電子ブロック工房

色々と考えるところ有って、PIC16f690を用いて、1 Hzから50 MHzまで測定できる簡易周波数測定器と、その動作検証のための発振回路を作成した。

<PIC16f690を使った周波数測定器と発振回路 のつづき>

現在の回路は源内ＣＡＤで書かれており、次のとおり。

（<%media(20090919-main_0063_06.zip|ここからダウンロード)%>）

シミュレーションの結果は、次のとおり。

<回路進捗 のつづき>

ジャンプ・コール・リターンの３つの命令が実行できるようになった。とりあえず、バックアップの意味もかねて、記事を上げる。

現在設計中のコンピューターの特徴は、次のとおり。

・データラインは８ビット、アドレスラインは１４ビット（16384 bytes）。
・２つの８ビット汎用レジスター、X, Y。
・フラグは、ゼロとキャリーの２つ。これらを含むFレジスターは、データ読み書きのセグメントアドレスを含む。
・ プログラムカウンタは、１２ビット。従って、全アドレスのうち４分の１の、４０９６バイトのみがプログラミングに利用できる。
・スタックポインタは、８ビット。全アドレスの最後の２５６バイトのみが、スタック領域として利用できる部分。
・すべての命令が２バイトで記述される。

<設計進捗 のつづき>

源内CADには、標準ではオープンコレクタ（オープンドレイン）の回路をシミュレートする機能が無い。自作コンピューターでは、回路簡略化のため、オープンコレクタ（＋プルアップ）を多用する可能性が高い。これを源内CADでシミュレートするための仕組みを考えた。

<源内CADでオープンコレクタ のつづき>

Dタイプ・フリップフロップの場合は、次のとおり。

これもWikipediaからだが、NANDゲートだけで組んだこの回路は、源内CADでちゃんとシミュレートできる。

<D-FF のつづき>

JKタイプのフリップフロップの勉強。これを今まであまりよく理解していなかった。もしかしたら便利な場面が出てくるかもしれないので…。

まず、Wikipediaに載っている最も簡単な回路を再現してみた。

回路図中でNANDゲートにHやLが有るのは、シミュレーション開始時にデフォルトでHやLを出力するように改変した特殊なもの。これを入れることで、無事にシミュレーションが開始する。

ところが、どうもうまくいかない。j=Hのときにクロックを与えると（この回路では、短い幅のクロックを与えないといけないらしい）ちゃんと設定される。しかし、k=Hのときだと、どんな形のクロックを与えても、必ず発振してしまう。

<JK-FF のつづき>

<%media(20090724-pc.zip|プログラムカウンタの回路図)%>


シミュレーションも、ＯＫ。

8 bit CPU への移行に伴って、クロック周りの回路を大幅に書き換えた。

まずできたのは、<%media(20090724-clock4.zip|以下のもの)%>。

<タイミング回路、再び のつづき>

紆余曲折の結果、結局 8 bit のオーソドックスなCPUに落ち着きそう。

仕様は、次のとおり。

version 0.0.6.1

data line: 8 bits
address line: 14 bits (8 bits + 6 bits; 256 x 64)

registors X(8), Y(8), F(8), PC(12), SP(8)
F: Z, C, S5, S4, S3, S2, S1, S0 (Z, C: zero and carry flags; S: segment registor)
stack segment is always 0x3f
program can be written from 0x0000 to 0x0fff


All 2 byte commands

0x00, 0x01, ... , 0x0f: goto, operand: 12 bits.
0x10, 0x11, ... , 0x1f: call, operand: 12 bits.
0x20, 0x21, ... , 0x27: X=XX, [X]=XX, X=(XX), (XX)=X, Y=XX, [Y]=XX, X=(XX), (XX)=X
0x28, 0x29, ... , 0x2f: (see below)
0x2800 - 0x280f: X=X (NOP), X=Y, X=F, X=SP, reserved, X=[Y],
0x2810 - 0x281f: Y=X, Y=Y, Y=F, Y=SP, Y=[X], reserved,
0x2820 - 0x282f: F=X, F=Y, F=F, SP=SP, F=[X], F=[Y],
0x2830 - 0x283f: SP=X, SP=Y, SP=F, SP=SP, SP=[X], SP=[Y],
0x2880 - 0x288f: [X]=X, [X]=Y, [X]=F, [X]=SP, reserved, reserved,
0x2890 - 0x289f: [Y]=X, [Y]=Y, [Y]=F, [Y]=SP, reserved, reserved,
0x2900 - 0x290f: [SP]=X, [SP]=Y, [SP]=F,
0x2920 - 0x292f: push X, push Y, push F, SP--
0x2940 - 0x294f: [++SP]=X, [++SP]=Y, [++SP]=F,
0x2960 - 0x296f: [SP+1]=X, [SP+1]=Y, [SP+1]=F,
0x2980 - 0x298f: X=[SP], Y=[SP], F=[SP],
0x29a0 - 0x29af: X=[SP--], Y=[SP--], F=[SP--],
0x29c0 - 0x29cf: pop X, pop Y, pop F, SP++
0x29e0 - 0x29ef: X=[SP+1], Y=[SP+1], F=[SP+1],
0x30, 0x31, ... , 0x38: (XX)=X+Y, (XX)=X-Y, (XX)=X&Y, (XX)=X|Y, (XX)=X+Y+C, (XX)=X-Y-C, (XX)=X^Y, (XX)=~X
0x38, 0x31, ... , 0x3f: X=++(XX), X=--(XX), reserved x2, Y=++(XX), Y=--(XX), reservedx2
0x40, 0x41, ... , 0x4f: jz, operand: 12 bits.
0x50, 0x51, ... , 0x5f: jc, operand: 12 bits.
0x60, 0x61, ... , 0x6f: jnz, operand: 12 bits.
0x70, 0x71, ... , 0x7f: jnc, operand: 12 bits.
0x80, 0x81, ... , 0x8f: reserved
0x90, 0x91, ... , 0x9f: reserved
0xa0, 0xa1, ... , 0xaf: reserved
0xb0, 0xb1, ... , 0xbf: reserved
0xc0, 0xc1, ... , 0xcf: reserved
0xd0, 0xd1, ... , 0xdf: reserved
0xe0, 0xe1, ... , 0xef: reserved
0xf0, 0xf1, ... , 0xff: reserved

(XX) = [3Fh:XX]; used as registors; genelary, F0-FF (16 registors) are used.

<8 bit CPU のつづき>

IC16F690をつかった、pi calculatorの完成形。結果は、

3.141592653589793238462643383279502884

となる。

以下は、3.141592653589793238462643まで計算したところ。


本当は、小数点以下３６桁まで計算し表示するのだが、その計算に８分強かかる。フルの長さの動画がアップできなかった。

<pi calculator  のつづき>