モータの鳴らし方byHanDen

電子工作の初心者がモータを演奏したりVVVF音を再現したりする方法を紹介するブログ ホビー向けの電子工作を基礎から書いていきます 記事のミス等のお問い合わせはTwitterにてお願いします。 当ブログを参考に製作をする際は必ず自己責任にて行ってください 当ブログを参考にしたことによる損害等の責任は一切負いません ドメイン取得につきURLを http://vvvf.blog.jp から http://blog.henden.net に変更しました

2018年04月

当ブログのword版データ

本ブログの記事のWORD版のデータです。こちらの方が見やすい記事も結構あると思います。

回路編第110

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回路編第11~13

https://www.dropbox.com/s/m9rkc8nasnip4j3/%E5%9B%9E%E8%B7%AF2.docx?dl=0

 

KiCad

https://www.dropbox.com/s/46siyvylqkjqvsd/kicad%E3%83%9E%E3%83%8B%E3%83%A5%E3%82%A2%E3%83%AB.docx?dl=0

 

マイコン編

https://www.dropbox.com/s/nvd7f7o4a08r5rr/%E3%83%9E%E3%82%A4%E3%82%B3%E3%83%B3.docx?dl=0

 

本データは趣味で電子工作を行う人向けの記事です。そのため、業務や研究、競技会などでの使用はご遠慮ください。また、記事の内容は自己責任の下で使用をお願いいたします。本記事を参考にして損害が発生した場合でも管理人は責任を負いません。

電子工作のキソ 目次

いままでに書いた、モータ演奏を行うための基礎事項の記事の目次です。

 

1.回路編

1回 電子部品の概要

http://vvvf.blog.jp/archives/2366464.html

 

2回 抵抗器

http://vvvf.blog.jp/archives/2369140.html

 

3回 コンデンサ・コイル

http://vvvf.blog.jp/archives/2385100.html

 

4回 ダイオード

http://vvvf.blog.jp/archives/2498755.html

 

第5回 半導体スイッチ

http://vvvf.blog.jp/archives/2571354.html

 

第6回 半導体スイッチの回路

http://vvvf.blog.jp/archives/2677434.html

 

7回 MOSFETIGBTの駆動回路

http://vvvf.blog.jp/archives/2677434.html

 

8回 ゲートドライバ

http://vvvf.blog.jp/archives/3313214.html

 

9回 トランジスタ

http://vvvf.blog.jp/archives/3466503.html

 

10回 整流回路

http://vvvf.blog.jp/archives/3881339.html

 

11回 ゲートドライバIC(L6384E)の使い方ver2 その1

http://vvvf.blog.jp/archives/6572197.html

 

12回 ゲートドライバICの使い方ver2 その2

http://vvvf.blog.jp/archives/6620551.html

 

13回 ゲート抵抗の選び方

http://vvvf.blog.jp/archives/6770493.html

 

 

2.KiCadの使い方

1回 KiCadの初期設定

http://vvvf.blog.jp/archives/4052091.html

 

2回 回路図エディタEeschemaの使い方 その1 回路図を描くチュートリアル

http://vvvf.blog.jp/archives/4283557.html

 

3回 回路図エディタEeschemaの使い方 その2 PCB Parts Library の使い方

http://vvvf.blog.jp/archives/4305504.html

 

4回 回路図エディタEeschemaの使い方 その3 ピン設定の変更

http://vvvf.blog.jp/archives/4380666.html

 

5回 プリント基板エディタPcbnewの使い方 その1 

http://vvvf.blog.jp/archives/4644669.html

 

6回 プリント基板エディタPcbnewの使い方 その2

http://vvvf.blog.jp/archives/4724854.html

 

7回 プリント基板エディタPcbnewの使い方 その3

http://vvvf.blog.jp/archives/4803088.html

 

8回 プリント基板エディタPcbnewの使い方 その4

http://vvvf.blog.jp/archives/5087007.html

 

9回 フットプリントエディタの使い方

http://vvvf.blog.jp/archives/5188288.html

 

10回 ユニバーサル基板や切削基板でのKiCadの設定

http://vvvf.blog.jp/archives/5190101.html

 

 

3.制御編

第1回  マイコンのハードウェア

http://vvvf.blog.jp/archives/6080429.html

 

2回 マイコンで使うビット演算

http://vvvf.blog.jp/archives/6216594.html

 

3回 ビットシフト

http://vvvf.blog.jp/archives/6240219.html

 

4回 AVRマイコンの環境づくり1 ライターのドライバとAtmel Studioのインストール

http://vvvf.blog.jp/archives/6261293.html

 

5回 AVRマイコンの環境づくり2 AtmelStudioの日本語化とAtmel Studioの初期設定

http://vvvf.blog.jp/archives/6262931.html

 

6回 Atmel Studioでのファイル作成とFuse設定

http://vvvf.blog.jp/archives/6402405.html

 

7回 AVRマイコンのデジタル入出力

http://vvvf.blog.jp/archives/7126511.html

 

8回 マイコンのPWM出力 その1 可変周波数PWMの理論とパラメータ決定

http://vvvf.blog.jp/archives/7483091.html

 

9回 マイコンのPWM出力 その2

http://vvvf.blog.jp/archives/7662206.html

 

10回 マイコンのタイマー割り込み その1

http://vvvf.blog.jp/archives/7860243.html

 

11回 マイコンのタイマー割り込み その2

http://vvvf.blog.jp/archives/7860414.html

 

12回 AVRマイコンの割り込みのまとめ

http://vvvf.blog.jp/archives/8031672.html

 

13回 AVRマイコンのシリアル通信

http://vvvf.blog.jp/archives/8456549.html


制御編 第13回 AVRマイコンのシリアル通信

 

 前回までは何回かに分けて割り込み処理のお話をしてきましたが、今回は内容がガラッと変わってシリアル通信のお話を行います。ちなみに、Atmega328Pには一般的にシリアル通信と言われる「USART」のほかにも、「I2C」や「SPI」もありますが、今回紹介するには「USART」です。初めに、この3つの通信方式を筆者の偏見で軽くまとめてみます。

項目

USART

I2C

SPI

使用箇所

主に機器,基板間

主に基板内

主に基板内

伝送可能距離

長い

短い

短い

接続数

11が基本

1対複数が可能

1対複数が可能

通信線数

2(TX,RX)

2(SDA,SCL)

3(SCK,MISO ,MOSI)

+接続数(SS)

安定性

高い

UARTより低い

UARTより低い

通信速度

設定次第

設定次第

設定次第

 筆者の感覚的にまとめるとざっとこんな感じです。USART」と「I2C」「SPI」通信の最大の差は、1対複数のバス通信が規格としてサポートされているかいないかと言えるでしょう。しかし、引き換えに「I2C」と「SPI」は通信可能な距離が短く、距離が延びると安定性が非常に低くなります。筆者の経験上、I2Cは数十センチの距離でもモータなどのノイズでエラーが発生し正しく通信できません。(SPIArduinoのシールド程度の距離でしか使用していないので不明です)Arduino系の分野ではI2C」はセンサなどとの通信、「SPI」はシールドとの通信に使われることが多いです。また、SPI通信はAVRマイコンのシリアル書き込みにも使われていますね。

 そして、今回紹介する「USART」は基本的には11の通信ですが、工夫をすることにより、1対複数の通信も実装することは可能です。これにより比較的長い距離でも高い安定性で複数の子に対して通信を行うことも可能というわけです。なので、筆者はこの方法でモータ演奏基板の通信を行っています。(I2CSPIは好みの問題で自分が実装する箇所には使っていません)

 前置きはこの程度にしておいて、実際にAVRマイコンでのシリアル通信の使い方の紹介をしていきたいと思います。とはいえ、基本的にシリアル通信は理論的な個所はほぼなく、条件次第で通信速度設定時に計算を行う程度となっているので、今回はレジスタの設定をメインに紹介を行いたいと思います。

 シリアル通信のレジスタの設定はatmega328Pのデータシート(https://avr.jp/user/DS/PDF/mega328P.pdf )P138~P141に書かれています。このうちシリアル通信の動作の設定を行うレジスタは「UCSR0A」「UCSR0B」「UCSR0C」の3つ、通信速度の設定を行うレジスタは「UBRR0(12bit必要なのでデータシートではUBRR0LUBRR0Hと分かれているが、プログラム上は一括で書ける)となっており、通信データが入るレジスタが「UDR0」となっています。

 初めに設定のレジスタを見ていきましょう。

UCSR0A

ビット

項目名

設定内容

設定値(書き込み)

7

RXC

USART受信完了フラグ:USARTのデータの受信が完了すると1が設定されます。受信完了割り込みを使わない場合は、このビットを読み込むことで、データが届いているかの判定を行います。受信完了割り込みを使う場合はこのビットは1にする必要があります。

受信完了割り込みを使う場合:1

使わない場合:0

6

TXC

USART送信完了フラグ:USARTのデータの送信が完了すると1が設定されます。送信完了割り込みを使う場合はこのビットは1にする必要があります。

送信完了割り込みを使う場合:1

使わない場合:0

5

UDRE

USART送信データレジスタ空きフラグ:送信のデータレジスタ(UDR0)データを受け取り可能な時に1が設定されます。データを送信するときはこのビットを読み込み、1であることを確認してから、データをUDR0に送りますデータレジスタ空割り込みを使う場合はこのビットは1にする必要があります。

データレジスタ空割り込みを使う場合:1

使わない場合:0

4

FE

フレーミング異常フラグ:フレーミング異常が発生した時に1が設定されますが、特に使いません

0

3

DOR

データオーバーラン発生フラグ:オーバーラン状態が発生した時に1が設定されますが特に使いません

0

2

UPE

バリティー誤りフラグ:受信したデータがバリティーチェックを通らかった(データが破損している)場合に1が設定されます。Arduinoとの通信(関数を使う場合)では使えません。

0

1

U2X

倍速許可:非同期動作でシリアル通信の速度を倍にする設定ですが、特に必要性がないので使いません

倍速無効:0

倍速許可:1

0

MPCM

複数プロセッサ通信動作:複数のマイコンを接続し到着データの選別を行う機能です。9bit通信が必須となり、Arduinoなどへの互換性確保が難しいので、今回は使いません

無効:0

無効:1

 

UCSR0B

ビット

項目名

設定内容

設定値(書き込み)

7

RXCIE

受信完了割り込み許可:受信完了の割り込みを許可するレジスタです。受信完了割り込みを使うときは、受信完了フラグRXC1を設定する必要があります。

受信完了割り込みを使う場合:1

使わない場合:0

6

TXCIE

送信完了割り込み許可:送信完了の割り込みを許可するレジスタです。送信完了割り込みを使うときは、送信完了フラグTXC1を設定する必要があります。

送信完了割り込みを使う場合:1

使わない場合:0

5

UDRIE

送信データレジスタ空き割り込み許可:データレジスタ空割り込みを許可するレジスタです。データレジスタ空割り込みを使うときは、送信データレジスタ空きフラグUDRE1を設定する必要があります。

データレジスタ空割り込みを使う場合:1

使わない場合:0

4

RXEN

受信許可:シリアル通信の受信部の動作を許可します。シリアルでデータを受信する場合は1を設定しなければなりません。

データを受信する場合:1

受信を行わない場合:0

3

TXEN

送信許可:シリアル通信の送信部の動作を許可します。シリアルでデータを送信する場合は1を設定しなければなりません。1対複数のシリアル通信を行う場合は、通常時は無効(0)にしないとIOが短絡するので注意が必要です。

データを送信する場合:1

送信を行わない場合:0

2

UCSZ2

データビット長選択2:詳細はUCSR0Cのビット1,2部で紹介

別途記載

1

RXB8

受信データビット8:9bitのシリアル通信を行う場合は受信データの9bit目をここから読み出します。なお、UDR0より先に読み出す必要があります

0

0

TXB8

送信データビット8: 9bitのシリアル通信を行う場合は送信データの9bit目をここから書き込みます。なお、UDR0より先に書きこむ必要があります

0

 

UCSR0C

ビット

項目名

設定内容

設定値(書き込み)

7

 

UMSEL1

USART動作選択:シリアル通信の動作を「非同期動作」「同期動作」「主装置SPI」から選択します。通常は「非同期動作」を選択します。

非同期動作:0,0
(UMSEL1,0)

同期動作:0,1

主装置SPI:1,1

6

UMSEL0

5

UPM1

 

バリティー選択:バリティーチェックを「無効」「偶数バリティー」「奇数バリティー」から選択します。Arduinoなどと通信する場合は「無効」を選択します

無効:0,0 (UPM1,0)

偶数:1,0

奇数:1,1

4

UPM0

3

USBS

停止ビット選択:送信時に送られる停止ビットの長さを「1ビット」か「2ビット」から選択します。通常は、「1ビット」を選びます。

1ビット:0

2ビット:1

2

UCSZ1

 

 

 

データビット長選択:シリアル通信のデータのビット長の選択を行います。「5ビット」から「9ビット」で選択できますが、通常は「8ビット」を選択します

5ビット:0,0,0
UCSZ2,1,0

6ビット:0,0,1

7ビット:0,1,0

8ビット:0,1,1

9ビット:1,1,1(複数プロセッサ動作許可を有効時選択)

1

UCSZ0




0

UCPOL

クロック極性選択:同期動作の時にデータの送受信時のクロックの状態を選択します。非同期動作では0を書き込みます。

非同期動作:0

同期動作

送信時上昇端,受信時下降端:0

送信時下降端,受信時上昇端:1

※ビット2,1は主装置SPI動作の時は設定項目自体が変わります。設定項目名がビット2:UDORD(データ順選択)、ビット1:UCPHA:クロック位相選択に変わります。詳細はここでは省略します。

 

以上がシリアル通信(USART)の設定レジスタです。続いて、通信速度の設定レジスタの紹介をします。通信速度の設定レジスタは「UBRR0です。このレジスタに値を設定することで通信速度が決定されます。このレジスタに入力する値はデータシートP136~P137のボートレート設定例の表から検索するか、データシートP126の数式を変換した以下の式で求めます。

13

 

この検索、計算した値を「UBRR0」レジスタに入力することで通信速度が設定できます。

 

最後にデータの送受信の方法ですが、やり方として2種類あり割り込みを使う方法と使わない方法に分けられます。

前者の割り込みを使う方法の場合は、設定レジスタで割り込みを使う設定(割り込み許可と完了フラグを1)にし、割り込みの関数内で受信時は「UDR0レジスタから読み取り」送信時は「UDR0レジスタに書き込み」を行います。

割り込みを使わない場合は、main関数の無限ループ内で各完了フラグが1に設定されているときに受信時は「UDR0レジスタから読み取り」送信時は「UDR0レジスタに書き込み」を行います。

 

サンプルプログラム

今回は割り込みを使った場合で、Arduinoからデータを受信するようにした場合のプログラムとなります。なお、ここでの設定した内容は、上の設定レジスタの表の設定値の太線の値となっています。

#include <avr/io.h>

#define F_CPU 16000000 //CPUクロック16Mhz

 

#define SPEED 38400//シリアル通信の速度

 

 

int main(void)

{

       

         //シリアル通信設定

        UBRR0 =  ((long)F_CPU/((long)SPEED * 16)) - 1;

 

        UCSR0A = 0x80;

        UCSR0B = 0x98;

        UCSR0C = 0x06;

       

        sei();

       

    /* Replace with your application code */

    while (1)

    {

               

    }

}

 

 

ISR(USART_RX_vect){//シリアル受信完了時

        uint8_t data = 0; //受信データ

        data = UDR0;

}

 

以上がサンプルプログラムとなります。今回はArduinoからのデータ受信を目的にプログラミングを行いました。今回まででモータを鳴らすための回路、プログラム設計に必要な基礎のお話はほぼ紹介したので、次回からは全体的な設計のお話を少ししたいと思います。そのあとまた気分次第でモータを鳴らすことにはつかない基礎的なお話もするかもしれないです。

ギャラリー
  • KiCad5の使い方 4章 シンボルエディターの使い方
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