マウステスターが完成!パソコンなしでマウスで遊べます

更新: 2006年11月5日
作成: 2003年11月16日

マウスとPICがつながります。

パソコンのマウスは、おもしろそうな入力装置ながら、どのような仕組みになっているかがあまり知られていないため、電子工作のデバイスとして登場することはまれでした。

でも、インターネットで調べればいろいろわかります。PICマイコン「PIC16F628」を使って、PS/2マウスをつないで遊べるおもちゃ「マウステスター」をつくってみました。4行表示の液晶画面に、ひたすらマウスからの情報を表示して楽しむという代物です。

マウスやキーボードが用いているPS/2インターフェースは、シリアル方式で、クロックとデータの信号線を制御する方式で、詳しいことは、次のページに書いてあります(英語)。

• http://panda.cs.ndsu.nodak.edu/~achapwes/PICmicro/PS2/ps2.htm

このページから得られた情報をまとめると、こんな感じです。

• PS/2インターフェースは、6ピンのコネクタながら、信号が送られるのはクロックとデータの2本だけの、比較的シンプルなインターフェースとなっています。
• マウスもキーボードも、全く同じインターフェースを使っています。そのため、マウスをつなげられるおもちゃは、プログラムしだいではキーボードもつなげられるようになります。
• インターフェースで使うクロックの周波数は、10kHzから16.7kHzまでの範囲で、比較的低くなっています。PICマイコンでも扱える範囲でしょう。USBの場合は、たいへん周波数が高いので、PICマイコンで扱うことは困難です。

作成した装置でできること

1. PS/2接続のマウスを接続すると、上下左右の動きやボタンの押され具合いを液晶画面に表示します。マウスのデバイスIDなども表示できます。
2. 通常の2ボタンマウスや3ボタンマウス、ホイールつきマウス、ホイールつきでボタンが5つあるマウスに対応しています。USBマウスは、PS/2変換コネクタを介せば使えます。ホイールの動きは、Z軸上の動作として検出されます。
3. 赤いLEDと青いLEDを搭載しています。ボタンが押された時だけ赤く光るようにしたり、エラーが発生すると赤く変化するようにできるので、接触不良の検出などの、マウスの故障診断に役立ちます。

このような装置を作った目的としては、一つはマウスをパソコン以外の機械につないで機能させてみたいという思いがあります。もう一つは、マウスがたくさんある場所で、故障の診断を簡単に行いたいというニーズにこたえることです。マウスがつながっているパソコンの電源を入れれば、機能を確かめるなどの、簡単なチェックはできるのですが、いざパソコンの調子が悪くなった時に、マウスが壊れているのか、それともパソコン本体が壊れているのかを判断するのは、簡単ではありません。マウスを別のパソコンのものと入れ替えて、再起動したりするのは面倒ですので、すぐにつないでチェックできる装置が望まれているところもあるかと思います。

ハードウエアの仕組み

このような回路図を考えてみました。

以前の回路図には間違いがありましたが、修正した結果、上記のようになりました。(c) 2003 Toshio Sugihara.

• マイコンには、PIC16F628を使います。PIC16F84とほぼ上位互換があり、価格も安いからです。
• PS/2インターフェースにつながる「DATA」と「CLOCK」は、PICマイコンの側からは、電流を引き込むか、ハイインピーダンス状態にするかのどちらか一方を保つ必要があります。ローインピーダンスでHIを出力すると、大電流が流れて装置やマウス・キーボードを故障させる原因となります。プログラムの書き間違いや、暴走には気をつける必要があります。
• それほど正確なクロックは必要ではないので、セラミックの発振子を使うことにしました。「セラロック」という名前で村田製作所から発売されています。
• 液晶表示器には、横20文字、縦4行を表示できる大きな物を使いました。バックライトはありませんので、明るいところで使いましょう。

使い方

電源の投入

マウスを接続したのち、スイッチを入れると、マウスとの間で初期化処理が行われます。初期化が終わると表示がこのようになります。

この状態を「ノーマルモード」と言います。

• 2行めの「D=00」の部分は、マウスのIDを意味します。表示されるIDと、その意味は次のとおりです。

  表示	意味
  00	通常のホイールのないマウス。ボタンは3つまで対応できる。
  03	ホイールがあるマウス。ボタンは3つまで。
  04	ホイールがあり、ボタンが5つまでのマウス。

  マウスのIDごとに、通信に用いるプロトコルやデータの形式が、微妙に異なっています。

• 3行めの左側にある「RRRDM」は、マウスに対して送信された信号を意味しています。「リセット」「リセット」「リセット」「ID検査」「リモートモードに設定」の順に初期化が行われていくことがわかります。
• 4行めの「01」は、ファームウエアのバージョンで、「M:N」は、「マウスモード(M)の、ノーマルモード(N)」という意味です。

ちなみに、電源の切断はいつでもできます。スイッチを切るなり、アダプタを引き抜くなりしてだいじょうぶです。

ノーマルモードについて

マウスのX,Y,Z座標の動きや、ボタンの押され具合いをそのまま表示するモードです。

• 液晶の1行めは、それぞれX,Y,Z座標を16進数4桁で表示します。Xは右方向がプラス、Yは上方向がプラス、Zはホイールつきマウスのホイールのことで手前に回すとプラスに値が変化します。
• 液晶の2行めには、マウスのボタンをクリックすると、それぞれのボタンを意味する文字が点灯します。左ボタン、中ボタン、右ボタン、4ボタン、5ボタンの順に、それぞれ「L」「C」「R」「4」「5」として表示されます。
• マウスの3行めの右側には、マウスから送られてくる3バイトまたは4バイトのバイナリデータを、そのまま16進数の形で表示しています。
• LEDは、エラーがない限り青く表示されます。エラーが起こると、例えば次のような表示になり、LEDは赤くなります。
  

  

ボタンの操作方法

基板の下のほうにある「青」「黄」「赤」のボタンで、通常の操作を行います。

• 青いボタンは、マウスとキーボードのモードを切り替えるためのものとして考えました。現在はキーボードを読み取るプログラムができていないため、押すとダミーのキーボードモードへと移行します。ダミーのキーボードモードでは、単にLEDが赤く点灯するだけで、何もできません。この状態でもう一度青いボタンを押すと、通常のマウスモードのノーマルモードに戻ります。エラーを表示している時にも、押せば機能します。
• 黄色いボタンは、マウスモード内部でのモード切り替えボタンです。押すたびに、「ノーマル」「左ボタン」「右ボタン」「中ボタン」「4ボタン」「5ボタン」「X軸」「Y軸」「Z軸」の順にモードが切り替わります。エラー表示になっている場合などは、機能しません。
• 赤いボタンは、マウスなどをつなぎなおした時に押します。押すと、再びマウスの初期化を始めます。エラー表示が出ていても、押せば機能します。

ほかにも、ボタンやスイッチやコネクタがあります。

• 右上にある黒いボタンはリセットボタンです。押せば、電源投入直後の状態に戻ります。押している間は、青と赤のLEDが両方とも暗く点灯します。これは、リセットボタンが押されている間は、LEDを管理するI/Oポートが入力モードに設定されるからです。
• トグルスイッチは、電源スイッチです。
• 右上のコネクタは、ACアダプタや電池をつなぎます。電圧安定化回路を内蔵したDC5Vのアダプタが使えます。秋葉原の「秋月電子通商」というお店で売られている、800円の「NP12-1S0523」というアダプタが便利です。このアダプタは、使う電流によらず出力電圧がほぼ5Vで一定なので、マウステスターの基板の側には、電圧を一定にする回路はありません。
  

  

• 右下のコネクタは、マウスを接続するためのものです。秋月の近くにある千石というお店で120円くらいで買いました。この部品は、まだ秋月では扱っていないだろうなあ。ピンは6つあります。

いろいろなモード

この装置には、マウスの一般的な状況を表示するノーマルモード以外に、目的に合わせて以下のモードがあります。モードは、黄色いボタンで切り替えます。液晶画面の4行めに表示される「M:N」のような表示のうちの「N」が、現在のモードを意味しています。

• 「ノーマルモード」は、電源投入時の状態で、「N」の表示が出ます。マウスのさまざまな情報を液晶画面に表示します。
• 「ボタンモード」は、「LCR45」のうちのいずれかの文字が表示されている場合のものです。それぞれ、対応するボタンが押されている場合は赤いLEDが点灯し、押されていない場合は青いLEDが点灯します。ボタンのわずかな接触不良を検知することを目的としていますので、液晶画面への表示は行わず、ひたすらLEDの表示を高速に行うことに徹しています。ボタンが一瞬接触不良で離れてしまっても、一瞬青が点灯するので分かります。
• 「軸モード」は、「XYZ」のうちのいずれかの文字が表示されている場合のものです。それぞれ、対応する軸方向にマウスが動いたことを検出すると、LEDが赤になります。その方向に動いていないと判断すると、LEDは青く点灯します。このモードでも、液晶画面の更新は行いません。

エラー表示について

マウスを引っこ抜いたりして、通信に異常が発生すると、エラーメッセージが表示され、LEDが赤に変わります。エラーの番号とその意味は、以下のようになっています。

ERRORの表示が出る場合は、ケーブルの接触不良などが考えられます。

ソフトウエアの仕組み

パソコンのマウスを扱うだけあって、かなり複雑なプログラムになっています。主な構成要素としては、次の部分からなります。

• マウスから1バイト読み取る部分
• マウスへ1バイト送る部分
• 液晶画面に1バイト送る部分
• 液晶画面の初期化などを行う部分
• メニューの表示やユーザからのボタンを受け付ける部分
• マウスの初期化やマウスからのデータ取得などを行い、その結果を液晶に表示するメインの部分

アセンブラだけで、このようなプログラムを作ることは、かなりやっかいな話です。PICマイコンそのものは、わりあいと扱いやすい品物なので、がんばってなんとか作りました。

作成したプログラムのソースファイルは、次のとおりです。ソースを読んでみたり、実際にこの品物を作ってみたりと、いろいろお楽しみください。

• 031116a5.asm

このプログラムは、マイクロチップテクノロジー社の統合開発環境「MPLAB」のバージョン6系で使えます。WDTなどの設定については、ソースの先頭に書いてありますので参考にしてください。

現在のプログラムでは、マウスとの通信を1ビットずつ、というか波形の上がり下がりごとにプログラミングしています。シリアル通信ユニットを内蔵したマイコンもあるようですので、それを使えば少しは楽に作れるかもしれません。

やってみましょう

• 今回紹介したおもちゃを作ってみてはいかがでしょうか。パソコンにつながなくても、マウスが機能することには、ちょっとした驚きと感動があります。

  ・・・と書いたところ、このページを読んで実際に作った方から、写真をいただきました。(2005年12月)

  

  回路図とプログラムは、私が作ったのとほぼ同じようですが、見ためはだいぶ違うようなので、じっくり見てみましょう。

  • プラスチックのケースにおさまっています。ボタンやマウスコネクタのあたりは、穴を開けてあるようです。私はたいてい、基板むきだしの状態で完成としてしまうのですが、こうやって入れ物に収めて仕上げると、長持ちしそうです。
  • 基板のサイズが、私が作ったものより、だいぶ大きくなっています。部品の配置が、ゆったりしているようです。
  • 液晶ディスプレイの接続端子が画面の上側にあって、コネクタではなくケーブルで基板とつながっているようです。私が作った物では、画面の裏側にピンヘッダをつけていたので、だいぶ違います。
  • 基板上に、配線が見えません。裏面にあるのでしょうか。
  • 押しボタンの大きさとか、緑色のLEDがあるとか、ガラス管のヒューズを使っているとか、まだまだいろいろと違いが見つかります。

  ホームページで、パソコン用のフリーソフトウエアを公開する趣味は、よくあります。一方で、ホームページに回路図とソースファイルを載せたときに、それを読んで本当に作る方がいるかや、実際に作ると、どんなふうになるのかは、ページを書いた私もこれまでよく分からなかったのですが、写真をみて、なるほど！と思いました。回路図は同じでも工夫の余地があるので、できあがりかたは人それぞれのようで、面白いです。

  ちなみに、液晶画面によると、つながっているマウスは「デバイス0x03」の品物のようです。ホイールはあるけれど、4番と5番のボタンがないタイプです。

  

  というわけで、お便りありがとうございました。みなさまも、よろしければぜひ、お便りください。

• マウスを2つつないで対戦できるゲームとか、作ってみたいですよね。何か面白いゲームのアイデアがあったら、実際に作ってみませんか。

  ・・と書いたところ、このマウスインターフェースを応用して、マウスでブロック崩しのゲームが楽しめる装置を作った方から、お便りをいただきました。(2006年10月)

  H8マイコンなどを使ってパソコンのディスプレイに画像を表示するシステムを作り、PICマイコンを用いたマウスインターフェースを追加して、ブロック崩しのゲームを遊べるようにしたそうです。

  マウスとモニタがつながるなら、あとはキーボードがつながればパソコンみたいに楽しめそうです。

  こちらが、画面表示とマウスインターフェースの基板です。

  

  プリント基板の上に、部品が整然と乗っています。表面実装の部品がきれいにはんだづけされていたり、部品番号や記号がそれっぽく印刷されていたりする様子を見ると、市販の製品っぽい雰囲気がただよっています。

  プリント基板を使うと、回路がとてもすっきりするようです。リード線は、1本しか見えません。

  こちらの部分が、マウスとの通信に使っているPICマイコンの回路です。

  

  マイコンには、PIC16F628の後継品種にあたるPIC16F628Aを使っているようです。セラミックの発振子なども見えます。

  H8マイコンで全部の処理を行うのも一つの方法ですが、マウスなどとの通信処理では、専用のマイコンを割り当てたほうが、分かりやすいシステムになるそうです。

  自分が作った回路やソフトがこのように、形を変えて遠くの街で機能している、ということは、とても興味深い限りです。プリント基板を作ると、さらに楽しみが広がっていくようです。

  作った方による記事が、こちらのページにあります。

  • http://www.geocities.jp/h83069f/biz/biz.html

  楽しいお便りを、ありがとうございました。本格的に拡張してみるのも、面白そうですね。

お知らせ

紹介した回路図やプログラムは、必ずしも正しいものとは限りません。間違いがあって、それがもとで火事になったりするかもしれません。このホームページは、お読みになる方の自己責任でご利用いただくことになっていますので、発生した不都合については、筆者は責任を負いかねます。ご自身の責任で、安全に気をつけて、電子工作を楽しみましょう。