GMC-no

Arduinoで作るGMC-4互換機です。 むしろFXマイコン互換機と言うべきかも。

回路図

シールドの回路図です。見やすいように3つに分割しました。

メイン部分

7セグLEDはアノードコモンです。小数点も使います。 抵抗は使うLEDによって調整してください。

キーパッド部分

途中を省略していますが、ボタンは全部で21個です。“0"から"F"までは順番どおりに並びます。 抵抗も各ボタンの間に1個ずつ入ります。抵抗値は1kΩと10kΩとかの組み合わせでも良いです。 “CLEAR"はハードウェアリセットボタンのことです。RESETキーと紛らわしいので勝手に名前をつけました。スケッチの中でもこの名前を使っています。

オーディオ出力部分

ソフト

使い方

ほぼGMC-4と同じです。内蔵プログラムもすべて実装されています。ソフト的にGMC-4の上位互換(のはず)なので既存のプログラムはそのまま動くはずです。

GMC-4と違うところ

• LEDはすべてスタティック点灯なので、ちゃんとしたPOVができます。
• FXマイコンにならって、オーディオ出力は中央のバイナリLEDと共用しているので、中央のLEDの状態が変わるときにもプチッという音が出ます。
• スピーカが小さいと低音があんまり出ないので、電子オルガンなどの音はGMC-4よりも1オクターブ高くしてあります。
• GMC-4で削除されていたCAL INPT命令(E3)が使えます。(動作がFXマイコンと違うかも?)
• セーブ/ロードなどのコマンドが追加されています。
• メモリ空間は256ニブルに拡張されています。アドレスの8ビット目は7セグの小数点で表します。
• 拡張命令が16個追加されています。

拡張された機能

コマンド

• [3][RUN][番号]で、メモリの内容をセーブできます。0番～3番だとEEPROM内の各スロットに保存、4番以上だとシリアル通信でテキストデータとして送信します。
• [7][RUN][番号]で、メモリの内容をロードできます。0番～3番だとEEPROM内の各スロットから読み込み、4番以上だとシリアル通信でテキストデータとして受信します。各種シミュレータのデータ形式(.hex,.dmp,.fxp)にも対応しています。
• [9][RUN]の電子オルガンでは、[0]と[F]でキーを半音ずつ変えられます。
• [A][RUN]の自動演奏では、最大データサイズが255ニブルに増えています。また[F][番号]でキーを変更できるので半音も出せます。指定できる番号は1～Eで、1がデフォルトです。
• [D][RUN]のテニスゲームでは、[F]を押すと7セグの小数点が点灯し、コンピュータと対戦できます。
• [F][RUN]のモールス符号自動送信では、最大データサイズが256ニブルに増えています。

メモリ空間

8ビットで表すことのできるメモリ空間すべて(256ニブル)を利用できる。 ただし60-6Fの16ニブルはシステム領域として予約されているため、ユーザが利用できるのは最大で合計240ニブル。 データ領域は50-5Fだけでなく任意の位置に変更できる。 F0-FFは16ニブルのスタック領域として利用できる。

プログラム領域(00-5F,70-FF)

プログラムの実行はアドレス00から始まる。 60-6Fはプログラム領域として利用できないので、70以降をプログラム領域として使うには、JUMP命令でこの領域を飛び越える必要がある。これを行わずにプログラムカウンタが60に達した場合は、00に戻される。

データ領域(00-FF)

デフォルトでは50-5Fが割り当てられているが、EXT RAM命令でアドレスの上位4ビットを変更することにより、メモリ空間上の任意の位置にアクセスできる。 60-6Fの領域に割り当てることも可能だが、その領域への書き込みはできない。

スタック(F0-FF)

サブルーチン呼び出しなどで利用する。 任意のデータを入れることもできる。 サイズは16ニブルで、オーバーフロー/アンダーフローのチェックはなし。 初期状態では、スタックポインタはFFを指している。

システム領域(60-6F)

レジスタの実体がマップされている(という想定)。 プログラム開始時やRESETボタンを押したときにも内容は初期化されない。 プログラムから直接書き換えることはできないが、データ領域として読むことはできる。この領域の内容をモニタから書き変えることはできるが、プログラムを書き込んでも実行することはできない。

拡張命令

システム領域(60-6F)へのジャンプは無意味なので、それに該当する命令コード(F60～F6F)は拡張命令に割り当てられている。 JUMP命令やCAL命令は実行フラグが1の場合のみ実行されるが、拡張命令が実行される条件は命令ごとに異なっていて、ジャンプ系の命令以外は実行フラグに関係なく実行される。

EXT INIT (F60)

次の動作を行う。

• スタックポインタをリセットする
• データ領域のアドレス上位4ビットを5にする
• 音のキーをデフォルトに戻す 実行フラグが1になる。

EXT PUSH (F61)

Aレジスタの内容をスタックにpushする。 実行フラグが1になる。

EXT POP (F62)

スタックからpopした内容をAレジスタに入れる。 実行フラグが1になる。

EXT INPA (F63)

入力ポートの電圧をA/D変換したものをAレジスタに入れる。 実行フラグが1になる。

EXT NOT (F64)

実行フラグの状態を反転する。

EXT RAM (F65)

Aレジスタに入っている値を、データ領域のアドレス上位4ビットとして設定する。 実行フラグが1になる。

EXT LSFT (F66)

Aレジスタの内容を左に1ビットシフトする。 AレジスタのLSBには、実行フラグを反転したものが入る。 この命令を実行した後、実行フラグはシフト前のMSBを反転したものになる。

EXT CB (F67)

AレジスタとBレジスタの内容を交換する。(YとZは交換しない。) 実行フラグが1になる。

EXT AND (F68)

Aレジスタとデータメモリ[Y]をandしたものをAレジスタに入れる。 その結果が0なら実行フラグが0に、そうでなければ実行フラグが1になる。

EXT OR (F69)

Aレジスタとデータメモリ[Y]をorしたものをAレジスタに入れる。 その結果が0なら実行フラグが0に、そうでなければ実行フラグが1になる。

EXT XOR (F6A)

Aレジスタとデータメモリ[Y]をxorしたものをAレジスタに入れる。 その結果が0なら実行フラグが0に、そうでなければ実行フラグが1になる。

EXT XSND (F6B)

Aレジスタの値に対応する音階の音を、(Bレジスタの値+1)x60ミリ秒鳴らす。 ただしAレジスタの値がFの場合は、Bレジスタの値をキーとして設定する。 キーの値としては1～Eを指定できる。1がデフォルト。 実行フラグが1になる。

EXT TIMS (F6C)

(Aレジスタ+1)x10mSのスリープ。 実行フラグが1になる。 EXT DSP7 (F6D) データメモリ[E][F]の内容にしたがって、7セグLEDの各セグメントの状態を変更する。

FFFF EEEE  ←各レジスタの内容
-gfe dcba  ←7セグのセグメント

実行フラグが1になる。

EXT SR (F6E)

実行フラグが1の場合、この命令の直後から3ニブル先の位置のアドレスをスタックにpushする。 実行フラグが0の場合、なにもしない。 この命令を実行しても、実行フラグの値は変化しない。 通常は直後のJUMP命令と組み合わせてサブルーチン呼び出しとして使う。

(例) サブルーチンSUBを呼び出す

EXT  SR
JUMP SUB

また、実行フラグによる分岐条件はそのままサブルーチン呼び出しにも適用できる。

EXT RET (F6F)

実行フラグが1の場合、スタックからpopしたアドレスにジャンプする。 実行フラグが0の場合、なにもしない。 この命令を実行すると、実行フラグの値は1になる。 通常この命令はEXT SR命令を使って呼び出されたサブルーチンから戻るときに使う。

(例) サブルーチンの終了

EXT  RET