新学科目「情報基礎」教育における題材開発 : ワンチップCPUボードを利用したステッピング・モータ制御システム
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(2) . 北海道教育大学紀要 （第２部 Ａ）第４３巻 第１号 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｏｋｋａｉｄｏ Ｕｎｉ ｉ ｔｙｏｆＥｄｕｃａｔ ｉ ｉｏｎ江 Ａ）ＶＯ１ ｖｅｒｓ ４３ ｏｎ（Ｓｅｃｔ ‐ ，Ｎｏ．Ｉ. 平成 ４年 ７月 Ｊｕｌ １９９２ ｙ，. 新学科目 「情報基礎」 教育における題材開発 －ワンチップＣＰＵボー ドを利用 したステッ ピング・モータ制御システム－. 辻. 見. 裕. 史・赤. 木. 陽一郎. 北海道教育大学函館分校技術教室 函館 ０ ４０. Ｄ ｅｖｅｌｏｐ１１ ｌｅｎｔ ｏｆ Ｔｅａｃｈｉｎｇ Ｔｏｏｌｆｏｒ ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｃｏｕｒｓｅ “Ｂ ａｓｉｃ 工ｎｆｏｒ ｍＬａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ － Ｓｔｅｐｐｉｎｇ Ｍ【ｏｔｏｒ ｓｙｓｔｅ］ｍ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｌｅｄ. ｂｙ. ｏ ｎｅ. Ｃｈｉｐ ＣＰＵ －. Ｙｕｈｉ ｉＴＳＵＪＩＭｌａｎｄ Ｙｏｉｃｈｉｒｏ ＡＫＡＧ工 Ｔｅｃｈｎｉ ｃａＩＬａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ｈａｋｏｄａｔ ｅ， Ｈｏｋｋａｉ ｄｏ Ｕｎｉ ｉ ｆＥ ｄ ｔ ｖｅｒｓ ｙｏ ｕｃａｔ ・ ｏｎ， Ｈａｋｏｄａｔ ｅ ０４０. Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂｄｕｃａｔ ｉｏｎ ｉｎ ｓｏｆ ｔｗａｒｅ， ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｉ ｓ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｆｏｒｔｈｅ ｎｅｗ ｃｏｕｒｓｅ “Ｂａｓｉｃ ｌｎｆｏｒｍａｔ ｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ” ｉ ｎ ｔｈｅ ＴｅｃｈｎｉｃａＩ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｏｋｋａｉｄｏ ｕｎｉ ｉ ｔｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ． ｖｅｒｓ Ｓｏｆ ｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｅｄｕｃａｔ ｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｎ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｌｙ．ｌｎｔｅｒｆａｃｅ ｅｄｕｃａｔ ｉｏｎ ， ｈｏｗｅｖｅｒ ｈａｓ ｎｏｔｂｅｅｎ ｃｏｎｉｄｅｒｅｄ ｙｅｔ Ｔｏｉｍ ｒｏｖｅ ｏｎｔ ｈｉ ｐ ｓｓｉｔｕａｔｉｏｎ， ａ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｔｏｏｌ， “Ｓｔｅｐｐｉｎｇ ． ， Ｍ［ｏｔｏｒ ｓｙｓｔｅｒｎ Ｃｏｎｔ ｌ アョ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｅｄｕｃａｔｉｏｎ． ｒｏｌ ｅｄｂｙ 。ｎｅ Ｃｈｉｐ ＣＰｔ. Ｓ Ｉ． 序. 論. 平成５年度より実施予定の新中学校学習指導要領によれば 技術・家庭科の既存の領域 に新しい ， 領域 「情報基礎」 が加わる ことになる． これに伴い， 北海道教育大学函館分校 では平成２年度に技 術専攻学科 目 「情報基礎」 を新設した． 現在， 平成２年度以降の技 術専攻の入学生 に対して 「情 ， 報基礎 （実習を含む） 」 な る必修２単位の授業科目を課している 「情報基礎 （実習を含む） 」 で ． は， ＢＡＳ工Ｃ 言語の初歩を， パー ソナル・コンピュ ータを実 際に学生に操作させ ることにより教授 している‐ ＢＡＳＩＣ 言語の教育はソフ トウェア教育である ． 学科目 「情報基礎」 の授業科目の教育内 容を考えるに当たり ソフ トウ ェア教育だけでは不十分 ， であることは明かである． すなわち， ハー ドウ ェア教育と ハー ドウ ェアとソフ トウ ェアを結びつ ， （ ４１ ）.
(3) . 辻. ４２. 見. 裕. 史・ 赤. 木. 陽一 郎. 「 けるイ ンターフ ェ ース教育が欠か せない． ハー ドウ ェア教育 は， 昭和６０年度から学科目 電気」 せ論理回路から 基本的な組み合わ の授業科目 「電気実習ｍ」 として実施して来て いる． その内容は 始めて， 順序論理回路を扱い， 最終的にはディ ジタル時計の回路を作製する というものである‐ し かし， イ ンターフ ェース教育は現在全く行なっ ていない． 行える状況にないと言うほう が現実に近 い‐ すなわち， 「情報基礎」 なる学科目が新設されたにもかかわ らず， またこの学科目に関わる授 業科目を履修しなければ本分校卒業生が中学校技術の教員免許状を取得できないという状況にある にもか かわらず， そこに学 科目定員 がつ いていないことが， その大きな原因である． イ ンターフ ェース教育の実施は現時点では現実的ではないとはいえ， イ ンターフェース教育の教 育内容に関して は， 今のうちから検討を進めておく必要がある‐ 具体的にはイ ンターフ ェース教育 に関する題材を開発 しておくことである‐ これが本論文の目的である． ここでは， イ ンターフ ェ ー ス教育用に新たに開発 した題材 「ワンチ ッ プ ＣＰＵ ボー ドを利用 したステ ッ ピング・モータ 制御シ ステム」 を紹介する‐ これを題材として選択 した理由は次の３点に集約さ れる． コン ピュータに必要 な最小規模の構成がワンチ ッ プ ＣＰＵ ボー ドの中で実現さ れていること‐ すなわち， 中央処理装置 （ＣＰＵ） を中核と して， 記憶装置 （メ モリ：ＲＯＭ と ＲＡＭ） と入 １／０ポー ト） とで構成されてい るのが， 最小規模のコ ン ピュ ータであるこ とを 出力ポー ト （. ＱＵ. 学習できる． ＣＰＵ を動作させるた めの プ ロ グラムは基本的に は機械語である． 適当なワ ンチ ッ プ ＣＰＵ ボー ドを選定すれば機械語に１対１に対 応したアセン ブリ言語が学習でき， コンピュータの働 きについてのより 一層の理解を深 めることができる． 入出力 ポー ト （ＳＩＯ：シリアル入出力や Ｐ工０：パ ラ レ ル 入 出 力） を 用 い る と， イ ンタ ー フ ェ ー スを介 して外部機器を制御できることを学習できる．また，外部機器と してステッ ピング・モー タ を選ぶことにより， メカ トロニクスの初歩 的な技術を習得できる．. 本論文では， 開発した題材 「ワンチ ッ プ ＣＰＵ ボー ドを利用 したステッ ピング・モータ制御シス. テ ム」 を， 「プ ロ グラ ム 開 発 シ ス テ ム」 の 部 分 と 「ス テ ッ ピ ン グ・ モ ー タ 駆 動 イ ンタ ー フ ェ ー ス」. の部分 とに分けて説明 して行く． 前者についてはＳ２で， そして後者につ いてはＳ３で説 明する‐. Ｓ ４ で は，開 発 した題 材「ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドを 利 用 し た ス テ ッ ピ ン グ・ モ ー タ 制 御 シ ス テ ム」 を活用するための授業計画 を考える． 授業計画の具体的内容までの立ち入っ た議論は， 現時点では 不可能であることも， そこで検討する．. Ｓ２. プログラム開発システム. ２． １ プ ロ グラ ム 開 発 シ ス テ ム の 選 択 「ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボー ドを利用 したステ ッ ピング・モータ制御シス テム」 を開発するにあ たり， す ワ ンチ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドを 動 作 さ せ る た め の プ ロ グラ ム を， パ ー ソ ナ ル ・ コ ン ピ ュ ー タ 上 で 開 発 した 序論にも述べたが ここで使用 するワンチ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドは， コ ン ピ ュ ー タ と し. ることに. ， ． て最小規模の構成しか持っ ていない‐ すなわち， 普通の パーソナル・コン ピュータが持っ ている プ ドラ イ ロ グラ ム 開 発 に 便利 な 環 境 を， 例 え ば， キ ー ボ ー ド， ディ ス プ レイ， フ ロ ッ ピー デ ィ ス ク ・ プ ＣＰＵ ボー ドだ チ ン が て した ワ ッ っ ， ブな どを， ワ ンチ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドは 一 切 持 っ て い な い．. けで プロ グラムを開発することは， 原理的に不可能であると言っ て良い． ワンチ ッ プ ＣＰＵ ボー ド を動作させるた めのプログラムを パーソナ ル・コン ピュ ータ上で開発することにした 所以である‐ （ ４２）.
(4) . . ４３. 新 学 科 目 「情 報 基 礎」 教 育 にお け る 題 材 開発. 以 下 で は， プ ロ グ ラ ム 開 発 の た め の パ ー ソ ナ ル ・ コ ン ピ ュ ー タ と ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドと を 組 み 合 わ せ た も の を 「プ ロ グ ラ ム 開 発 シ ス テ ム」 と 呼 ぶ こ と に す る． さ ら に， こ の 「プ ロ グ ラ ム 開 発 シ ス テ ム」 と， 次 章 で 述 べ る 「ス テ ッ ピ ン グ・ モ ー タ 駆 動 イ ンタ ー フ ェ ー ス 回 路」 と を 結 合 さ せ る こ. とにより， 「ワンチッ プ ＣＰＵ ボー ドを利用 したステ ッ ピング・モータ制御システム」 が完成する‐ 「プロ グラム開発システム」 と言っ ても， 大きく次の４種類のシステ ムに分類される． システム １ パ ー ソ ナ ル ・ コ ン ピ ュ ー タ 上 で 開 発 した プ ロ グラ ム を ＲＯＭ ライタで直接ＲＯＭに書 き込み， そ. の ＲＯＭ を ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドに 載 せ て， ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボー ドを働かす （図ｌ ａ） ． も し， ＲＯＭ に書 き込まれたプログラムが， うまく動作しない場合， プロ グラムの手直しが必要となる． プ ロ グラ ム の デ バ ッ グ で あ る． そ の 際 に は， パ ー ソ ナ ル ・ コ ン ピ ュ ー タ で デ バ ッ グ し た 開 発 プ ロ グ. ラムを再び ＲＯＭ ラ イ タ で ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボー ドから外してきた ＲＯＭ に書き込み， その ＲＯＭ を 再 び ワ ンチ ッ プ ＣＰＵ ボー ドに載せて， これを作動させることになる‐ 開発 プロ グラムが期待通 りの動作をするまで， 以上のことを繰り返す必要がある‐ ＲＯＭの書き直しには， １回当り約３０ 分という長い時間がかかるこ とと， ＲＯＭ ラ イ タ と ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボー ドとの間で ＲＯＭ の差替 えが必要なことから， 以下の３つのシステムと比較した場合， プロ グラム開発上， 最も困難を伴う シ ス テ ム で あ る と 結 論 で き る．. 翫 樹. ＲＯＭ一ＷＲＩＴＥＲ. 国司. 「 パーソナル・コンピュータ. パーソナル・コンピュータ. ワンチッ プＣＰＵボー ド. ワンチッ プＣＰＵボー ド. （ａ）. （ｂ）. 際 胤１. 際 “. . . め. Ｒｓ－２３２Ｃ. １. . . Ｅ 回 パーソナル‐ ル ビユータ. パーソナル コ ンピュータ ワンチッ プＣＰＵボー ド. ワンチッ プＣＰＵボー ド. （ｄ）. （ｃ）. 図１. プ□ グラ ム 開 発 シ ス テム. （ ４３ ）.
(5) . 辻 見 裕 史・赤 木 陽一郎. ４４ システム２. パ ー ソ ナ ル ・ コ ン ピ ュ ー タ 上 で 開 発 し た プ ロ グラ ム を， ＲＯＭ エ ミ ュ レー タ （ＲＡ Ｍ で あ る が 疑. 似的に ＲＯＭ の働きをするもの） に書き込み， その ＲＯＭ エ ミ ュ レ ー タ を ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボー ドの ＲＯＭ ソケ ッ トに接続する形で， ワ ンチッ プ ＣＰＵ ボー ドを働かす （図ｌｂ）． 開発 プロ グラ ムのデバッ グ時に， ＲＯＭ の書き直しや ＲＯＭ の差替え等が不要になり， システムとしてはシステ ム１より格段に優れている． 経費的にもシステム１と比べた場合， 若干高くつく だけである． しか し， シ ス テ ム １ で も 同 じ こ と で あ る が， ＣＰＵ の レ ジ ス タ や ＲＡＭ の中身を覗いたり， プロ グラム を１行１行 トレースすることができるな どの高度なデバッ グ環境が伴わないので， 開発 プロ グラム のデバ ッ グには， かなりの時間を要する． シス テム３. 普通， 最良のシステムと言われている‐ ＩＣＢ （イ ン サ ー キ ッ ト・ エ ミ ュ レー タ） や ＲＯＭ －工ＣＢ を使用するシステムである． ＣＰＵ ソ ケ ッ トや ＲＯＭ ソ ケ ッ ト に ＩＣＥ の プロ ー ブを接続 して， 開 発 プロ グラムのデバッ グを行なう （図ｌ ｃ）‐ た だ， 一 番 の 欠 点 は 高 価 な こ と で あ る． プ ロ フ ェ ッ シ ョ ナ ル用 の シ ス テ ム と 言 え る‐ シ ス テ ム １ や シ ス テ ム ２ の ４ ～ ５ 倍 の， ま た 次 の シ ス テ ム ４ の ２. ～３倍の経費がかかる． システム４ リ モ ー ト・ デ バ ッ ガ を 用 い る シ ス テ ム で あ る （図 ｌ ｄ）‐ ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドに シ リ ア ル 通. 信回線 （ＲＳ－２３２ Ｃ 規格） を持つ ものを選定する． ワ ンチ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドの ＲＯＭ に通信・ プ バ ッ ク用 の モ ニ タ プ ロ グラ ム を ＲＯＭ ライタで書き込む‐ ワンチ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドと パ ー ソ ナ ル ・ コ ン ピ ュ ー タ と を シ リ ア ル 通 信 回 線 で 結 び， こ れ を 通 して パ ー ソ ナ ル ・ コ ン ピ ュ ー タ 上 で 開 発 した プ ロ グラ ム を ワ ンチ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドの ＲＡＭ に 転 送 す る． ＲＯＭ 上 の モ ニ タ プ ロ グ ラ ム を 動 作 さ. せながら， ＲＡＭ 上の開発プログラムが完成するまでデバ ッ グを行な っ ていく． ＣＰＵ の レジスタ や ＲＡＭ の中身を覗いたり， プロ グラ ムを１行１行 トレースすることができるな どの高度な デ バ ッ グ環境を得ることができる． 完成 した ＲＡＭ 上の開発 プロ グラムを ＲＯＭ に書き直すことも 可能である． リモー ト・デバ ッ ガ用のソフ トウ ェアが必要となるが， それほど高価なものではない． 以上４つのシステムの特徴を記述してきたが， 要約するとシステム１やシステム２ではプロ グラ ム開発に時間がかかり過 ぎるし， システム３ではプロフェッ ショナル用で高価す ぎる‐ すなわち， プロ グラム開発にかけ得る時間と経費のトレー ドオフを考えると， 明かにシステム４が最良 との結 論が導かれる． ２‐ ２. プロ グラム開発システムの具体的構成と動作確認. プロ グラム開発システムとしてシステム４を選択したが， 問題はその具体的な実現方法である． リ モ ー ト・ デ バ ッ ガ用 ソ フ トウ ェ ア と ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボー ドの選定と， これら両者を組み合わ せ. た場合の整合性とが問題となる． ２‐ ２． １. リ モ ー ト・ デ バ ッ ガ 用 ソ フ トウ ェ ア と ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドの 選 定. リモー ト・デバッ ガ用ソフ トウ ェアの選定は， ワンチッ プ ＣＰＵ ボー ドの選定と密接に関連 して く る と こ ろ が あ る． ソ フ ト ウ ェ ア の 種 類 に よ っ て， 使用 で き る ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボー ドが制限され. るからである‐ ステ ッ ピング・モータを制御する程度であれば， ８ ビッ トの ＣＰＵ で 十 分 な の で， Ｚ ８０ 系 ＣＰＵ 用 の リ モ ー ト・ デ バ ッ ガ用 ソ フ トウ ェ ア を 選 択 す る こ と に 決 め る． こ こ で は， シ ス テ ム ロ ー ド社 の 「Ｚ－Ｖｉ ｓｉｏｎ Ｒｅｍｏｔｅ」 Ｖｅｒｌ． ２ （Ｓｅｒ．９４００８７） を 用 い る こ と に し た． 文 献 １ の （ ４４ ）.
(6) . 新学科目 「情報基礎」 教育における題材開発. ４５. 記 事 が， こ の ソ フ ト ウ ェ ア の 優 秀 性 を 保 証 して い る か ら で あ る． 「Ｚ－Ｖｉｓｉｏｎ Ｒｅｍｏｔｅ」 の 使 用 環. 境は， 次の２項目にまとめることができる？ ワンチ ッ プ ＣＰＵ ボー ドの選定に関しては， 第２項目 に併せて記述する． １． パ ー ソ ナ ル ・ コ ン ピ ュ ー タ 側 に 要 求 さ れ る 環 境. ａ） パーソナル・コン ピュータ本体が日本電気株式会社の ＰＣ－９８０１シリー ズまたは互換機 であ る こ と‐ ｂ） フ リ ーメ モ リ が ２６０ Ｋ バイ ト存在すること ． ｃ） オ ペ レ ー テ ィ ン グ・ シ ス テ ム と し て， ＭＳ－ＤＯＳ Ｖｅｒ３ ６年以降のものが必要 ．１以上で１９８ で あ る こ と．. 今回は，パ ーソナル・コン ピュ ータには，日本 電気株式会社の ＰＣ－９８０１ ＤＡ や ＰＣ ９８０１Ｓ× ／ Ｅ な どを用 いた． ま た， ＭＳ－ＤＯＳ に は， 日 本 語 ＭＳ－ＤＯＳ Ｖｅｒ３ ． ２ － ６ Ｗ ５１－７０５０５６） を ．３Ｃ（Ｓｅｒ. 使用 した． ２． ワンチッ プ ＣＰＵ ボー ド側に要求される環境 ａ） Ｃ Ｐ Ｕ がＺ８０ 系 の も の で あ る こ と． ｂ） Ｓ 工 ０. が ８２５１ Ａ か Ｚ８０－Ｓ工０ で. ＲＳ ２３２ Ｃ 規 格 の ドラ イ バ ／ レ シ ー バ （ボ ー レ ー ト が. ９６００ｂｐｓ） が 内 蔵 さ れ て い る こ と． ｃ） Ｒ Ｏ Ｍ が ８ Ｋ バイ ト以上， ＲＡＭ が８Ｋ バイ ト以上存在すること‐. 今回は， 以上の環境を満たすワンチッ プＣＰＵ ボー ドとして，梅沢無線電機株式会社の 「ＵＥＣ－Ｚ０７ 」 カ ー ドサイ ズ コ ン ピ ュ ー タ を 選 定 し た． 「ＵＢＣ－Ｚ０７」 の 基 本 仕 様 は， ＣＰＵ が Ｚ８０Ｂ 相 当， １／ ０ ポ ー トが Ｚ８０Ｂ－ＰＩ０ と Ｚ ８０Ｂ－ＳＩ０ （ＲＳ－２３２ Ｃ 規格の ドライ バ／ レシー バ 付き）， メモリ. が ＲＡＭ ３２ Ｋ バ イ ト （リ チ ュ ウ ム 電 池 で バ ッ ク ア ッ プ） で あ り， ３２ Ｋ バイ トの ＲＯＭ が搭載可. ）な 能 と な っ て い るそ お， ＲＯＭ の ア ド レ ス は ｏ Ｈ 番 地 か ら ７ ＦＦＦＨ 番 地 ま で で， ＲＡＭ の ア ド レ. ス は ８０００ Ｈ 番地か ら ＦＦＦＦＨ 番 地 ま で で あ る． こ の 「ＵＥＣ－Ｚ０ ７」 を選定 した理由は他にもあ る． 序 論 で， 「ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドを 利 用 し た ス テ ッ ピ ン グ・ モ ー タ 制 御 シ ス テ ム」 を 題 材 と. して選択した理由のうちの第２項目で， アセ ンブリ言語の学習ができることという条件を記した． ＩＣ 言語や Ｃ言語の言語処理系が載 っ てい ないもの， すな ワ ンチ ッ プ ＣＰＵ ボー ドとしては， ＢＡＳ わち機械語だけで動作するものに限定する必要がある‐ なるべく低価格のものというのも重要な選 定条件である． ２． ２． ２ プ ロ グ ラ ム 開 発 シ ス テ ム の 動 作 確 認 リ モ ー ト・ デ バ ッ ガ 用 ソ フ トウ ェ ア 「Ｚ－Ｖｉｓｉｏｎ Ｒｅｍｏｔｅ」 と， ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ド 「ＵＢＣ. －Ｚ０７」 との整合性の最終的な検討は， 実際に両者を組み合わせて正常に動作することを確認する より他に手はない‐ ｉｏｎ Ｒｅｍｏｔ 最 初 に 「Ｚ－Ｖｉｓ ｅ」 に 付 属 の 通 信 ・ デ バ ッ グ 用 の モ ニ タ プ ロ グ ラ ム（ＺＳＩＯＭＯＮ．ＡＳ. Ｍ） を 「ＵＥＣ－Ｚ０ ７」 の仕様に合わせて手直しをする． 具体的には， ＳＩＯ のデータ レジスタ とコ ントロールレジスタのポー トア ドレスの変更と ＲＳ－２３ ２Ｃ 規格のボー レート設定とである‐ なお ボ ー レ ー ト設 定 は， 「ＵＢＣ－Ｚ０７」 の ＣＴＲ （コ ントロール レジスタ） の初期設定時と Ｓ 工０ の初 期設定時に行なう． 具体的には， ＺＳ工ＯＭＯＮ．ＡＳＭ の１部を次の様に手直することになる． （ ４５ ）.
(7) . 辻 見 裕 史・赤 木 陽一郎. ４６ １．ＳＩＯ の ポ ー トア ドレ ス の 変 更 ＺＳＩＯＭＯＮ．ＡＳＭ 中 の ｓｉｏａｄ ・ ＳＩｏａＣ. ｅｑｕ. １８ｈ. ；Ｚ８０Ｓ１Ｏ ＣＨＡＮＮＢＬ Ａ ＤＡＴＡ ＲＥＧ．ＰＯＲＴ ；Ｚ８０ＳＩＯ ＣＨＡＮＮＥＬ Ａ ＣＯＮＴＲＯＬ ＲＥＧ‐ＰＯＲＴ. ｌ９ｈ ｅｑｕ の 箇 所 で， １８ ｈ を ＩＡｈ に， １９ ｈ をＩＢｈ に変更する．. ２‐ＲＳ－２３２Ｃ の ボ ー レー トの 設 定. ａ） ＣＴＲの初期設定部分 ＺＳＩＯＭＯＮ‐ＡＳＭ で は， ボ ー レー トの 設 定 の 一 部 に ＣＴＣ （カ ウ ンタ ・ タ イ マ ・ サ ー キ ッ ト） を 使 用 す る 様 に 設 定 が な さ れ て い る． 一 方 「ＵＥＣ－Ｚ０７」 で は， そ の 変 わ り に ＣＴＲ を用 い て い る‐ した が っ て， ＺＳＩＯＭＯＮ．ＡＳＭ における ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ｃｔｒ イ ニ シ ャ ル ＊ ＊ ＊ ＊ ＊. から始まる ＣＴＣ 初期化ルーチンをすべて削除する必要がある． その変わりとして， 次の Ｃ ＴＲ 初期化ルーチンを追加する． ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ｃｔｒ イ ニ シ ャ ル ＊ ＊ ＊ ＊ ＊. ｌｄ. ａ ，３０ｈ （１７ｈ） ，ａ ｏｕｔ ｒｅｔ. こ れ で， ＣＴＲ か ら ＳＩＯ へ ３０７． ２ ＫＨｚ の ク ロ ッ ク が 送 ら れ る こ と に な る．. ｂ） ＳＩＯ の初期設定部分 ＺＳＩＯＭＯＮ．ＡＳＭ 中 の， ＳＩＯ の 初 期 化 デ ータ の 部 分， す な わ ち ｓｉｏａ. ｓｉｏａ. ｃｒｎｄ：. ｄｂ. １８ｈ. ；. チ ャ ネ ルＡ・ リ セ ッ ト. ｄｂ. ；. ク ロ ッ ク 倍 率＊１６， ス ト ッ プ ビ ッ ト＝１ビッ ト. ｄｂ. ４ ，０１０００１ｏｏｂ ３ ，１１０００００ｌｂ. ；. 受 信 ８ ビッ ト／キャラクタ受信許可. ｄｂ. ５ ，０１１０１０ｌｏｂ. ；. 送 信 キ ャ ラ ク タ 長 ８ ビ ッ ト， イ ネ ー ブ ル. ； ｄｂ. ｌ ，００００００ｏｏｂ. ；. トラ ン ス ミ ッ タ ， ＲＴｓ 全ての割り込み禁止. ｃｒｎｄ. ｅｎｄ：. に お い て， ｄｂ. ｂ ４ ，０１０００１ｏｏ. ；. ク ロ ッ ク 倍 率＊１６， ス ト ッ プ ビッ ト＝１ビ ッ ト. ｄｂ. ｂ ４ ，１００００１ｏｏ. ；. ク ロ ッ ク 倍 率＊３２ ， ス ト ッ プ ビ ッ ト＝１ビ ッ ト. を. に変更する必要がある． ３０７ ‐２ＫＨｚ から ９６００Ｈｚ（ｂｐｓに対応） を得るために， １６分周 で はなく ３ ２分周するためである． 以上がモニタ プロ グラムの手直しである． 次 に， こ の よ う に 手 直 し し た ＺＳ工ＯＭＯＮ．ＡＳＭ をＲＯＭ ラ イ タ （こ こ で は ロ ジ パ ッ ク 社 の パ レ ッ. ｉ２７Ｃ２５６） に 書 き 込 む‐ こ の ＲＯＭ を 載 せ た 「ＵＥＣ－Ｚ０７」 を パ ー ト１１） を使用 して， ＲＯＭ （ ソナル・コン ピュ ータと接続する． 図２は， ワ ンチ ッ プ ＣＰＵ ボー ド回りの配線図であり， これが １枚の基板に組んである． この基板での端子番号 Ｐ １， Ｐ ２， Ｐ ３ が ＲＳ－ ２３２ Ｃ 規格の入出力. （４６ ）.
(8) . 新学科目 「情報基礎」 教育における題材開発. 端子である． これらの端子と. ＵＥＣ－Ｚ０７. パ ー ソ ナ ル ・ コ ン ピュ ー タ と. ＲＸＤ. を ２」 Ｃ ・の シー ル ド線 で 図 ３ の. ＋５Ｖ. ように接続する． 最後に， プロ グラム開発シ ステム全体としての動作確認 を行なう． 具体的には， 「Ｚ ｉｏｎ Ｒｅｍｏｔｅ」 に 付 属 －Ｖｉｓ. の通信用 ソフ トウ ェ ア （ＺＶ. ＴＸＤ. Ａ－４ ９. １ ０ 私. １ ０ ″. ／ｃｃ ＋＼ ＋〉ｃｃ. Ｏ Ｔ に４ ７. ＋５ｖふ. Ｒ．ＥＸＥ） を パ ー ソ ナ ル ・ コ. ン ピ ュ ー タ 上 で 起 動 さ せ，. ４７. ＧＮＤ Ａ－４ ８ ＧＮＤ Ａ－Ｉ ＧＮＤ 十Ｖｃｃ ＧＮＤ. ＰＡ７. １ 〆 ・. ６ Ａ－４. 間で正常にデータ通信ができ ることを確かめる． さらに， ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボー ド上の. 巳 Ｘ Ｒ Ｅ Ｓ Ｅ Ｔ. →リ ト ニ エミ. Ｂ－１ ３. ＰＢ６ ＰＢ５ ＰＢ４ ＰＢ３ ＰＢ２ ＰＢＩ ＰＢＯ. パ ー ソ ナ ル・ コ ン ピ ュ ー タ と ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボー ドとの. ＰＢ７. Ｂ－２ ３ Ｂ－２ ４. Ｂ Ｔ Ｏ Ｂ Ｉ Ｉ. ＰＡ６ ＰＡ５ ＰＡ４ ＰＡ３ ＰＡ２ ＰＡＩ. Ａ Ｉ Ｏ Ａ Ｉ Ｉ Ａ １ ２. Ｂ－４ １ ｒ下 」 ＰＡＯ Ｂ－５ ０ 十５Ｖ ＬＳ， ２ ５ ↑＋ ＡＲＤＹ － Ｌ ＡＢ０ 、 ‐. ＲＡＭ に適当なデータ入出力 用のプロ グラムを書くことに. くＡＢＩＩ. より，Ｐｍ 入 出力 ポー ト（図 ２ で の 「ＵＢＣ－Ｚ０７」 の ピ ン. 番号 で Ｂ １３ ～Ｂ ２０ と Ｂ ４１ ） が正常に機能する こ ～Ｂ４８ とも調べておく． これらの動. 図２. ワ ン チ ッ プＣＰＵボ ー ド回 り の 配 線 図. パーソナル・コン ピュータ側 ＲＳ－２３２Ｃ 規格コネクタ. ワンチッ プＣＰＵボ ー ド側 ３端子コネクタ. 作は， すべて正常であること が 確 認 で き，「Ｚ－Ｖｉ ｉｏｎ Ｒｅ ｓ ‐ 「 と ＵＥＣ－Ｚ ｔ と ０７」 ｍｏ ｅ」. Ｐ Ｉ. の整合性には全く 問題点がな いと結論づけた． ８３. ステッ ピング・モ ータ 駆 動 イ ンタ ー フ ェ ー ス. ス テ ッ ピ ン グ・ モ ー タ 駆 動. 図３. ＲＸＤ. Ｐ ２. ＴＸＤ. Ｐ ３. ＧＮＤ. ワ ン チ ッ プＣＰＵボ ー ドと パ ー ソ ナ ル ‐ コ ン ピ ュ ー タ の Ｒｓ－２３２Ｃ 規 格 に よ る 接 続 図. イ ンターフ ェースの回路図を図４ に示す． ステッ ピング・モータの回転数を決める基準クロック用 のパ ルス発信器としては， セイコーエ プソン社のプログラ マ ブル水晶発信器８６ ５１ Ｂ を 用 い て い る. ．. 名前の通り， ＴＴＬ レベルの プロ グラム によっ て， 出力 パ ルスの周波数を変えることが できる こ ． こではディ ッ プスイ ッ チでプロ グラムすることによりハー ドウ ェア的に周波数を変えているが ワ ， ン チ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドの ＰＩＯ ポー トでプロ グラムする回路を作ると ソフ トウ ェ ア的にも変えるこ と が で き る． 一 方， ス テ ッ ピ ン グ ・ モ ー タ 用 の ドラ イ バ に は 東 芝 製 の ＴＤ ６ ２８０３Ｐ を４相２励磁駆. 動モー ドで使用 している． 図４は１枚の基板の上に組まれ ているが ステッ ピング・モータは こ ， ， の基板の端子番号で言うと１ ２－Ａ から１７－Ａ ま でに接続される． 具体的には， 端子１ ２－Ａ から １７－Ａ ま での ６ 端 子 は， そ れ ぞ れ 順 番 に ス ッ テ ッ ピ ン グ ・ モ ー タ の Ａ ＣＯＭ ， （ ４７ ）. Ａ， Ａ， Ｂ， ＣＯ.
(9) . . ４８. 辻 見 裕 史・赤 木 陽一郎 ＋１２Ｖ. ＋５Ｖ １６ ｖ ｃｃ ＣＫ２. －臨も ，. ｌｏＫ. １００〆 Ｆ. ≠三 ７. ＋５Ｖ. ≠４. １０Ｋ. ＋５Ｖ ＩＯＫ. ＩＯＫ. ＯＥ. ＧＮＤ. ＴＤ６２８０３Ｐ. 「 Ｄ ｉ ｐ－ＳＷ. －－葛 －－一一 １ ｖ. ２Ｖ ＋５Ｖ ＋１. Ｉ Ｉ Ｏ １〆 Ｆ １ｏ〆Ｆ１ ． － ‐１ ． Ｌ － － － － － － －」. ＋５Ｖ. １６ ＴＬ Ｃ ｃ ６ ｖｃ Ｃ ＴＬ ５ Ｔ １ ４ Ｃ ‐ ９ Ｃ ＴＬ ３ ＤＵＴ ＴＬ ２ Ｃ ８ Ｃ ＴＬ Ｉ ＧＮＤ. ２ －Ａ， １ ０ ‐Ａ，. ８６５１ Ｂ. 図４ Ｍ. Ｂそ し て Ｂ 端 子 に 接 続. ス テ ッ ピ ン グ ・ モ ー タ 駆 動 イ ンタ ー フ ェ ー ス ・. ●. －. さ れる‐ ＴＤ ６２８０３Ｐ の最. ●. －… ●…. ● …. －－ －－・岬 一 －－－ｒ. ′ 聾話す豪 語 さ せ竪塗艦 メノ 」塑 － ・ 亨ーー ・ 「・ 二. 大出力電流は４００ ｍＡ と，. 「ド ラ. か な り 大 き い‐ した が っ て，. 適当な吾輩〆ふ宗. ， 哩磨ご ．. 三愛謬齢 ‐ 雷雲璽糖き禦≧ . マネ謬 ！ きき 一輪溌 塞デ ー肘Ｌ 折 齢 ， 要 と な る． こ の よ う な ス ー ， 、「だ く … 毒滋望 き葛≧おか々 ・ ‐ だが 引 蹴 － 、 ′ ぎ. ライバ軒ランラネ；＊ 響. ンク品名か略 ＊キ . ザ. . を用 い た． 著 者 ら は， 題 材 と して の 「ワ ン チ ッ プ ＣＰ. 檀鷲 落 雷‐ 二 直－－ . ， ・ ， ．， 図５. （ ４８）. 自 立 型 走行 □ ポッ ト.
(10) . 新学科目 「情報基礎」 教育における題材開発. ４９. Ｕボー ドを利用 した ステ ッ ピング・モータ制御システム」 を完成させたが， これをさらに発展させ， ２５ ｍｍ 程度の幅を持つ黒線を トレースする自立型の走行ロボッ トを作製した． 図５に示す ） この ． ２Ｋｇ の自立型走行 ロ ボッ トを走らすために必要 な トルクが３５０ｐｐｓ 程 度 で １ Ｋ ２ ・ と 計算で ｃｍ ｇ ． きる． これ以上の トルクを持ち， 駆動電流が４００ｍＡ 以内という制限から， ＰＨ２６４－ ０２を選定 し た の で あ る． ス テ ッ ピ ン グ・ モ ー タ 駆 動 イ ン タ ー フ ェ ー ス 回 路 は， ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドの ＰＩＯ で制御す. ることになる． ただ， ワンチ ッ プ ＣＰＵ ボー ド上の ソフ トウ ェアに負担を掛けることを極力避ける た め，図 ４ で の 基 板 端 子 ３－Ａ と ４－Ａ だ け で ス テ ッ ピ ン グ ・ モ ー タ を 制 御 で き る よ う に ハ ー ドウ ェ ア を 組 ん で い る．す な わ ち，３－Ａ と ４－Ａ と をＨ （ノ・イ レベ ル ： ５Ｖ） に す れ ば ス テ ッ ピ ン グ・ モ ー タが止まり ３－Ａを Ｈ に そ し て ４－Ａ をＬ （ロ ー レベ ル ： Ｏ Ｖ） にすれば時計回りに回転し ３－. ， Ａを Ｌにそ して ４－ＡをＨ にすれば反時計回りに回 転 す る よ う に 設 計 して あ る． ス テ ッ ピ ン グ・ モ ー タ. ，. リスト１. 駆 動 イ ン タ ー フ ェ ー ス 回 路 と， ワ ン チ ッ プ ＣＰＵ. ＯＲＧ ８０００Ｈ. ボードのＰＩ０との具体的な結線は， 図４の基板端 整総. ＝ 琶 ８. ＥＱＵ 子 ３－Ａと ４－Ａと を， 図 ２ の 基 板 端 子 Ａ １２ と Ａ ＩＩ Ｅさ ＥＱＵ ． Ｔ Ｏ Ｐ Ｅ ＱＵ と に， そ れ ぞ れ 接 続 す る こ と に よ り な さ れ る‐ こ れ Ｓ で， 「プ ロ グラ ム 開 発 シ ス テ ム」 と 「ス テ ッ ピ ン グ …Ｐ ＩＯ の 初 期 化 ・ モ ー タ 駆 動 イ ンタ ー フ ェ ー ス」と が 結 び っ き， 「ワ 盗 Ｌ Ｄ プ ボ ピ ＣＰＵ チ ー ドを 利 用 した ス テ ッ ン ッ ン グ． ＯＵＴ モ ー タ 制 御 シ ス テ ム」 が 完 成 す る‐ 最 後 に， ス テ ッ ピ ン グ ・ モ ー タ を 回 転 さ せ る た め. に， ＲＡＭ に 書 き 込 ん だ プ ロ グ ラ ム （約 １０ 秒 間 時 計 回 り に 回 転 さ せ， 約 ５ 秒 間 停 止 さ せ た 後， 約 １Ｏ. ＩＩＩＩ１ｌｏＩＢ ＩＩＩＩＩＩ１ＯＢ. ＩＩＩＩＩＩＩＩＢ. 作 懲り ． ． Ａ・０７Ｈ （ＰＩＯＡＣ）．Ａ. ：ステ， ピング・モータの回転制御 と。ｃｗ ＬＤ Ａ，ｃｗ ＯＵＴ （Ｐ１ＯＡＤ）・Ａ ＬＤ. Ｇ。Ｓ －. 秒 間 反 時計 回 り に 回 転 さ せ る プ ロ グラ ム） を リ ス ト １ に 載 せ て おく． リ ス トの 最 初 で， プ ロ グラ ム の 開. ８ ＝ ｛. ＷＡＩＴ. ０ＵＴ. （Ｐ工ＯＡＤ）・Ａ. ＬＤ ＣＡＬＬ. Ｇｏ ｃＣＷ ＬＤ. 姶ア ドレスを ＲＡＭ 領域の先頭ア ドレス（ ８ｏｏｏ Ｈ）. ＯＵＴ ＬＤ ＣＡＬＬ ＬＤ ＯＵＴ ＲＥＴ. ；割り込み不可 ，時計回り. Ａ，１０. ＣＡＬＬ ＬＤ. ，モー ．，. Ａ，ＳＴＯＰ. Ａ．５ ＷＡ工Ｔ Ａ，ＣｃＷ （Ｐ工ＯＡＤ）・Ａ Ａ．ュ○ ＷＡ工Ｔ Ａ．ｓＴｏｐ （Ｐ１ＯＡＤ）・Ａ. ；停止 ：反 時 計 回 り. にするために， ＯＲＧ 疑似命令を用いている． 続く ＥＱＵ 文 は定数定義文である． Ｐ工ｏＡＣ と Ｐ１ｏＡ Ｄ. Ｇ ｏ ｏｏ. は， ＰＩＯ ア ド レ ス で あ り， そ れ ぞ れ コ ン ト ロ ー ル 用 の ア ドレス と 入 出 力 デ ー タ 用 の ア ドレ ス で あ る‐. …状悪保持のためのｗＡ Ｉ Ｔ サ ブル ー チ ン. また， ＣＷ， ＣＣＷ そ して ｓＴＯＰ は， ステッ ピン グ ・ モ ータ 制 御 用 の デ ー タ で あ る． こ の デ ー タ の 最 後. ；（レ ジスタ Ａ に 必 要 秒 数 を 入 れ る）. ・. Ｗ Ａ菖： ｗ。：. の ２ ビ ッ トが 重 要 で， こ れ ら は 図 ２ で の ボ ー ド端 子 Ａ Ｉ１ Ａ １２ に 出 力 さ れ そ れ ぞ れ の 出 力 に よ っ て ， ， ス テ ッ ピ ン グ・ モ ー タ が 時 計 回 り に 回 転 し た り， 反. 時計回りに回転したり， 停止したりする． プロ グラ ム 自 体 は， ま ず ＰＩＯ の 初 期 化 か ら 始 ま っ て い る．. Ｌ，， Ｗ－ －Ｌ２：. 出 力 モ ー ドで ＰＩＯ を 使 用 す る た め の コ ン ト ロ ー ル ｃｗ の ル ー. チ ン で は， ＣＷ を Ｐ工ＯＡＤ に出力 している． そ し. （４９ ）. ＤＪＮＺ ＰＯＰ. ＢＣ. ＰＵＳＨ と８. ＢＣ ＤＥ・ｏＢ８７０Ｈ. ＲＥＴ. 乱Ｌｏ：. ：. ８ Ｅ Ｂ・Ａ Ｗ ＬＯ ＷＯ. ＣＡＬＬ ＰＯＰ. すなわち， ＰＩＯＡＣ に対 して， 割り込みを禁止 した ワ ー ドを 送 っ て い る． 次 に ラ ベ ル Ｇｏ. 繋＝ ＬＤ. ＤＪＮＺ ＤＥＣ. ＤＥ. Ｂ．８ Ｗ Ｌ２ － ＤＥ. Ｌ Ｄ ＯＲ. Ｄ ・ 邑. ＪＰ. ＰＯＰ. ＮＺ・Ｗ ＬＩ ＢＣ. ＲＥＴ ＥＮＤ. ：停 止.
(11) . 辻 見 裕 史・赤 木 陽一郎. ５０. て， Ａ レジスタに必要 な秒数 （いまの場合約１０秒間） を入れ， サブルーチン ＷＡＩＴ を呼ぶ形で， ＣＷ の出力状態を保持する． これで， 約１０秒間ステ ッ ピング・モータ が時計回りに回っ た状態に なる． ＧＯ－Ｓ以下のルーチンも考え方が同じなので煩雑さを避けるためここでは説明 しない． 論. 議. Ｓ４. 教員養成大学の技術の新学科目である 「情報基礎」 の実習 としてイ ンターフ ェース教育を行なう ５週分の実習として今回開発した題材を用いるとすると， ３時間 場合を想定する‐ １週３時間で１ ２ 時間内での教育内容を考える必要がある‐ 次のような項目が考え られ の予備時間を除いて合計４ る． ［ ］ 内は実習時間である． 第１章． ＣＰＵの構成. ［３時間］. ［９ 時 間］ 第 ２ 章． ワ ンチ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ド：ＵＥＣ－Ｚ０７ ボ ー ドの 製 作 パ ル ・ コ ン ピ ュ ー タ と ワ ンチ ッ プ ＣＰ ナ バ を た ー い ソ ガ 用 トウ デ 第 ３ 章． リ モ ー ト・ ェア ッ 用ソフ. Ｕボー ド間の通信（Ｚ８０のアセ ンブラ言語の学習を含む） ［９時間］ 第４章． ステッ ピング・モータの駆動原理. ［３時間］. 第 ５ 章． ス テ ッ ピ ン グ・ モ ー タ 駆 動 イ ンタ ー フ ェ ー ス の 作 製. ［１２ 時 間］. 第 ６ 章‐ ワ ンチ ッ プ ＣＰＵ ボ ー ドと ス テ ッ ピ ン グ ・ モ ー タ 駆 動 イ ンタ ー フ ェ ー ス と の 接 続 （ス テ ッ. ピング・モータ制御用 プロ グラムの作製を含む）. ［６時間］. イ ンターフ ェース教育において， まず重要なのは回路の製作である‐ 上記第２章でのワンチッ プ ＣＰＵ ボー ドの製作は， 図２の回路図を見ると分かるように， それほど難しいものではない‐ しか ０イ ンチ間隔の半田付けを伴う配線は初 めての体験となる‐ ９時間を配 し， 学生にとっ ては１／１ した理由である． 第５章のステッ ピン グ・モータ駆動イ ンターフ ェースの作製は， 図４から見られ ２時間は最低必要で ある‐ 次に重点が置 かれるべきものが るように， 複雑で難 しいものと なる‐ １ Ｚ８ ０のアセ ンブリ言語の習得である． 第３章と第６章では， そのための時間を考慮に入れている．. 以上の様な項目に具体的内容 を盛り込んだテキストの開発が， 実際の実習時には必要 となる‐ し かし， 序論でも述 べたように現在 「情報基礎」 なる学科目に対して定員がつ いていない． 定員がつ けばテキストは開発可能であり、 今回開発したシステムも生き、 イ ンターフ ェース教育が実現でき ることは、 本論文で行なっ てきた検討で確信の域にまで達して いる． 現在、 日本教育大学協会全国 技術部門において、 「情報基礎」 の学科目定員を技術につけることを盛り込む形で、 文部省高等教 育局大学課 と日本教育大学協会に 「技術教育の充実に関する要望」 なる要望書を提出している． 早. 期定員配置を希求する． 謝. 辞. 文部省の平成３年度特定研究費と同年度教員養成学部設備充実費が本研究費の１部として使われ た‐ ここに感謝の意を表するものである．. （ ５０ ）.
(12) . 新学科目 「情報基礎」 教育における題材開発 文. ５１. 献. ２ ） トラ技コンピュータ ５ 月号， ＣＱ出版社：１ ０－１ （ １ ） 森 大資 （ １９ ９１ ． （ ２ ） シ ス テ ム ロー ド社， Ｚ－Ｖｉｓｉｏｎ Ｒｅｍｏｔｅ 総 合 マ ニ ュ ア ル． ３ １ ９ ８９ ７マニュアル第１ （ ｝ 梅沢無線電機株式会社 （ ） ＵＥＣ－Ｚ０ ．０版． ） １チップＣＰＵ によるステッ ピング・モータの制御， 平成３年度卒業論文， 北海道教育大学． （ ） 赤木陽－郎 （ １ ９９ ２ ４. （ ５１）.
(13)
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