO FUMI 版 PCB
ぽよこまだんな版 PCB
その他の情報

概要

FABIO FUMI 氏による CE-140F エミュレータが開発中で、GitHub にてハードウェアとソフトウェアの情報が公開されています。

Sharp CE-140F disk drive emulator with an ST-Nucleo board (GitHub: @ffxx68)

本記事は、このエミュレータをブレッドボードで作ってみようという趣旨となっています。

部品表

CE-140F エミュレータを自作するにあたって必要な部品は次の通りです。部品一覧は基板の回路図を元にしています。

部品	規格	数量
Nucleo-L432KC		1
microSD カードモジュール		1
microSD カード	DAISO の 32GB とかで OK	1
ロジックレベル変換モジュール	BSS138 使用のもの	2
ダイオード	1N4148	4
抵抗	3kΩ (不具合対応)	4
	10kΩ	6
	47kΩ	5
積層セラミックコンデンサ	0.1μF	1
ハーフサイズブレッドボード	(S)AD-101 または EIC-3901 を推奨	2

回路図に合わせてロジックレベル変換に BSS138 のモジュールを 2 つ使っていますが、FXMA108 のモジュールを使えば配線がいくらかスッキリします。
回路図に存在するユーザーボタンはオミットされています。ユーザーボタンを実装するには追加で次の部品が必要となります。
- タクトスイッチ x 1
- 100Ω抵抗 x 1
- 積層セラミックコンデンサ 0.1μF x 1
別途配線用の線材が必要です。

組み立て

組み立て方です。 6 穴ブレッドボードの配線例を示します。

Nucleo-L432KC の裏面にある SB18 と SB16 の 0Ω抵抗 (またはハンダブリッジ) を取り外します。そのままだと PA5 (A4) と PA6 (A5) がアナログ入力用途となり、SPI 用途で使用できないため、microSD が使えません。表面にあるジャンパーピンも抜いておいてください。
部品を配置します。上側のブレッドボードの電源レーンは + 側が左右で分割されている事に注意してください。
見づらくなるので、機能別の配線を示します。まずは SD カード用の配線です。

microSD

L432KC SPI microSD

PA7 (A6) MOSI 2 D1 (CMD)

PA6 (A5) MISO 6 D0 (DAT0)

PA5 (A4) SCLK 4 SCK (CLK)

PB5 (D11) CS 1 CS (CD / DAT3)

入力用の配線です。ダイオードから繋がっている 10KΩ抵抗は、3KΩ抵抗に変更した方がいいかもしれません (参考)。

Input
L432KC	経由	ペリフェラル
PA8 (D9)	10KΩ抵抗	BUSY (4)
PA11 (D10)	10KΩ抵抗	DOUT(5)
PA0 (A0)	10KΩ抵抗	XOUT (7)
PA1 (A1)	10KΩ抵抗	DIN (8)
PB0 (D3)	10KΩ抵抗	SEL2 (10)
PA12 (D2)	10KΩ抵抗	SEL1 (11)

出力用の配線です。

Output
L432KC	経由		ペリフェラル
PB6 (D5)	レベル変換2	ダイオード	DOUT(5)
PB1 (D6)	レベル変換3	ダイオード	DIN (8)
PB7 (D4)	レベル変換1		ACK (9)
PA10 (D0)	レベル変換4	ダイオード	SEL2 (10)
PA9 (D1)	レベル変換5	ダイオード	SEL1 (11)

全体の配線です。リボン状になっているジャンパーワイヤーを使い、機能別にまとめると若干スッキリします。
おまけのユーザーボタン用配線です。プッシュボタン (タクトスイッチ) は向きに注意してください。プッシュボタンの種類によっては、足を狭めると 4 本ともブレッドボードに挿せます。プッシュボタンの足を広げてブレッドボードの中心を跨がないでください。反対側には 11 ピンペリフェラル端子があるのでショートします。
- タクトスイッチ, 100Ω抵抗, 47kΩ抵抗, 0.1μF コンデンサを追加。
- L432KC の PB4 (D12) に接続されていたプルアップ抵抗を除去。
- L432KC の PB4 (D12) からプッシュボタンへジャンパー (青色の線)。
- 100Ω抵抗横の GND 線を追加。
ペリフェラルコネクタの 1 ピン目の配線を横に逃がせば、プッシュボタンを跨いで配置する事ができ、配線も多少簡素化できます。

※ 配線はブレッドボード用 (BREADBOARD) のものとなっています。GitHub の回路図は基板用 (PCB_V1) となっている事に注意してください。

プロジェクトのコンパイルと転送

プロジェクトをコンパイルするには Keil Studio Cloud を使います。Mbed のアカウントを持っていない場合には、事前にサインアップする必要があります。

Keil Studio Cloud

以下、プロジェクトのコンパイルと転送です。

Keil Studio Cloud へブラウザでログインします。
[File | Clone...] を開きます。何もプロジェクトがない状態だと、左側に [Clone] のリンクがあると思います。
URL に GitHub のアドレス (https://github.com/ffxx68/Sharp_ce140f_emul) を入力します。プロジェクト名はそのままで構いませんので、[Add Project] を押します。
プロジェクトが読み込まれたら、Target Hardware で NUCLEO L432KC を選択します。
[Build project] ボタンを押してビルドします。デフォルトの状態だと、ブレッドボード用 (BREADBOARD) のビルドになります。
ビルドに成功すると sharp_ce140f_emul.NUCLEO_L432KC.bin というファイルがダウンロードされます。
NUCLEO L432KC と PC を USB ケーブルで接続するとドライブが見えるようになりますので、先程ダウンロードした .bin ファイルをここへドロップします。

ブレッドボード組みの場合は、main.cpp の PCB_V1 の定義をコメントアウトし、BREADBOARD をアンコメントして有効にする必要があります。

#define BREADBOARD // prototype
//#define PCB_V1 // PCB make

PC-E500 系で大きなファイルが LOAD できない場合には、commands.h にある OUT_BUF_SIZE と IN_BUF_SIZE の値を調整してみてください。

// communication data depth (max file size during LOAD)
#if defined TARGET_NUCLEO_L432KC
#define OUT_BUF_SIZE 20000
#define IN_BUF_SIZE 1000
#endif
#if defined TARGET_NUCLEO_L053R8
#define OUT_BUF_SIZE 256
#define IN_BUF_SIZE 256
#endif

プレビルドバイナリの転送

ver1.7 からは GitHub の Release ページでバイナリファイルが提供されるようになったので、これをダウンロードしてドロップするだけでよくなりました。

Release - SHARP CE140F EMUL (GitHub: @ffxx68)

使い方

筐体の右にあるペリフェラルコネクタに接続します。USB ケーブルを接続して L432KC に電力を供給する必要があります。ポケコン側には給電されない事に注意してください。

デバッグ出力がシリアルポートへ出力されています (115200 bps)。正しく動作しない場合にはデバッグ情報を確認してください。LD3 の LED (緑) が激しく点滅している (デバッグ出力にずっと ok が流れている) 場合には、接触不良か配線ミスを疑ってみてください。

2024/10/20 現在でサポートされているディスク命令は次の通りです。

動作	命令
〇	CHAIN
〇	CLOSE
×	COPY
△	DSKF
〇	EOF
△	FILES
〇	INPUT#
×	INIT
〇	KILL
×	LFILES
〇	LOAD
？	LOAD M
×	LOC
×	LOF
〇	MERGE
×	NAME
〇	OPEN
〇	PRINT#
〇	SAVE
？	SAVE M
×	SET