ORANGE pico とは

ORANGE pico は、ピコソフト株式会社が出している、電源 (USB 5V)・モニター (NTSC コンポジット信号)、キーボード (PS/2対応) を接続することでBASIC言語によるプログラミングができる小さなパソコンである。

ORANGE pico とシリアル通信

ORANGE pico は、シリアル通信 (UART) によりパソコンやその他のハードウェアとの連携ができる。
type A・type E・type S には、USBシリアル変換モジュール TTL-232R-3V3 との接続に適した6ピンの端子が用意されている。
このモジュールのシリアル通信側は、以下のピン配置になっている。
電源は5V、信号は3.3V (TTLレベル) である。

ケーブルの色	信号
黒	GND
茶	CTS (制御入力)
赤	VCC (5V電源出力)
橙	TXD (シリアルデータ出力)
黄	RXD (シリアルデータ入力)
緑	RTS (制御出力)

とはいえ、このモジュールは執筆時点では秋月電子通商 (M-05840) で3,500円 (税込) と高価である。
そこで、より安価に同様の (端子を1本ずつ接続せず、6ピンを一気に挿すだけでできる) 通信ができる方法を探した。

シリアル通信の端子の仕様を確認する

ORANGE pico のシリアル通信用6ピン端子は、以下のピン配置になっている。

ピン番号	信号
1	GND
2	NC
3	5V (電源入力)
4	RXD (データ入力)
5	TXD (データ出力)
6	NC

TTL-232R-3V3 とはTXDとRXDが逆になっており、直結できる仕様になっている。
電源入力は三端子レギュレータの入力に接続されており、3.3Vではなく5Vを入力するのが妥当である。
一方、RXDとTXDはそれぞれマイコン (PIC32MX170F256B) のRA4とRB4に接続されている。
これらの端子は5Vトレラントではなく、絶対最大定格における入力電圧の最大は3.6V (VDD+0.3V) である。
よって、入出力電圧が5VのUSBシリアル変換モジュールを直結することはできない。

条件を満たす市販品

FTDI USBシリアル変換アダプター Rev.2 — スイッチサイエンス

このモジュールは、執筆時点で税込1,100円で販売されており、以下の条件を満たす。

5Vの電源を供給できる (3.3Vと切替可能)
通信の電圧は3.3V
ORANGE pico に直結可能なピン配置

出力制御信号はRTSではなくDTRとなっているが、ORANGE pico では制御信号は接続されていないので関係ない。

実際に ORANGE pico type S に接続してみると、干渉せず接続することができた。
しかし、接続用のUSB端子が上に出ており、使いにくさを感じた。

直結できるモジュールの自作

今回は、以下の材料を用いて ORANGE pico への直結が可能なUSBシリアル変換モジュールを作製した。

名前	個数	秋月通販コード	金額(税込、執筆時)
ＦＴ２３４Ｘ　超小型ＵＳＢシリアル変換モジュール	1	M-08461	780円
両面スルーホールガラスコンポジット・ユニバーサル基板　Ｆタイプ	1	P-12731	15円
Ｌ型ピンソケット　１×６（６Ｐ）	1	C-03795	20円
スズメッキ線（０．６ｍｍ　１０ｍ）	適量	P-02220	(330円)
日本アルミット　ヤニ入りハンダ　こて先食われ対策　０．８ｍｍ　１００ｇ　鉛フリー	適量	T-12535	(2,240円)

基板上に、シリアル変換モジュールとピンソケットを以下のように配置し、配線した。
左が基板を上から見た図、右が基板を下から見た図である。
青色の線は、基板裏側での配線を表す。

これに基づいて実際に組み立てを行うと、以下のようになった。

ORANGE pico に接続すると、以下のようになった。
USBの接続が横になり、使いやすくなったように思える。

USBをパソコンに接続し、通信も行うことができた。
制御信号には対応していないが、ORANGE pico 側でも制御信号は接続されていないため、関係ない。

これで、1,000円以下という低価格で ORANGE pico に直結可能なUSBシリアル変換モジュールを作ることができた。

仕上げ

ここまでの製作で動くUSBシリアル変換モジュールを作ることができたが、ピンの役割が表記されておらず、使い方がわかりにくい。
そこで、テプラを用いてピンの役割を明示し、わかりやすくした。

今回は、TEPRA PRO SR-MK1 と、黒字に白文字、幅6mmのテープを用いた。

ラベルの印字内容を画像で作製した。

試した結果、今回の条件 (テープ幅6mm、TEPRA LINK 2 に画像を読み込んでそのまま印刷する) では幅71px、1端子あたりの高さ36px (360dpiでそれぞれ5mm、2.54mm相当) にするとちょうどいい大きさになることがわかった。
以下の写真のラベルは、左から幅57px (4mm相当)、71px (5mm相当)、85px (6mm相当) の画像を使用したものである。

ちょうどいい大きさのラベルの余計な部分を切り取り、ピンソケットに貼ると、以下のようになった。

テープの背景もピンソケットの色も黒なので、遠くから見れば境界が目立たず、いい感じになっている。

結論

小型のUSBシリアル変換モジュールと小さい基板、ピンソケットを用いて、比較的安価で ORANGE pico に直結可能なシリアル変換モジュールを作製することができた。
さらに、テプラを利用し、端子の役割をわかりやすくすることができた。