しなぷすのハード製作記

Arduino starter kit with Logic Analyzerの紹介と解説(2)

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2018年02月28日 公開。

4-2.LAP Educator(ロジックアナライザ)と付属ケーブル類

Arduino starter kit with Logic Analyzerの特徴は、なんといってもロジックアナライザが付属している事なので、そのロジックアナライザについて、まず説明します。この節では、ロジックアナライザの動作に必要な付属ケーブル類と、波形をパソコンに表示するためのソフトについても、同時に説明します。

4-2-1.LAP Educatorの仕様

付属するロジックアナライザには、LAP Educatorという型名が付いています。

LAP Educatorは、Windows パソコンに接続して使います。操作や波形表示は、すべてパソコンを使って行いますので、LAP Educator自体にはスイッチやつまみ、ディスプレイなどは一切付いていません。残念ながら、パソコンのソフトがWindowsにしか対応していないので、MacやLinuxなどの環境では動作しません。

LAP Educatorの主な仕様を表1に示します。

表1、LAP Educatorの主な仕様(抄訳)
型名 LAP Educator
サポートするOS Windows 7/8.1/10
チャネル数 8
インターフェース USB 1.1 (USB 2.0互換)
サンプリング周波数、内部(タイミング) 100MHz
サンプリング周波数、外部(ステート) 75MHz
メモリ/チャネル 2、16、23kb
最大圧縮率 256
トリガチャネル数 8
トリガイベント パターン/エッジ
プリトリガ/ポストトリガ 対応 (プリトリガデータを0~100%から選択)
トリガレベル数 1
トリガ出力 対応 (他の機器を起動する信号を送信)
スレッショルド電圧の帯域 75MHz
スレッショルド電圧の範囲 -6~+6V
スレッショルド電圧の精度 ±0.1V
ソフトの対応言語 英語、中国語(繁体字)、中国語(簡体字)
プロトコルデコーダ 80種類以上の内蔵プロトコルデコーダ
電源 5VDC、<500mA (スタンバイ時1W)
最大入力電圧 ±30V
インピーダンス 500kΩ/10pF
寸法 113×83.4×18.5mm
認定 FCC / CE / WEEE /RoHS

注:この表は、ZEROPLUSのWebサイトでダウンロードできるZP-Studio USE GUIDEというPDFファイルの仕様表(Table 1:4 LAP Educator specifications)を抄訳しました。ただし"USE GUIDE"は"USER GUIDE"の誤記だと思われます。表の中の「スレッショルド電圧の帯域」は、Threshold Voltageのグループ内にBandwidthという項目があったので、こう訳しましたが、実際は信号の帯域の事だと思われます。

この仕様表を見ると、チャネル数が8チャネルと少ない事を除いては、上位のLAP-Cシリーズのロジックアナライザに近い性能を持っている事が分かります。

Arduino Unoを使って電子回路の制御をする場合は、Arduino Uno自体のI/Oピンが少ない事もあり、あまり多い信号を同時観測してデバッグする事は少ないと思われます。8チャネルのロジックアナライザでも、大抵のプロジェクトには対応できると思います。

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4-2-2.LAP Educatorの外観

LAP Educatorの外観を、写真14~写真17に示します。

写真14、LAP Educatorの外観(上面)
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写真14、LAP Educatorの外観(上面)
写真15、 LAP Educatorの外観(下面)
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写真15、 LAP Educatorの外観(下面)
写真16、LAP Educatorの外観(入力ポート付近)
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写真16、LAP Educatorの外観(入力ポート付近)
写真17、LAP Educatorの外観(USBコネクタ付近)
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写真17、LAP Educatorの外観(USBコネクタ付近)

写真14に示す様に、LAP Educatorは113×83.4mmの丸みを帯びた長方形で、非常にコンパクトにできています。厚みもわずか18.5mmしかありません。

"ZEROPLUS"のロゴの下に黒いスリットの様な物が見えますが、これはLEDの光が出てくる窓です。USBケーブルをパソコンに接続して給電すると、写真18の様に、青色LEDが発光します。このLEDは単に電源が入っている事を示すだけの物で、動作状態に応じて発光色が変わる事はない様です。

 写真18、LEDの発光の様子
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写真18、LEDの発光の様子
上部には、黒いUSBケーブルが接続されている。

写真15からは、下面に滑り止めのゴム足が4つ付いている事が分かります。

写真16に示す様に、手前のアクセスしやすい所に、解析する信号を入力する入力ポートがある事が分かります。この入力ポートは2.54mmピッチの17ピンのピンヘッダ(オスのヘッダ)で、写真19の様に、ピンソケット(メスのヘッダ)が付いたケーブルを接続します。

写真19、入力ポートにケーブルを接続した様子
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写真19、入力ポートにケーブルを接続した様子

写真17に示す様に、LAP EducatorにはUSBのMicro Bソケットが付いています。Arduino starter kit with Logic Analyzerには、AとMicro Bのプラグが付いたUSBケーブル(写真20)が付属していますので、それでLAP Educatorとパソコンを接続します。このケーブルの長さは約1mです。

写真20、LAP EducatorとパソコンとをつなぐUSBケーブル
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写真20、LAP EducatorとパソコンとをつなぐUSBケーブル

4-2-3.入力ポートの仕様

写真21に、入力ポートの拡大写真を示します。

写真21、入力ポートの拡大写真
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写真21、入力ポートの拡大写真

各端子の働きは表2の様になっています。

表2、入力ポートの端子の説明
端子記号 端子名称 説明
A0~A7 PORT A 信号入力ピン
S_O Start Out 信号の取り込みが始まると、S_OピンからDC3.3Vの信号が立ち上がります。
T_O Trigger Out トリガ条件が満たされると、LAP Educatorは他の機器をトリガするのに使える信号を発生します。その信号はDC3.3Vの立ち上がりエッジでT_O端子から送信されます。メモリがいっぱいになると、立下りエッジが送信されます。
VDD Voltage Drain 外部モジュールに電源を供給するための+3.3V出力です。
IOA,IOB,IOC External I/O Module これらの端子は予約されています。
CLK Clock ステートモードの場合、DUTのクロックをこの端子に接続してください。
GND Ground グランドピンです。

この表を見ると、単に計測したいデジタル信号を取り込むだけではなく、DUT(信号を計測したい機器)のクロックに同期して信号を取り込める様になっていたり、外部モジュールと連携して動作させる事も考えられているのが分かります。上位機種のLAP-Cシリーズでは、デジタルオシロスコープと連携して、ミックスト・シグナル計測(デジタル信号とアナログ信号の同時計測)ができる様になっていますが、LAP Educatorでも同じ様な拡張ができる様になっているのかも知れません。

なお入力端子には、±30の電圧が印加できます。

A0~A7に入力する波形を観察したいデジタル信号は、スレッショルド電圧(HとLの境目の電圧)が、信号電圧に応じて変更できる様になっています。ただし、スレッショルド電圧の設定を変更すると、A0~A7の全ての信号のスレッショルド電圧が変更されてしまいます。複数の電圧のデジタル信号を、同時に観測する事には対応していません。

4-2-4.入力ポートへの配線

写真22に示す様に、入力ポートに接続するメス-メスケーブルが、3種類付属しています。これらのメス-メスケーブルを使って、LAP Educatorに外部からの信号を入力します。

写真22、付属している3種類のメス-メスケーブル
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写真22、付属している3種類のメス-メスケーブル

写真22の左に写っているケーブルは、片側が8Pのピンソケット(メスのヘッダ)になっていて、もう片側には1本ずつそれぞれ1Pのピンソケットが付いています。8PのピンソケットをLAP Educatorの入力ポートに接続し、バラバラに1Pのピンソケットが付いた方を、観測したい信号に接続します。ソケット部分の拡大写真を写真23に示します。

写真23、8Pメス―メスケーブルのピンソケット部分の拡大写真
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写真23、8Pメス―メスケーブルのピンソケット部分の拡大写真

8本のケーブルにはそれぞれ別の色が付いていますが、この色は、入力ポートのA0~A7の端子のラベルの色(写真21参照)に対応しています。

また、ケーブルの色は、パソコンソフト(ZP-STUDIO)で表示される波形の色にも対応しています。(図4参照)

図4、ZP-STUDIO上での波形の色分けの様子
図4、ZP-STUDIO上での波形の色分けの様子

写真22の中央のケーブルは、片側が2Pのピンソケットになっており、もう片側にはそれぞれのケーブルに1Pのピンソケットが付いています。このケーブルをどう使うかが明確に教本で指示されている訳ではありませんが、色から判断して、黒いケーブルはGND端子に接続するための物だと思われます。このケーブルのピンソケット部分の拡大写真を写真24に示します。

写真24、 2Pメス―メスケーブルのピンソケット部分の拡大写真
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写真24、 2Pメス―メスケーブルのピンソケット部分の拡大写真

写真22の右側の白いメス-メスケーブルは、特にどの端子につなげるかは決まっていません。LAP Educatorの入力ポートにはGND端子が2つありますから、両方のGND端子を使う場合は、片方のGND端子に、この白いケーブルをつなげるのも良いかも知れません。ただし、白い色のケーブルをGNDに使うのは、混乱の元になりそうな気もします。このケーブルのピンソケット部分の拡大写真を写真25に示します。

写真25、1Pメス―メスケーブルのピンソケット部分の拡大写真
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写真25、1Pメス―メスケーブルのピンソケット部分の拡大写真

メス-メスケーブルを使うと、信号を観察したい回路側が写真26の様にピンヘッダ(オスのヘッダ)で信号を出力してくれている場合は、写真27の様に簡単にLAP Educatorで信号を観察できます。

写真26、観察したい信号がピンヘッダにより出力されている基板の例
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写真26、観察したい信号がピンヘッダにより出力されている基板の例
写真27、メス-メスケーブルで信号を取り出した例
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写真27、メス-メスケーブルで信号を取り出した例

しかし、Arduinoはピンソケットから信号を出力する様になっているので、メス-メスケーブルを接続できません。ブレッドボードも同様です。この様な場合は、Arduino starter kit with Logic Analyzerに付属しているオスーオスケーブルを使います。

写真28に、付属のオス-オスケーブルを示します。20本のケーブルが引っ付いていますが、好きな本数で割いて使う事ができます。

写真28、付属のオス-オスケーブル
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写真28、付属のオス-オスケーブル

写真29に示す様に、オス-オスケーブルをメス-メスケーブルに接続すると、全体としてメス-オスケーブルになりますから、メス側(ピンソケット側)をLAP Educatorに、オス側(ピンヘッダ側)をArduinoまたはブレッドボードに接続する事ができます。

写真29、オス-オスケーブルとメス-メスケーブルを接続した様子
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写真29、オス-オスケーブルとメス-メスケーブルを接続した様子

ただし、2種類のケーブルをつないで使うのは、不格好ですし、実験中にケーブルが外れる原因にもなりますので、写真30に示す様なオス-メスケーブルを別途購入する方が、実験がやりやすいと思います。

写真30、オス-メスケーブル
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写真30、オス-メスケーブル
Arduino starter kit with Logic Analyzerにはこのケーブルは付属しません。絶対に必要なケーブルではありませんが、このケーブルを使うと配線か簡潔になり、便利です。

ICや抵抗などの部品のリード(足)から信号を引き出したい時のために、写真31の様なプローブ(テストフック)が付属しています。

写真31、部品のリードから信号を引き出すためのプローブ(テストフック)
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写真31、部品のリードから信号を引き出すためのプローブ(テストフック)

このテストフックは、写真32の様に、メス-メスケーブルのピンソケットに接続できます。

写真32、プローブをメス-メスケーブルに接続した様子
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写真32、プローブをメス-メスケーブルに接続した様子

プローブの先端の電極は、写真33の様にわずかに開き、写真34の様に部品のリードに引っ掛ける事ができます。

写真33、プローブの先端の電極を開いた様子
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写真33、プローブの先端の電極を開いた様子
写真34、抵抗のリードから信号を取っている様子
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写真34、抵抗のリードから信号を取っている様子

次のページでは、LAP Educatorの操作をしたり、波形を表示したりするためのソフト(ZP-STUDIO)について説明します。

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