しなぷすのハード製作記

ArduinoでグラフィックLCDを動かす(AQM1248A編)(5)

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2016年03月31日 公開。

3-6-2.レベル変換用ICを使う方法

前のページでは抵抗分圧方式のレベル変換回路を使って、AQM1248Aを5V動作のArduinoに接続する方法を説明しましたが、今度は、レベル変換用のICを使って接続する方法を説明します。

3-6-2-1.74AHC244を使う接続法

74AHC244は、図30に示すように、8つの3ステートバッファが内蔵されており、4つごとに負論理のイネーブル信号(1/OEと2/OE)で制御されています。

1/OE(1番ピン)の入力がLの時は、1A1(2番ピン)、1A2(4番ピン)、1A3(6番ピン)、1A4(8番ピン)に入力された信号が、それぞれ1Y1(18番ピン)、1Y2(16番ピン)、1Y3(14番ピン)、1Y4(12番ピン)にそれぞれ出力されます。1/OEの入力がHの時は、1Y1、1Y2、1Y3、1Y4の全ての出力がハイインピーダンス(電源側にもGND側にもつながっていない状態)になります。

残りの4つの3ステートバッファについても同様に、2/OE(19番ピン)のイネーブル信号で制御されます。

図30、74AHC244の機能を表わした回路図
図30、74AHC244の機能を表わした回路図
TEXAS INSTRUMENTS社のデータシート"SNx4AHC244 Octal Buffers/Drivers With 3-State Outputs"より転載

20ピンのICで、DIPパッケージ品も存在します。DIP品のピン接続を図31に示します。

図31、74AHC244のDIP品のピン接続
図31、74AHC244のDIP品のピン接続
TEXAS INSTRUMENTS社のデータシート"SNx4AHC244 Octal Buffers/Drivers With 3-State Outputs"より転載

この様に、出力をハイインピーダンスにできる3ステートバッファが入った74AHC244ですが、今回は2つのイネーブルピン(1/OEと2/OE)の入力をLに固定し、ただのバッファ(Lを入力したらLを出力し、Hを入力したらHを出力する論理回路)として使います。

74AHCシリーズのCMOS ICは、電源電圧より高い入力電圧を印加しても、壊れることなく正常に動作しますから、5V→3.3Vのレベル変換に使えます。(一方で、アマチュアの電子工作に最も広く使われている74HCシリーズは、電源電圧より高い電圧を入力端子に印加すると、ラッチアップと呼ばれる、IC内部に異常な大電流が流れる現象が起こり、その電流により故障する事があります)

それでは、74AHC244を使って5V動作のArduinoとAQM1248Aを接続する方法を説明しましょう。

具体的な配線の方法を図32(ハードウェアSPI)と図33(ソフトウェアSPI)に示します。また、図32および図33の配線を行った試作回路の写真を、それぞれ写真16と写真17に示します。

図32、74AHC244を使ってAQM1248Aを5V動作のArduinoに接続する場合の配線図(ハードウェアSPI)
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図32、74AHC244を使ってAQM1248Aを5V動作のArduinoに接続する場合の配線図(ハードウェアSPI)
図33、74AHC244を使ってAQM1248Aを5V動作のArduinoに接続する場合の配線図(ソフトウェアSPI)
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図33、74AHC244を使ってAQM1248Aを5V動作のArduinoに接続する場合の配線図(ソフトウェアSPI)
Arduino Unoの場合は、11番端子とSPI-4端子、および13番端子とSPI-3端子がArduino内部で接続されているので、図32の結線と電気的に等価。
写真16、74AHC244を使ってAQM1248AをArduino Unoに接続した例 (ハードウェアSPI)
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写真16、74AHC244を使ってAQM1248AをArduino Unoに接続した例
(ハードウェアSPI)
写真17、74AHC244を使ってAQM1248AをArduino Unoに接続した例 (ソフトウェアSPI)
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写真17、74AHC244を使ってAQM1248AをArduino Unoに接続した例
(ソフトウェアSPI)

図32の配線(ハードウェアSPI)を行った場合、動作試験のスケッチは3ページリスト1になります。

図33の配線(ソフトウェアSPI)を行った場合、動作試験のスケッチは3ページリスト2になります。

これら2つのスケッチは、Arduino IDE 1.0.X、1.6.Xおよび1.7.Xで動作します。(Arduino IDE 1.0.6、1.6.7および1.7.8とArduino Uno、Arduino LeonardoおよびArduino Mega2560の組み合わせ、計9通りで動作確認済み)

なお、DIPパッケージの74AHC244としてTI(TEXAS INSTRUMENTS)のSN74AHC244Nを使いました。このICは秋月電子では取り扱っていませんが、マルツで入手できます。

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3-6-2-2.HD74LVC541A/HD74LV541A/TC74VHC541FTを使う接続法

表面実装品でいいなら、秋月電子で手に入るHD74LVC541AHD74LV541ATC74VHC541FTも使えるはずです。(ただしこれらのICについては、当方で動作試験をしていませんので、回路を作る人は、ご自分の責任でお願いします)

HD74LVC541A、HD74LV541A、およびTC74VHC541FTは、いずれも機能やピン配置が共通のICです。これらのICのピン接続を図34に示します。

図34、HD74LVC541A/HD74LV541A/TC74VHC541FTのピン接続
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図34、HD74LVC541A/HD74LV541A/TC74VHC541FTのピン接続
RENESAS社のデータシート"HD74LVC541A Octal Buffers/Line Drivers with 3-state Outputs" (RJJ03D0251-0600Z Rev.6)より転載。

3ステートバッファが8個入っていますが、これらが/G1(1番ピン)と/G2(19番ピン)の負論理入力のANDを取った信号で制御されています。つまり、/G1と/G2の両方がLなら、Y1~Y8にはA1~A8の信号がそのまま出てきますが、/G1と/G1の内どちらか一方でもHになると、Y1~Y8はハイインピーダンスになります。

今回は、ただのバッファとして使いたいので、/G1と/G2を共にLに固定する事にします。

これらのICを使って5V動作のArduinoにAQM1248Aを接続する場合は、図35(ハードウェアSPI)または図36(ソフトウェアSPI)にしたがって配線を行ってください。

図35、HD74LVC541A/HD74LV541A/TC74VHC541FTを使ってAQM1248Aを5V動作のArduinoに接続する場合の配線図(ハードウェアSPI)
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図35、HD74LVC541A/HD74LV541A/TC74VHC541FTを使ってAQM1248Aを5V動作のArduinoに接続する場合の配線図(ハードウェアSPI)
図36、HD74LVC541A/HD74LV541A/TC74VHC541FTを使ってAQM1248Aを5V動作のArduinoに接続する場合の配線図(ソフトウェアウェアSPI)
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図36、HD74LVC541A/HD74LV541A/TC74VHC541FTを使ってAQM1248Aを5V動作のArduinoに接続する場合の配線図(ソフトウェアウェアSPI)
Arduino Unoの場合は、11番端子とSPI-4端子、および13番端子とSPI-3端子がArduino内部で接続されているので、図35の結線と電気的に等価。

図35の配線(ハードウェアSPI)を行った場合、動作試験のスケッチは3ページリスト1になります。

図36の配線(ソフトウェアSPI)を行った場合、動作試験のスケッチは3ページリスト2になります。

これら2つのスケッチは、Arduino IDE 1.0.X、1.6.Xおよび1.7.Xで動作します。(Arduino IDE 1.0.6、1.6.7および1.7.8とArduino Uno、Arduino LeonardoおよびArduino Mega2560の組み合わせ、計9通りで動作確認済み。ただしスケッチの動作確認は他のレベル変換回路でしたものの、図35や図36のレベル変換回路の動作試験はやっていないので注意)

次のページでは、74HC4050を使ったレベル変換回路の話をします。

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