JG2AS形式のデコードについて

JG2AS形式のデコードについて(電波時計の自作を目指す方に)

2003/APR/25

受信段はパーツ入手困難だったりしてなかなか自作は大変だと思います。(無線屋さんがんばってみませんか？) で、受信段はTristateさんなり市販品なりを流用してデコーダ以下を自作しようという方へ。

フォーマット詳細はご本家を参照してください。すごく簡単です。ようするに

L時間	H時間	合計	意味
200ms	800ms	1000ms	マーカー
500ms	500ms	1000ms	１
800ms	200ms	1000ms	０

そう、とにかく1ビットが1秒。そのパルス幅(デューティー比)で0/1を表してます。マーカーは毎分59,00,09,19,29,39,49 秒に来ます。つまりマーカーが連発したら、そこが正秒正分です。

[追加.03/MAY/02]

JG2AS検波出力波形

実際の波形はこんな感じ。１０１が見えます。その手前は波形からして０でしょうね。L時間 がやけに短く、300mV位でスレッショルド切るといい感じになりそうですが、なぜかは謎(^^;;)。
jg2as受信波形

親は980円の市販電波時計、ADコンバータは3067FのSCANモード。ITUで100usの定期割込を作り、割込ハンドラで AD.DRAをメモリにだらだら書き出しておいて、後でまとめて吸い上げてExcelに渡しただけです。 ↑がそうとうはげしくなまってるのがわかります(^^;)。↓も拡大してみると
　　 jg2as受信波形(立下り)

約1msかかっており、いかにも重たそうです。気になる方はオペアンプとかかますといいでしょう。

とまぁこんな解析がひょひょいとできるんで、AVR/PICな方もH8(2MB増設済の3069Fがオススメ)一枚持ってると便利かと。 (おおきなお世話)

[追加.03/MAY/12]
実験の市販機はIC類が全て表面実装+モールドでまったくわからないのですが、参考までに秋月さんのキットで使われているU4226B(データシートはトライステートさんにあります)のドライブ能力は吸い込み/吐き出しとも10uA 程度だとあります。もともとのデコーダの他に3664FのAD入力と3067FのAD入力をしょわされたのではそりゃ重いですよね。(^^;)

JG2AS受信データ例(Run-Length Version)

で実際の受信例です。単位はms。たとえば一番上の
745 , 250 , /** 679sec( 995) */
は「745msのLの後250msのH(合計995ms)」があったわけで、実験開始679秒後に０が送られているのがわかります。
同様に次の行680秒では１が送られて来てますね。さらに682秒にマーカーが来てますが、683秒がマーカーではないので、残念ながらまだ正秒正分ではありません。
ご用とお急ぎでない方は解読してみてください。
⇒途中まで解読するawkスクリプトとその結果をこちらに。

int  jg2asTab[] = {
 745 ,  250 , /** 679sec( 995) */
 439 ,  552 , /** 680sec( 991) */
 446 ,  548 , /** 681sec( 994) */
 175 ,  808 , /** 682sec( 983) */
 487 ,  515 , /** 683sec(1002) */
 478 ,  519 , /** 684sec( 997) */
 783 ,  218 , /** 685sec(1001) */
 788 ,  210 , /** 686sec( 998) */
 786 ,  251 , /** 687sec(1037) */
 745 ,  240 , /** 688sec( 985) */
 753 ,  248 , /** 689sec(1001) */
 746 ,  250 , /** 690sec( 996) */
 749 ,  247 , /** 691sec( 996) */
 168 ,  816 , /** 692sec( 984) */
 179 ,  813 , /** 693sec( 992) */
 798 ,  213 , /** 694sec(1011) */
 477 ,  535 , /** 695sec(1012) */
 460 ,  556 , /** 696sec(1016) */
 751 ,  245 , /** 697sec( 996) */
 445 ,  543 , /** 698sec( 988) */
 757 ,  241 , /** 699sec( 998) */
 755 ,  251 , /** 700sec(1006) */
 468 ,  519 , /** 701sec( 987) */
 171 ,  814 , /** 702sec( 985) */
 797 ,  250 , /** 703sec(1047) */
 748 ,  246 , /** 704sec( 994) */
 751 ,  244 , /** 705sec( 995) */
 749 ,  253 , /** 706sec(1002) */
 746 ,  245 , /** 707sec( 991) */
 754 ,  242 , /** 708sec( 996) */
 460 ,  528 , /** 709sec( 988) */
 779 ,  237 , /** 710sec(1016) */
 764 ,  223 , /** 711sec( 987) */
 167 ,  823 , /** 712sec( 990) */
 796 ,  229 , /** 713sec(1025) */
 761 ,  250 , /** 714sec(1011) */
 751 ,  244 , /** 715sec( 995) */
 454 ,  530 , /** 716sec( 984) */
 759 ,  247 , /** 717sec(1006) */
 755 ,  242 , /** 718sec( 997) */
 748 ,  243 , /** 719sec( 991) */
 778 ,  222 , /** 720sec(1000) */
 477 ,  511 , /** 721sec( 988) */
 177 ,  822 , /** 722sec( 999) */
 798 ,  246 , /** 723sec(1044) */
 436 ,  548 , /** 724sec( 984) */
 445 ,  564 , /** 725sec(1009) */
 748 ,  248 , /** 726sec( 996) */
 748 ,  244 , /** 727sec( 992) */
 742 ,  250 , /** 728sec( 992) */
 482 ,  510 , /** 729sec( 992) */
 776 ,  221 , /** 730sec( 997) */
 794 ,  215 , /** 731sec(1009) */
 170 ,  816 , /** 732sec( 986) */
 793 ,  246 , /** 733sec(1039) */
 754 ,  236 , /** 734sec( 990) */
 761 ,  249 , /** 735sec(1010) */
 750 ,  246 , /** 736sec( 996) */
 748 ,  249 , /** 737sec( 997) */
 747 ,  245 , /** 738sec( 992) */
 757 ,  243 , /** 739sec(1000) */
 468 ,  511 , /** 740sec( 979) */
 495 ,  508 , /** 741sec(1003) */
 180 ,  813 , /** 742sec( 993) */
 491 ,  515 , /** 743sec(1006) */
 481 ,  557 , /** 744sec(1038) */
 754 ,  245 , /** 745sec( 999) */
 748 ,  248 , /** 746sec( 996) */
 749 ,  246 , /** 747sec( 995) */
 751 ,  252 , /** 748sec(1003) */
 742 ,  254 , /** 749sec( 996) */
 753 ,  236 , /** 750sec( 989) */
 756 ,  237 , /** 751sec( 993) */
 172 ,  821 , /** 752sec( 993) */
 177 ,  819 , /** 753sec( 996) */
 486 ,  520 , /** 754sec(1006) */
 790 ,  210 , /** 755sec(1000) */
 790 ,  241 , /** 756sec(1031) */
 751 ,  246 , /** 757sec( 997) */
 753 ,  245 , /** 758sec( 998) */
 753 ,  242 , /** 759sec( 995) */
 751 ,  246 , /** 760sec( 997) */
 755 ,  237 , /** 761sec( 992) */
 174 ,  821 , /** 762sec( 995) */
 777 ,  223 , /** 763sec(1000) */
 790 ,  206 , /** 764sec( 996) */
 783 ,  221 , /** 765sec(1004) */
 782 ,  221 , /** 766sec(1003) */
 780 ,  248 , /** 767sec(1028) */
 746 ,  254 , /** 768sec(1000) */
 436 ,  550 , /** 769sec( 986) */
 753 ,  247 , /** 770sec(1000) */
 749 ,  246 , /** 771sec( 995) */
 173 ,  811 , /** 772sec( 984) */
 769 ,  239 , /** 773sec(1008) */
 770 ,  226 , /** 774sec( 996) */
 792 ,  214 , /** 775sec(1006) */
 477 ,  509 , /** 776sec( 986) */
 795 ,  219 , /** 777sec(1014) */
 785 ,  217 , /** 778sec(1002) */
 775 ,  253 , /** 779sec(1028) */
 743 ,  248 , /** 780sec( 991) */
 436 ,  557 , /** 781sec( 993) */
 173 ,  815 , /** 782sec( 988) */
 761 ,  250 , /** 783sec(1011) */
 461 ,  531 , /** 784sec( 992) */
 470 ,  529 , /** 785sec( 999) */
 760 ,  238 , /** 786sec( 998) */
 762 ,  236 , /** 787sec( 998) */
 781 ,  206 , /** 788sec( 987) */
 488 ,  512 , /** 789sec(1000) */
 486 ,  514 , /** 790sec(1000) */
 795 ,  248 , /** 791sec(1043) */
 154 ,  804 , /** 792sec( 958) */
 786 ,  245 , /** 793sec(1031) */
 755 ,  245 , /** 794sec(1000) */
 748 ,  244 , /** 795sec( 992) */
 755 ,  244 , /** 796sec( 999) */
 755 ,  240 , /** 797sec( 995) */
 760 ,  239 , /** 798sec( 999) */
 761 ,  229 , /** 799sec( 990) */
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 481 ,  511 , /** 801sec( 992) */
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   1 ,  245 , /** 808sec( 246) */
 750 ,  255 , /** 809sec(1005) */
 742 ,  247 , /** 810sec( 989) */
 752 ,  248 , /** 811sec(1000) */
 752 ,  242 , /** 812sec( 994) */
 172 ,  817 , /** 813sec( 989) */
 182 ,  818 , /** 814sec(1000) */
 483 ,  519 , /** 815sec(1002) */
 767 ,  230 , /** 816sec( 997) */
 778 ,  223 , /** 817sec(1001) */
 789 ,  207 , /** 818sec( 996) */
 784 ,  217 , /** 819sec(1001) */
 794 ,  199 , /** 820sec( 993) */
 795 ,  249 , /** 821sec(1044) */
 425 ,  568 , /** 822sec( 993) */
 139 ,  842 , /** 823sec( 981) */
 763 ,  251 , /** 824sec(1014) */
 748 ,  248 , /** 825sec( 996) */
 752 ,  250 , /** 826sec(1002) */
 750 ,  253 , /** 827sec(1003) */
 740 ,  248 , /** 828sec( 988) */
 755 ,  242 , /** 829sec( 997) */
 472 ,  516 , /** 830sec( 988) */
 765 ,  238 , /** 831sec(1003) */
 775 ,  231 , /** 832sec(1006) */
 170 ,  818 , /** 833sec( 988) */
 784 ,  223 , /** 834sec(1007) */
 770 ,  238 , /** 835sec(1008) */
 776 ,  218 , /** 836sec( 994) */
 467 ,  568 , /** 837sec(1035) */
 747 ,  244 , /** 838sec( 991) */
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 747 ,  252 , /** 841sec( 999) */
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 796 ,  214 , /** 855sec(1010) */
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 445 ,  554 , /** 864sec( 999) */
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 754 ,  256 , /** 868sec(1010) */
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 762 ,  256 , /** 873sec(1018) */
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 763 ,  248 , /** 887sec(1011) */
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 753 ,  239 , /** 889sec( 992) */
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 772 ,  261 , /** 902sec(1033) */
 739 ,  257 , /** 903sec( 996) */
 742 ,  256 , /** 904sec( 998) */
 435 ,  553 , /** 905sec( 988) */
 165 ,  815 , /** 906sec( 980) */
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 447 ,  545 , /** 909sec( 992) */
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 753 ,  244 , /** 911sec( 997) */
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 456 ,  537 , /** 913sec( 993) */
 758 ,  246 , /** 914sec(1004) */
 753 ,  244 , /** 915sec( 997) */
 172 ,  817 , /** 916sec( 989) */
 767 ,  239 , /** 917sec(1006) */
 760 ,  242 , /** 918sec(1002) */
 762 ,  234 , /** 919sec( 996) */
 765 ,  234 , /** 920sec( 999) */
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 771 ,  229 , /** 922sec(1000) */
 776 ,  223 , /** 923sec( 999) */
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 487 ,  510 , /** 925sec( 997) */
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 169 ,  813 , /** 946sec( 982) */
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 753 ,  249 , /** 951sec(1002) */
 752 ,  245 , /** 952sec( 997) */
 446 ,  549 , /** 953sec( 995) */
 758 ,  249 , /** 954sec(1007) */
 748 ,  250 , /** 955sec( 998) */
 170 ,  813 , /** 956sec( 983) */
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 455 ,  539 , /** 960sec( 994) */
 759 ,  247 , /** 961sec(1006) */
 754 ,  245 , /** 962sec( 999) */
 756 ,  242 , /** 963sec( 998) */
 757 ,  244 , /** 964sec(1001) */
 459 ,  537 , /** 965sec( 996) */
 177 ,  815 , /** 966sec( 992) */
 767 ,  245 , /** 967sec(1012) */
 464 ,  531 , /** 968sec( 995) */
 471 ,  529 , /** 969sec(1000) */
 761 ,  243 , /** 970sec(1004) */
 755 ,  244 , /** 971sec( 999) */
 755 ,  248 , /** 972sec(1003) */
 466 ,  528 , /** 973sec( 994) */
 463 ,  542 , /** 974sec(1005) */
 757 ,  248 , /** 975sec(1005) */
 165 ,  811 , /** 976sec( 976) */
 773 ,  244 , /** 977sec(1017) */
 749 ,  254 , /** 978sec(1003) */
 756 ,  237 , /** 979sec( 993) */
 756 ,  245 , /** 980sec(1001) */
 758 ,  249 , /** 981sec(1007) */
 754 ,  245 , /** 982sec( 999) */
 751 ,  246 , /** 983sec( 997) */
 469 ,  527 , /** 984sec( 996) */
 471 ,  529 , /** 985sec(1000) */
 177 ,  817 , /** 986sec( 994) */
 473 ,  537 , /** 987sec(1010) */
 463 ,  534 , /** 988sec( 997) */
 762 ,  242 , /** 989sec(1004) */
 756 ,  253 , /** 990sec(1009) */
-1,-1
} ;

なお、現行機でデコードしている信号を(別の)3067FのADコンバータで盗み見たものです。watson8のデータ処理まちがいでデコードできなかったらごめんなさい。(ぜひご一報ください)

また、807secでパルスヒゲが立っています。ソフトでヒゲフィルタを考えるのも楽しいですよ。 (現行機では見事はじいてくれました)というか実験開始0秒からのデータはイマイチひげっぽかったんで切ったわけで、チャレンジしたい方~~にはさしあげます。~~ はこちらからどうぞ。

[追加.03/MAY/02]
こちらはITUで1msの定期割込を作り、そのつどAD.DRAをチェック、遷移するまでの割込み回数を数えてます。確かにL時間が短いですね。「なまってるから」と思ってたのですが、よく考えたら長くなるはず…
また、↓から↓で見ても、30ms程度のズレがあり、別ページのリモコン対応時計での実験結果はうまく説明できるのですが、原因は不明です。(だめじゃん)

JJY局自体がいい加減(まさか)
電離層など伝播による影響(という話を聞いたような)
受信段に内蔵してるノイズフィルタ

昔バイクにのっけてたGARMINのGPS(IIIPlus)があるのですが、奴の吐くNMEAってどのくらい精度でてるのかな…ぶつぶつぶつ…

[追加.03/MAY/12]
参考までに秋月さんのキットで使われているU4226Bのデータシートをよく読むと…
WWWB(アメリカの時報局)の場合

Lowパルス幅規定値	最小	最大
200ms	140ms	200ms
500ms	440ms	500ms
800ms	740ms	800ms

いずれも短い側にぶれますよと書いてあります。

またJG2ASの場合だと

Highパルス幅規定値	最小	最大
200ms	240ms	410ms
500ms	420ms	490ms
800ms	720ms	790ms

だそうで…そうJG2ASの場合、極性が(実験機と)逆な上、長かったり短かったり。うーーむ。

さらに電波そのものからの遅延時間が

	最小	最大
WWWBパルス開始	45ms	80ms
WWWBパルス終了	20ms	45ms
JG2ASパルス開始	10ms	110ms
JG2ASパルス終了	30ms	220ms

と規定されています。少なくともこの(クラスの)チップを使う限り、この程度の精度しか得られないんですね。そっかぁ。10万年平均すれば1秒かも知れませんけど、1秒だとけっこう怪しげ(誤差数％以上)な信号なんですね。(あとでここに「へぇ～～ボタン」設置しようっと)

JG2AS受信データ例(Bit-Mapped Version)

マーカーを200,800という表現でなく、2進で0011111111と表現した版を考えてたのですが Run-Length版から作れるわけだし、まぁいいかになってます。エミュレータを作るにはBit-Mapped版の方が便利(この例だと100msごとに割り込んで1ビットづつ送っていくだけ)なんですけどね。リクエストがあれば考えます。(実は1/32秒が作りにくくてめんどくさくなった^^;)

[追加.03/APR/26]

JG2ASエミュレータ

ううう…むつかしく考えすぎました(^^;)。ご指摘ありがとうございます。実はRun-Length版から作った方が簡単でだけですね。これならPIC/AVRでも簡単に作れそうです。実際に受信できない時間帯でも開発/デバッグ可能な上、時間をたとえば20ms+80ms(マーカー)の様に圧縮して送出すれば、1/10の時間でデバッグできて効率的かも。(本来の信号とエミュレータ信号の切替機能や本来の信号のレベル/極性変換、若干のパルス除去などまとめてPIC/AVRに載せてしまうってのもアリ)

また、これで作った信号をTristateさんの電波時計キットに食わせてみるのも一興。故意に元データにノイズを混ぜて、デコーダいじめて見るのもおもしろそうです。

デコーダとエミュレータを一本のcpuに同居させるのも…あ、これもなんとかなりそうですね。sendTCO() でドライブする出力ピンを本来の入力ピンに(配線で)ループバックしてもいいし、sendTCO()でメモリを 0/1切り替えて、デコーダもそのメモリ参照すればいいわけです。(メモリ参照型は、入力遷移割り込みを使ったデコーダだと面倒そうですが)

サンプリングについて

PICやAVRでは(アナログコンパレータで)↑も↓も割り込んでくれるので簡単です。(PICはうろおぼえ) H8だと「↑で割り込む」のが苦手な上、元信号が1.5V位しか振らないとなると、定期的にADかけろって話でしょうね。

[追加.03/SEP/03]↓の停波予告がらみで、ちょいちょいとデコーダを3052Fで組んでみました。 3664Fの実機ではかなり強烈かつ怪しげなヒゲフィルタをソフトで組んでいるのですが、こちらは手抜き、それでもヒステリシスを持たせただけで、まずまずデコードできています。たとえば

さっきHだった立下りは ADの結果が0.05V以下

さっきLだった立上がりは ADの結果が0.80V以上

ギザギザしながら立ちあがる途中で、0.80Vを越す時に微妙に 0.80Vを出たり入ったりしながら越していくのが原因みたいです (時間-電圧勾配に比べてサンプリングが遅いんで平気だろうと思ってました)。ノイズを含むデジタルデータを扱う場合にはごく一般的に用いられる手法です。
⇒ということは、AVR内蔵にしろ外付けオペアンプにしろ、アナログコンパレータ+固定スレッショルドでしゃきっとH/Lに振ってしまうと扱いにくいかもしれません。外付けするならH⇒LとL⇒Hの２系統積んだ方がかえって楽かも。

[追加.03/SEP/05]

停波予告ビット(ST1～ST6)

メンテナンス等で停波があるときには、本家サイト(トップはここ) で一ヶ月程度前から予告されるほか、24時間前からは実際の電波で一時間に二回 (毎時15分50秒～56秒と毎時45分50秒～56秒)6ビットの停波予告ビットが送られてきます。

03/SEP/05の08:00～17:30の停波について

	ST1:ST2:ST3		ST4:ST5:ST6
SEP/05 05:45の予告	１０１	12時間以内に停波	１１１	昼間のみ・２日未満
SEP/05 06:15の予告	１１０	2時間以内に停波	１１１	昼間のみ・２日未満
SEP/05 14:15の予告	０１０	3-6日以内に停波	１１１	昼間のみ・２日未満	(早めにメンテ終了⇒次回SEP/08停波の予告？)
SEP/15 00:15の予告	０００	停波予定なし	０００	停波予定なし

が受信できました。この回の停波では停波中の8時台、10時台にも試験送出があったようで、 3664F機に受信記録自体は残っていましたが、停波予告ビットの方はデコーダ止めてました。残念！
14時前から送出が再開され、14:15には「3-6日以内に停波」が予告されました。

なお、03/SEP/01～03/SEP/04の同様の停波については「8時00分～17時35分頃(日によって違う)まで受信できなかった」の記録が残っているだけです。(「また7時59分かぁ。あれ？」で停波に気づいた)

このビット、直前はアナログ信号で、デコーダが「なんじゃこりゃ！」とバタバタしているところにポンと来ます。構成によっては意外とつかみにくいビットかも知れません。 3664F実機では例のノイズフィルタがアダとなって改装は大工事が予想されています(はぁ～ためいき)。

[追加.03/SEP/15]なお停波予定がなければST1:ST6にすべて０が送られてきます。

[追加.03/SEP/05]

うるう秒ビット(LS1/LS2)・サマータイム/予備ビット(SU1/SU2)

いきおいあまって、こいつらも読んでしまいました。ずぅーーっと０です。後で本家サイト見るとうるう秒は「04/JAN/01には入れない。以後未定」だそうで、こちらのデバッグは何年かに一度しかチャンスがない模様です(^^)。

[追加.03/SEP/05]

パリティビット(PA1/PA2)

時・分にそれぞれ1ビットづつついています。こちらは3664F機でも見ていますが、いったんsyncしてしまえば「次は16しかありえない」とか予測できるのであまり意味はないかも。一方年、日付、曜日はまったく冗長していないので、むしろ「60秒1フレーム全部まとめて2ビットのチェックサム」とかの方がデコーダは作りやすかったのに…

ローカルに持つ時計はじわじわとずれていくのに対し、JG2ASのデコード結果は基本的に正確ですが突然ビット化けによりとんでもない数字を示すことがあります。結果が異なったとき、より信頼性が高い(と思われる)データを採用する、この辺のさじ加減がむつかしいところかも知れません。

某市販機の様に「ぴったし一時間ずれる」とか「○○時79分と表示される」とかにならないように。

[追加.03/SEP/05]

おまけ…3052F(25MHz)で作るローカル時計

今回ローカル時計では、ITUで÷８モード、62500分周して25MHz/8/62500=50Hzを使ってます。一日(86400秒)流すと5.5秒ほど進みます(個体差・室温にもよるでしょう)ので、そのまま時計とするにはきびしいものがあります。

62499分周/62501分周とすることで一日86400/62500=1.38秒単位で補正することが出来ます。最初のイニシャライズのとこだけいじればいいので簡単です。(↓の方法で「50回の割り込みのうち50回で」と言った方がわかりやすい？)
+5.5秒/日=+63.7us/secですから、50回の割り込みのうち一回で63.7us分ごまかせばいいわけです。 ITUの1カウントは、25MHz/8=3.125MHz=320nsですから、63.7us/320ns=199.0カウント、たとえば50回目の割り込みだけは62500+199=62699で起きるようにするとか。この方法だと、一日あたり320ns*86400=27.6ms単位で補正できます。
この補正量をJG2ASと見比べて自分でいじったりしてるとかっこいい！(見た目は地味すぎ…(^^;))

感想などは

またはこちらの

からどうぞ。
つっこみもやんわりとなら歓迎します。

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さっきHだった	立下りは	ADの結果が0.05V以下
さっきLだった	立上がりは	ADの結果が0.80V以上