6809SBCボードやFM-7にArduinoを接続してRTCやLCDを制御

 6809SBCボードとFM-7にArduinoを接続してRTCやLCDを制御してみました

現在では様々なセンサー等が気軽に入手できて、電子工作好きには楽しい時代ですが、シングルボードマイコンやFM-7などにもそれらのセンサーを接続してみたいと考えていました。

今までにも、6809/6802Dualボードに搭載しているPIA（6821）を利用してRTC（ZS-042）を接続して、Flex9の起動時に時刻を自動的に読み込ませて、起動時の時刻の手入力を省略したりしていましたが（下記のブログで紹介）、もっと他のセンサーなども接続したいと思うようになりました。

　　2018年11月3日のブログ「PIAのみでRTCからの時刻の読み書きができました」

上記のPIAにRTCを接続した際には、I2Cによる通信プログラムをアセンブラで作成しましたのでかなり時間がかかりました。センサー毎にアセンブラによるプログラムを作成するのは非現実的ですので、間にArduinoのようなマイコンを挟めばよいのではないかと思いつきました。手持ちには数種類のマイコンがありますが、とりあえず最も手軽そうなArduinoで始めて性能に不満が出たら他のマイコンに置き換えれば良いと思って始めましたが、思ったよりも難しくて一ヶ月余りもかかってしまいました。

難しかったのは、6809側ではアセンブラによるプログラムでI2C通信するのですが、それに対するArduino側のC++(?)のプログラムの応答との関係が良く分からないことでした。

とりあえず、Arduinoを通してRTCとLCDを制御できましたので報告します。

全体の接続を下に示します。6821PIAとArduino間をハードI2Cで通信し、Arduinoと各センサー間はソフトI2Cで通信します。ソフトI2CではArduinoがマスターにしかなれないのでこのような構成となりました。

接続図

（１）ハードの設定

実際の実験の様子です。上部に見えるのが6809/6802Dualボードで、下にあるのがArduinoとセンサーです。

実験風景

ブレッドボード上の中央がRTC（ZS-042）、右が8桁x2行のLCD（AQM0802A）で、RTCから読んだ日時を表示しています。どちらも5V版なので、Arduinoに直結できています。またI2Cのプルアップ抵抗は、ハードI2C側は6821内部の抵抗を、ソフトI2C側はArduino内部の抵抗を利用していますので、単純にセンサーをArduinoに接続するだけで済んでいます。

（左のセンサーは他の実験のもので無関係です。）

センサー部のアップ

6809/6802Dualボードに接続した場合の結果です。アセンブラによるプログラムでArduinoに指示を送り、ArduinoがRTCを読んで結果を送ってきています。（とりあえずの実験なので単純にデータを順に表示していますが、左から年月日と時分秒です。）

6809/6802Dualボードによる結果

続いて、FM-7でも同様な実験を行ってみました。

右に装着されているのが6821PIAボード

使用したのは、以前報告したブログ「FM-7/77用拡張PIAボードとP-ROMライタ」（2020年6月26日）で製作したP-ROMライタ用の6821PIAボードです。

FM-7用6821PIAボード

6809ボードで用いたアセンブラプログラムをサブルーチン化して、F-BASICのプログラムから呼び出す形で使用しています。F-BASICのプログラムはサブルーチンを呼び出すことと結果を表示するためだけに用いています。

FM-7による結果

（２）プログラム作成

プログラム作成上で私が引っかかった点を列挙します。

１．ソフトI2CではArduinoはマスターにしかなれず、スレーブにはなれない。

　→ 最初は6809側をソフトI2Cで、センサー側をハードI2Cでと考えていたのですが、結局、逆にせざるを得ませんでした。

２．RTC（ZS-042）の制御ICであるDS3231用のライブラリDS3231.ｈはI2Cのアドレスを決め打ちしておりソフトI2Cには対応していない（ようです）。

　→ ライブラリを使わずに直接DS3231のレジスタを操作することになりました。

３．Arduinoで標準のWire.hでの割り込み関数 Wire.onRequest(requestEvent); や Wire.onReceive(receiveEvent); を6809ボードからのアセンブラプログラムでどうしたら起動させることができるか。また、Wire.requestFrom(ID, no); は使えないが、その代わりにどのようにしたらリクエストできるのか。

　→ 6809側からArduinoに何かのデータを書き込むと onReceive関数が反応するので、この receiveEvent関数内で送られてきたデータを読み込んで（必要がないので）捨てる。6809側にデータを送り返す作業は onRequest関数で呼び出される requestEvent関数内で行うという形で通信することができました。（receiveEvent関数では6809側に送り返すことはできませんでした。）

参考までに6809側のプログラムのソースを示します。

  0001 * 0002 * SBC_I2C.CMD 0003 * 0004 * ARDUINO (UNO) READ/WRITE by I2C on 6809SBC 0005 * 0006 * 6821(PIA) Port A <--> ARDUINO (UNO) 0007 * 0008 * Port A: b0:SCL -- Arduino A5 0009 * b7:SDA -- A4 0010 * 0011 * write format: 0012 * command : S+ADR+cmd1+cmd2+...+lastcmd+P 0013 * data : S+ADR+dat1+dat2+...+lastdat+P 0014 * (S:start condition, ADR:slave adrs, P:stop condition) 0015 * 0016 * Original version '2021.08.21 0017 * Copyright by Y.Yamamoto 0018 * 0019 0020 * subroutine on 6809SBC 0021 F803 WARMS EQU $F803 0022 FAAA PSTRNG EQU $FAAA 0023 F000 GETCHR EQU $F000 0024 F002 PUTCHR EQU $F002 0025 FA92 OUT2HS EQU $FA92 0026 FAB2 PCRLF EQU $FAB2 0027 0028 F0DC PADAT EQU $F0DC 0029 F0DD PACTL EQU PADAT+1 0030 0031 0010 SADRW EQU $10 =$08<<1+0 <-- Arduino adr set to $08 0032 0011 SADRR EQU $11 =$08<<1+1 0033 0034 1000 ORG $1000 0035 0036 1000 20 0A START BRA MAIN 0037 1002 01 VN FCB 1 0038 1003 FF ODAT FCB $FF 0039 1004 00 WK FCB 00 0040 1005 FF RDDATE RMB 7 sec,min,hour,day,date,month,year 0041 0042 100C MAIN EQU * 0043 0044 *=====reset pia===== 0045 *port A,B:output, data $ff:out 0046 100C 4F CLRA 0047 100D B7 F0DD STA PACTL select ddra 0048 *for pia exist check 0049 1010 86 55 LDA #$55 test data 0050 1012 B7 F0DC STA PADAT 0051 1015 B6 F0DC LDA PADAT 0052 1018 81 55 CMPA #$55 0053 101A 27 09 BEQ PIAOK 0054 101C 8E 10A3 LDX #MERR 0055 101F BD FAAA JSR PSTRNG 0056 1022 7E F803 JMP WARMS 0057 * 0058 1025 86 FF PIAOK LDA #$FF 0059 1027 B7 F0DC STA PADAT set output mode 0060 102A 86 36 LDA #$36 0061 102C B7 F0DD STA PACTL select peripheral 0062 *out High = bus release (set input mode) 0063 102F 86 FF LDA #$FF 0064 1031 B7 1003 STA ODAT save out data 0065 1034 B7 F0DC STA PADAT 0066 0067 *start cond. (scl=H,sda=H->L) 0068 1037 17 00C7 LBSR SETDTL 0069 103A 17 0097 LBSR SETCKL 0070 0071 *send slave adr+W ($10) 0072 103D 86 10 LDA #SADRW 0073 103F 17 00DD LBSR WRDAT 0074 0075 *wait ACK 0076 1042 17 0111 LBSR WACK 0077 0078 *send 1 chr 0079 1045 86 00 LDA #$00 <------ test data 0080 1047 17 00D5 LBSR WRDAT 0081 0082 *wait ACK 0083 104A 17 0109 LBSR WACK 0084 0085 *restart cond. 0086 104D 17 0084 LBSR SETCKL 0087 * LBSR SETDTL 0088 1050 17 0090 LBSR SETCKH 0089 1053 17 00BA LBSR SETDTH 0090 0091 *start cond. 0092 1056 17 00A8 LBSR SETDTL 0093 1059 17 0078 LBSR SETCKL 0094 0095 *send slave adr+R ($11) 0096 105C 86 11 LDA #SADRR 0097 105E 17 00BE LBSR WRDAT 0098 0099 *wait ACK 0100 1061 17 00F2 LBSR WACK 0101 0102 *read data 0103 1064 8E 1005 LDX #RDDATE 0104 1067 C6 06 LDB #7-1 read data on reg 0-6 0105 1069 34 04 RDLOP PSHS B 0106 106B 17 00CC LBSR RDDAT 0107 106E 17 00F3 LBSR SACK 0108 1071 30 01 LEAX 1,X 0109 1073 35 04 PULS B 0110 1075 5A DECB 0111 1076 26 F1 BNE RDLOP 0112 1078 17 00BF LBSR RDDAT read last data 0113 0114 *set NACK 0115 107B 17 0092 LBSR SETDTH 0116 107E 8D 63 BSR SETCKH 0117 1080 8D 52 BSR SETCKL 0118 1082 17 007C LBSR SETDTL 0119 0120 *stop 0121 *scl=H,sda=L->H 0122 1085 8D 5C BSR SETCKH 0123 1087 17 0086 LBSR SETDTH 0124 0125 *===== data disp ===== 0126 * 0127 108A 8E 100B LDX #RDDATE+6 0128 108D C6 07 LDB #7 0129 108F C1 04 DSPLOP CMPB #4 skip day of week 0130 1091 27 05 BEQ DSP1 0131 1093 BD FA92 JSR OUT2HS 0132 1096 30 1F LEAX -1,X 0133 1098 30 1F DSP1 LEAX -1,X 0134 109A 5A DECB 0135 109B 26 F2 BNE DSPLOP 0136 0137 109D BD FAB2 JSR PCRLF 0138 10A0 7E F803 JMP WARMS 0139 0140 10A3 50 MERR FCC /PIA does not exist!/,$0D,$0A 0141 10B8 04 FCB 4 0142 *************************************** 0143 * 0144 *start condition (scl=H,sda=H->L) 0145 10B9 STTCND EQU * 0146 10B9 34 06 PSHS A,B 0147 10BB 17 0043 LBSR SETDTL 0148 10BE 17 0013 LBSR SETCKL 0149 *send slave adr+W ($7C) 0150 10C1 86 10 LDA #SADRW 0151 10C3 17 0059 LBSR WRDAT 0152 *wait ACK 0153 10C6 17 008D LBSR WACK 0154 10C9 35 86 PULS A,B,PC 0155 0156 *stop condition (scl=H,sda=L->H) 0157 10CB STPCND EQU * 0158 10CB 34 06 PSHS A,B 0159 *scl=H,sda=L->H 0160 10CD 8D 14 BSR SETCKH 0161 10CF 17 003E LBSR SETDTH 0162 10D2 35 86 PULS A,B,PC 0163 0164 *set scl low(out b0=0) 0165 10D4 SETCKL EQU * 0166 10D4 34 04 PSHS B 0167 10D6 F6 1003 LDB ODAT 0168 10D9 C4 FE ANDB #$FE b0=0 0169 10DB F7 F0DC STB PADAT 0170 10DE F7 1003 STB ODAT 0171 10E1 35 84 PULS B,PC 0172 0173 *set scl Hi-Z = bus release (set input mode) 0174 10E3 SETCKH EQU * 0175 10E3 34 04 PSHS B 0176 *clock stretch 0177 10E5 F6 1003 LDB ODAT 0178 10E8 CA 01 ORB #$01 0179 10EA F7 F0DC STB PADAT 0180 10ED 12 SHWAIT NOP 0181 10EE F6 F0DC LDB PADAT 0182 10F1 57 ASRB b0->C 0183 10F2 24 F9 BCC SHWAIT 0184 *set scl Hi-Z 0185 10F4 F6 1003 LDB ODAT 0186 10F7 CA 01 ORB #$01 b0=1 0187 10F9 F7 F0DC STB PADAT 0188 10FC F7 1003 STB ODAT 0189 10FF 35 84 PULS B,PC 0190 0191 *set sda low(out b7=0) 0192 1101 SETDTL EQU * 0193 1101 34 04 PSHS B 0194 1103 F6 1003 LDB ODAT 0195 1106 C4 7F ANDB #$7F b7=0 0196 1108 F7 F0DC STB PADAT 0197 110B F7 1003 STB ODAT 0198 110E 35 84 PULS B,PC 0199 0200 *set sda Hi-Z = bus release (set input mode) 0201 1110 SETDTH EQU * 0202 1110 34 04 PSHS B 0203 1112 F6 1003 LDB ODAT 0204 1115 CA 80 ORB #$80 b7=1 0205 1117 F7 F0DC STB PADAT 0206 111A F7 1003 STB ODAT 0207 111D 35 84 PULS B,PC 0208 0209 *write data or adr 0210 *A:data or adr 0211 111F WRDAT EQU * 0212 111F C6 08 LDB #8 0213 1121 8D B1 WLOP BSR SETCKL 0214 1123 34 04 PSHS B 0215 1125 48 ASLA b7->C 0216 1126 24 04 BCC WL1 0217 1128 8D E6 BSR SETDTH 0218 112A 20 02 BRA WL2 0219 112C 8D D3 WL1 BSR SETDTL 0220 112E 8D B3 WL2 BSR SETCKH 0221 1130 8D A2 BSR SETCKL 0222 1132 8D CD BSR SETDTL 0223 1134 35 04 PULS B 0224 1136 5A DECB 0225 1137 26 E8 BNE WLOP 0226 1139 39 RTS 0227 0228 *read data 0229 *bit7:input data 0230 *(X):data 0231 113A RDDAT EQU * 0232 113A 6F 84 CLR ,X 0233 113C C6 08 LDB #8 0234 113E 34 04 RLOP PSHS B 0235 1140 8D CE BSR SETDTH 0236 1142 8D 9F BSR SETCKH 0237 1144 B6 F0DC LDA PADAT read data 0238 1147 48 ASLA data->C,clk=L 0239 1148 69 84 ROL ,X C->wk 0240 114A 8D 88 BSR SETCKL 0241 114C 8D B3 BSR SETDTL 0242 114E 35 04 PULS B 0243 1150 5A DECB 0244 1151 26 EB BNE RLOP 0245 1153 8D BB BSR SETDTH sda release 0246 1155 39 RTS 0247 0248 *wait ACK 0249 *ACK:sda=L 0250 1156 WACK EQU * 0251 1156 8D 8B BSR SETCKH 0252 1158 F6 F0DC WALOP LDB PADAT 0253 115B 58 ASLB data->C 0254 115C 25 FA BCS WALOP 0255 115E 17 FF73 LBSR SETCKL 0256 1161 8D AD BSR SETDTH sda release 0257 1163 39 RTS 0258 0259 *set ACK 0260 1164 SACK EQU * 0261 1164 8D 9B BSR SETDTL 0262 1166 17 FF7A LBSR SETCKH 0263 1169 17 FF68 LBSR SETCKL 0264 116C 8D A2 BSR SETDTH sda release 0265 116E 39 RTS 0266 0267 **wait ACK 0268 **ACK:sda=L 0269 *WACK EQU * 0270 * BSR SETCKH 0271 *WALOP LDB PADAT 0272 * ASLB data->C 0273 * BCS WALOP 0274 * BSR SETCKL !important! 0275 * RTS 0276 0277 *wait us 0278 116F WAIT EQU * 0279 116F 17 0000 LBSR WAI1 0280 1172 17 0000 WAI1 LBSR WAI2 0281 1175 17 0000 WAI2 LBSR WAI3 0282 1178 17 0000 WAI3 LBSR WAI4 0283 117B 39 WAI4 RTS 0284 0285 *************************************** 0286 0287 END START 0 error(s), 0 warning(s) is detected. Label address DSP1 1098 DSPLOP 108F GETCHR F000 MAIN 100C MERR 10A3 ODAT 1003 OUT2HS FA92 PACTL F0DD PADAT F0DC PCRLF FAB2 PIAOK 1025 PSTRNG FAAA PUTCHR F002 RDDAT 113A RDDATE 1005 RDLOP 1069 RLOP 113E SACK 1164 SADRR 0011 SADRW 0010 SETCKH 10E3 SETCKL 10D4 SETDTH 1110 SETDTL 1101 SHWAIT 10ED START 1000 STPCND 10CB STTCND 10B9 VN 1002 WACK 1156 WAI1 1172 WAI2 1175 WAI3 1178 WAI4 117B WAIT 116F WALOP 1158 WARMS F803 WK 1004 WL1 112C WL2 112E WLOP 1121 WRDAT 111F

以上、あちこち引っかかりながらも何とか目的を達することができましたが、次に何とかしたいと考えているのは、Windows側からUSBを通してArduinoにデータを送り、それをさらに6809/6802DualボードやFM-7に送ることです。

とりあえず、現在の状態でのプログラム（6809側のSBC_I2C.txtとそのバイナリ、Arduino側のsbc_i2c.ino、FM-7用のFBI2C、FBI2CSUBとその保存形式のFBI2CSUB2の６本）をOneDriveに上げておきます。

I2C通信でLCD表示器に文字表示ができましたが．．．

LCD表示器に文字表示ができましたが、標準の書き方ではなく．．．

使用したのはスイッチサイエンスで購入した8文字2行表示のAQM0802A(5V版)です。
5V版なので、10月27日に公開したRTCの回路にそのまま追加しました。

接続図

コマンド・データの書き込み手順

コントロールICはST7032iで、そのマニュアルによると、コマンドやデータはいずれもコントロールバイトとデータバイトの2バイトのセットで書き込むようになっています。

コマンドの場合　複数連続して書き込む場合　：$80+1byte(コマンドコード)
　　　　　　　　単独又は最後に書き込む場合：$00+1byte(コマンドコード)
データの場合　複数連続して書き込む場合　：$C0+1byte(データコード)
　　　　　　　単独又は最後に書き込む場合：$40+1byte(データコード)

$00+1byteや$40+1byteの後には必ずI2Cのストップコンディションが続いて終了することになっています。

連続書き込みでは$80や$C0を毎回書くのですが．．．

実際にプログラムを作って試してみると、
S+ADR+($80+CmdCode)+($80+CmdCode)+...+($00+CmdCode)＋P
や
S+ADR+($C0+Data)+($C0+Data)+($C0+Data)+...+($40+Data)+P
　（S:スタートコンディション、ADR:スレーブアドレス、P:ストップコンディション）
という書式で確かに書き込みができました。

しかし、ネット検索をしてみますと、$80や$C0を用いて連続書き込みをするのではなく、$00や$40を用いて1byteずつ書き込む例も結構見られます。例えばArduinoのC言語であれば、Wireライブラリを用いて、

コマンド書き込みの場合は
Wire.beginTransmission()とWire.endTransmission()で挟んで
Wire.write()で$00と1byteのコマンドを書く。

データ書き込みの場合は
Wire.beginTransmission()とWire.endTransmission()で挟んで
Wire.write()で$40と1byteのデータを書く。

というような形式です。（この例のbeginTransmission()とendTransmission()はそれぞれS+ADRとPだと思われます。）

もう少し効率的に連続書き込みをする方法がありました

確かに、１文字の書き込みなら$00や$40を用いるのがマニュアル通りの書き方なので良いのですが、複数バイトのコマンドやデータを書き込みたい場合には、スタートコンディション、スレーブアドレス、ストップコンディションを1byte毎に書くことになり、いかにも非効率です。

かといって、連続書き込み用の$80や$C0を1byte毎に書くのもあまり効率が良いとは言えません。スタートコンディション、スレーブアドレス、ストップコンディションは1回で済むという利点はありますが。（これしか方法がないのなら仕方がないのですが）

他の書き込み方はないのかと色々と試行錯誤した結果、下記のような書式で書き込めることを確認しました。

コマンド書き込みの場合
S+ADR+$00+(複数のコマンドコードを順に)+P

データ書き込みの場合
S+ADR+$40+(複数のデータを順に)+P


この書き方は、明らかにマニュアルで説明されている書式とは異なっているのですが、画像のようにちゃんと書き込めています。

AQM0802A表示例

最後に

なぜST7032iのマニュアルに載っていない書式で連続書き込みができるのかは分かりませんし、マニュアルを熟読すればどこかに記載されているのかもしれませんが、あくまでもAQM0802Aの一使用例として見ていただければと思います。
何か勘違いや間違い等ありましたらご指摘いただけるとありがたいです。

6809のアセンブラでLCDWR.TXT,LCDWR1.TXT,LCDWR2.TXTの3つのプログラムを作成し、いずれも正常に書き込みできることを確認しました。

LCDWR.TXTの書式（最も短い）
　　command : S+ADR+$00+cmd1+cmd2+...+lastcmd+P
　　data         : S+ADR+$40+dat1+dat2+...+lastdat+P
LCDWR1.TXTの書式（初期化コマンドのみ短い）
　　command : S+ADR+$00+cmd1+cmd2+...+lastcmd+P
　　data         : S+ADR+($C0+dat1)+($C0+dat2)+...+($40+lastdat)+P
LCDWR2.TXTの書式（標準の書式）
　　command : S+ADR+($80+cmd1)+($80+cmd2)+...+($00+lastcmd)+P
　　data         : S+ADR+($C0+dat1)+($C0+dat2)+...+($40+lastdat)+P

参考になるかどうかわかりませんが、作成した3つのプログラムのソースをMicrosoftのOneDriveに上げておきます。