ATtiny85でRPN電卓を作ってみました（2021/06/19追記）
お正月早々、Twitterのタイムラインに衝撃的な記事が流れてきました：
ただ、日常的に使っているのは四則演算だけなので、HP電卓はサイズも機能もオーバーだと思う気持ちはありました。また、古典とも言える徳田雄洋・村井宗二著「カッコのない国」が昨年3月に電子化されたのを機に20数年ぶりに再読了して、あらためてRPNを意識していたところでもあり、なおさら上記DPZの記事が刺さったわけです。 さて、
自分でも作ってみようかなと思って調べてみたところ、色々と情報が見つかりました。
まず、ArduinoによるRPN電卓スケッチはGitHubにいくつかあり、この中で次のものが機能豊富でソースも読みやすいと思いました：
zooxo/arc: Arduino RPN Calculator
また、電卓のキーと言えばマトリックス方式が多いと認識していたのですが、ADC一発でキー読み取りできる方法をまとめ、さらに、抵抗値の計算からサンプルスケッチまでwebアプリで公開されている方がいらっしゃいました：
I/Oピン一つで読めるキーパッドの設計サービス - しなぷすのハード製作記
これらを眺めていたところ、そもそもRPNは高度な関数を使わない限りメモリ消費が少ないですし、必要なI/O数も少ないのならATtiny85で作れるかも、そうしたらタブレット菓子のケースにでも収まるかも、とコンセプトが固まってきて、トライしてみた次第です。 前置きが長くなりましたが、外観はこんな感じになりました（1/14にラベルを作り直して写真を差し換えました）。
タクトスイッチのキーがプチプチと気持ちいいです。表示は10^-3未満と10^6以上は指数部を3の倍数で区切る（小さい方はマイクロ・ナノ・ピコ…、大きい方はメガ・ギガ・テラ…に合わせて技術者が使いやすくする）ENGモードにしています。
ここでENGモードにこだわったことがフラッシュ（プログラムメモリ）を消費して、最終的にATtiny85の8192byteのうち8182byteを使ってギリギリ入りました。これが仮数部桁数固定のSCIモードだと6402byteと余裕です（Δ1780byte）。
動作電流は約7mAで、2分間キー入力が無ければオートパワーオフで0.4μAに落ちるようにしました。ATtiny85は外部割り込みINTが1つしかなく、そのピンがI2CのSCLとバッティングしているので、ピン変化割り込みPCINTを初めて使ってみました。この部分については、東京お気楽カメラさんの記事がとても参考になりました。あと、ATtiny85自体の使い方やLCDの駆動周りは暑さ指数計を作ったときのメモが役に立ちました。 結果としてできた回路図は、次の通り：
スケッチ（プログラム）はGitHubにアップしてあります。 ケースは大きい方のMINTIAの、美味しい上に色味がいいフレッシュピーチを採用しました。左上のボタンはリセットスイッチです。
中身を見ていきます。タブレット取り出し口に指を掛けてケースをパカッと開きます。
今回、先日入手したLi-Po電池を使ってみました。左上にあるのがTP4056というICを使った充電モジュールで、こちらの記事が参考になりました：
中国製 TP4056 Li-ion バッテリー充電基板を試す
右の上方に液晶の裏面があり、SOP品のATtiny85とリセットスイッチをサブボードに載せて小亀実装しています。あちこちにある白い樹脂は消しゴムを切って作ったスペーサーです。
右の下方がキーパッドの裏面です。キーの方にノイズが乗ると読み取りエラーが出る可能性があるので、キーの入口にパスコンを置いています。
キーパッドの表側には、スイッチと分圧抵抗が並んでいます。スイッチを密に並べるため、タクトスイッチは2端子だけ使いました。
最終的なBOMは次の通りで、合計1449円でした。電線・ハンダ・ラベル・テープはカウントしていません：
Resister list:
100x1, 220x3, 470x2, 1kx3, 2.2kx2, 4,7kx3, 10kx2, 22kx1, 100kx1 無事にできたところで、私の持っているRPN電卓たちと集合写真を撮っておきました。あと、48SXもあるのですが、ぱっと取り出せるところにありませんでした…
また、作りながら何か既視感があったのですが、Willcomのnico.になんとなく似ています。
以上、思ったとおりのものができて満足しています。といいつつ、すぐ何かしたくなるんだろうな…
参考になれば幸いです。 パドラッパ from MacBook Air (2017) 【2021/01/17追記】
ケースを着せ替えて遊んでいます。よろしければご笑覧下さい。 【2021/03/06追記】
・その後HP 200LXのキーを使ったものも作っていて、いま常用しているのはこちらです。
・DPZの記事を書かれた斎藤さんがソースと回路図をGitHubにアップして下さいました。
【2021/06/19追記】
次の2点についてバグレポートを頂き、修正したものをGitHubにアップしました。ついでに変数・コメント等も手直ししています：
1. 8文字入力すると、バックスペースが利かない
2. SCIモードで大きい数（5桁程度以上）を入れると動作がおかしくなる
この2.については、FIXモードでも同じ問題がありました。いずれも文字変数の領域確保不足でした。
今を遡ること27年前、1994年にHP 100LXを買ってnifty-serve FYHP(後のFHPPC)でRPN（逆ポーランド記法）を教わったことから単体の電卓もHP-42Sを入手して使いだし、もう「普通の（数式通り入力の）電卓」が使えない体になっています。公開しました : 君は逆ポーランド電卓を知っているか？ ～そして自作へ (斎藤公輔（NEKOPLA）) #DPZ https://t.co/nGAuB9I0KB
— デイリーポータルZ (@dailyportalz) January 5, 2021
ただ、日常的に使っているのは四則演算だけなので、HP電卓はサイズも機能もオーバーだと思う気持ちはありました。また、古典とも言える徳田雄洋・村井宗二著「カッコのない国」が昨年3月に電子化されたのを機に20数年ぶりに再読了して、あらためてRPNを意識していたところでもあり、なおさら上記DPZの記事が刺さったわけです。 さて、
自分でも作ってみようかなと思って調べてみたところ、色々と情報が見つかりました。
まず、ArduinoによるRPN電卓スケッチはGitHubにいくつかあり、この中で次のものが機能豊富でソースも読みやすいと思いました：
zooxo/arc: Arduino RPN Calculator
また、電卓のキーと言えばマトリックス方式が多いと認識していたのですが、ADC一発でキー読み取りできる方法をまとめ、さらに、抵抗値の計算からサンプルスケッチまでwebアプリで公開されている方がいらっしゃいました：
I/Oピン一つで読めるキーパッドの設計サービス - しなぷすのハード製作記
これらを眺めていたところ、そもそもRPNは高度な関数を使わない限りメモリ消費が少ないですし、必要なI/O数も少ないのならATtiny85で作れるかも、そうしたらタブレット菓子のケースにでも収まるかも、とコンセプトが固まってきて、トライしてみた次第です。 前置きが長くなりましたが、外観はこんな感じになりました（1/14にラベルを作り直して写真を差し換えました）。
タクトスイッチのキーがプチプチと気持ちいいです。表示は10^-3未満と10^6以上は指数部を3の倍数で区切る（小さい方はマイクロ・ナノ・ピコ…、大きい方はメガ・ギガ・テラ…に合わせて技術者が使いやすくする）ENGモードにしています。
ここでENGモードにこだわったことがフラッシュ（プログラムメモリ）を消費して、最終的にATtiny85の8192byteのうち8182byteを使ってギリギリ入りました。これが仮数部桁数固定のSCIモードだと6402byteと余裕です（Δ1780byte）。
動作電流は約7mAで、2分間キー入力が無ければオートパワーオフで0.4μAに落ちるようにしました。ATtiny85は外部割り込みINTが1つしかなく、そのピンがI2CのSCLとバッティングしているので、ピン変化割り込みPCINTを初めて使ってみました。この部分については、東京お気楽カメラさんの記事がとても参考になりました。あと、ATtiny85自体の使い方やLCDの駆動周りは暑さ指数計を作ったときのメモが役に立ちました。 結果としてできた回路図は、次の通り：
スケッチ（プログラム）はGitHubにアップしてあります。 ケースは大きい方のMINTIAの、美味しい上に色味がいいフレッシュピーチを採用しました。左上のボタンはリセットスイッチです。
中身を見ていきます。タブレット取り出し口に指を掛けてケースをパカッと開きます。
今回、先日入手したLi-Po電池を使ってみました。左上にあるのがTP4056というICを使った充電モジュールで、こちらの記事が参考になりました：
中国製 TP4056 Li-ion バッテリー充電基板を試す
右の上方に液晶の裏面があり、SOP品のATtiny85とリセットスイッチをサブボードに載せて小亀実装しています。あちこちにある白い樹脂は消しゴムを切って作ったスペーサーです。
右の下方がキーパッドの裏面です。キーの方にノイズが乗ると読み取りエラーが出る可能性があるので、キーの入口にパスコンを置いています。
キーパッドの表側には、スイッチと分圧抵抗が並んでいます。スイッチを密に並べるため、タクトスイッチは2端子だけ使いました。
最終的なBOMは次の通りで、合計1449円でした。電線・ハンダ・ラベル・テープはカウントしていません：
| item | detail | price | pcs | subtotal |
|---|---|---|---|---|
| AVR | ATTINY85-20SUR | 120 | 1 | 120 |
| LCD | AE-AQM0802 | 600 | 1 | 600 |
| Charger | TP4056 module | 26 | 1 | 26 |
| Li-Po | 1200mAh | 210 | 1 | 210 |
| MINTIA BREEZE | FRESH PEACH | 210 | 1 | 210 |
| Electrolytic C | 47uF | 10 | 1 | 10 |
| R 1/6W 5% | listed below | 1 | 18 | 18 |
| Tactile SW | ex. | 10 | 20 | 200 |
| keypad subs. | D-type universal | 40 | 1 | 40 |
| AVR subs. | pitch converter | 150 | 1/10 | 15 |
100x1, 220x3, 470x2, 1kx3, 2.2kx2, 4,7kx3, 10kx2, 22kx1, 100kx1 無事にできたところで、私の持っているRPN電卓たちと集合写真を撮っておきました。あと、48SXもあるのですが、ぱっと取り出せるところにありませんでした…
また、作りながら何か既視感があったのですが、Willcomのnico.になんとなく似ています。
以上、思ったとおりのものができて満足しています。といいつつ、すぐ何かしたくなるんだろうな…参考になれば幸いです。 パドラッパ from MacBook Air (2017) 【2021/01/17追記】
ケースを着せ替えて遊んでいます。よろしければご笑覧下さい。 【2021/03/06追記】
・その後HP 200LXのキーを使ったものも作っていて、いま常用しているのはこちらです。
・DPZの記事を書かれた斎藤さんがソースと回路図をGitHubにアップして下さいました。
【2021/06/19追記】
次の2点についてバグレポートを頂き、修正したものをGitHubにアップしました。ついでに変数・コメント等も手直ししています：
1. 8文字入力すると、バックスペースが利かない
2. SCIモードで大きい数（5桁程度以上）を入れると動作がおかしくなる
この2.については、FIXモードでも同じ問題がありました。いずれも文字変数の領域確保不足でした。
| 固定リンク | 0
コメント