はじめに
このページでは、ビギナー向けに、マイコンボードＰＩＣｏｌｏの開発方法を説明します。開発環境の用意や無償のＣコンパイラのインストールについてはこちら、プロジェクト／プログラム作成についてはこちらを参照願います。
※以下の情報は2010年7月現在のものです。ご注意ください。
ＰＩＣｏｌｏについてはこちらを参照願います。
パーツリスト
| パーツ |
型名 |
個数 |
購入先 |
| モータ |
マブチモータ(RE-140など) |
1 |
模型店など |
| トランジスタ |
２ＳＣ１８１５ |
1 |
電子部品店 |
| 抵抗１ |
100Ω 1/4〜1/10Wのもの |
1 |
電子部品店 |
| 抵抗２ |
10KΩ 1/4〜1/10Wのもの |
1 |
電子部品店 |
| 基板 |
小さめのユニバーサル基板 |
1 |
電子部品店 |
| コネクタ |
２ｍｍピッチピンヘッダ |
1 |
浅草ギ研及び販売店 |
| ケーブル |
センサーケーブル |
1 |
浅草ギ研及び販売店 |
今回は、DCモータ駆動で行ったときの回路と同じものを使います。DCモータ駆動の実験を行っている場合は新たに用意する必要はありません。
PWMについて
前回駆動したDCモータや、LEDは「電流」を流すと回ったり光ったりします。これらをパワー制御しようとすると本来は電流量を調整してやるのが一番よいのですが、マイコンで電流量をコントロールするのは大変です。
そこでPWMという方法を使います。Pulse Width Modulation と言い、パルス状にした入力でパワーをコントロールするという方法です。これは、スイッチを高速にON/OFFし、ONの時間が短ければパワーが小さくなり、ON時間が長ければパワーが大きく（最大パワーに近づく）ことになります。
プログラムでデジタルIO出力の端子をON/OFFすることもできますが、マイコンによっては数値設定だけで自動的にパルスが出続ける機能をもったものもあります。ＰＩＣ１６Ｆ１９３６も、コンペア・キャプチャという機能のピンの設定を変えるとＰＷＭを出力する端子になります。ＣＣＰ？という端子がそれです。
このようにＣＣＰ１〜５まであります。ＣＣＰ２とＣＣＰ３は２つづつありますが、これはプログラムでどちらの端子から出すかを選ぶことができます。
前回のモータ駆動ではＲＣ２にモータ制御端子をつなぎました。この端子はＣＣＰ１も兼ねているので、今回はＣＣＰ１を使って実験してみます。
PWM機能
ＰＩＣ１６Ｆ１９３６のＰＷＭ機能についてはデータシートの１９章に書いてあります。いままで紹介した機能よりも複雑なので、データシートを少し読んだだけでは理解が難しいと思います。
大きく動作を説明すると、Ｔｉｍｅｒ２，４，６のうちの１つを使って「パルス周期」を作りだします。コンペア機能を使って「パルス幅」を作り出します。今回、今まで使っていなかったＴｉｍｅｒ６を使うこととします。
ＰＷＭ機能の設定方法については１９．５節に書いてあります。この中で設定式が次のようにかいてあります。
【ＰＷＭ周期の設定】
まず周期の方から。上の式はぱっとみるとわけがわからないですが、内容的には非常に単純です。まず、ＴＯＳＣですが、これはマイコンのクロック周期の時間です。クロックを３２ＭＨｚに設定したとすると
ＴＯＳＣ＝１／３２ＭＨｚ＝０．０３１２５μＳ＝３１．２５ｎＳ
になります。 ”（TMRx Prescale Value)” はその意味の通り、タイマーに設定したプリスケーラの倍率です。今回はＴｉｍｅｒ６を使いますのでＴ６ＣＯＮレジスタでプリスケーラを設定しますが、たとえば１：６４に設定したとするとこの値が６４倍になります。
さらに周期の式では４倍になっているので
４ ｘ ３１．２５ｎＳ ｘ ６４ ＝２０００ｎＳ＝２μＳ
が途中までの式となります。ここにＴｉｍｅｒ６の比較レジスタであるＰＲ６に１足した値を掛けたものが周期となります。ちなみに、式に（ＰＲ２ｘ）となっていますがこれは（ＰＲｘ）の間違いだと思われます。
たとえば、周期をきりの良いところで１ｍＳにしたいとします。１ｍＳ＝１０００ｕＳです。
１ｍＳ ＝ （ＰＲ６＋１）ｘ４ｘ２
よってＰＲ６は１２４に設定すればよいことになります。
【パルス幅の設定】
パルス幅はこのように単純にＴｉｍｅｒ６の設定によりつくられた時間（今回は２ｕＳ）に、レジスタの値を掛けただけで設定できます。レジスタが２つに分かれているので少し面倒ですが、このような構成になっています。
ＣＣＯ１ＣＯＮのビット５と４を無視（常に０）とすると、ＣＣＰＲ１Ｌの値１につき４に相当しますので、ＣＣＰＲ１Ｌを１上げると
２ｕＳ ｘ ４ ＝ ８ｕＳ １ｍＳ周期から考えると０．８％に相当
となります。つまり、ＣＣＰＲ１Ｌの値１につき０．８％の出力になるとも言えます。１００％時は値１２５に相当します。
【出力開始方法】
ＰＷＭの出し方の手順はデータシートの１９．５．７節に書いてあります。これを読むと
１）該当する端子（今回はＲＣ２）を入力に設定する。これで出力が切れるらしい。
２）その間、必要な設定を行う。
３）該当端子を出力に設定するとＰＷＭが出続ける、
となっています。
実験の構成ですが、モータ駆動の時と同じものを使いました。詳しくはモータ駆動のページを参照願います。
プログラム
ということで作ったプログラムが次のようになります。行１８はいままでと同じ。行２４〜行３２がＰＷＭの設定の部分です。
念のため、テキストファイルも用意しました。てきとうなプロジェクトを作り、コピーしても良いでしょう。
PWM.txt (右クリックで対象を保存）
先の計算のように、ＣＣＰＲ１Ｌの値１につき０．８％の出力となります。行３６〜４１で、一秒おきに０．８ｘ１２＝９．６％づつ出力を上げています。
この波形を観測したのが次の図です。
０％時（１周期目）
９．６％（２周期目）
４８％（６周期目）
９６％（１０周期目） この次は最初にもどる。
実際にモータ（マブチのＲＥ−１４）をつないでみたところ、出力８０％以上でないとモータの軸がまわりませんでした。但し、８０％以上だとＰＷＭのパルス幅におうじた回転数になりました。
モータ回路のＲ１の値を下げるともっとすくないパルス幅でもまわるかもしれません。
パルス周期とパルス幅の比率を「デューティー比」といます。パルス幅が大きくなることを「デューティー比が上がる」といいます。
さいごに
今回はモータを駆動しましたが、ＬＥＤも同じようにパワー制御できます。つまり明るさを変えられます。ＬＥＤの明るさがゆらいでいる「電子ろうそく」なるものもあるようですが、この方法で作れそうです。
次はスイッチによる外部割込みについて。たとえばモータ駆動中に緊急停止スイッチによる割り込みで緊急停止、ということが可能になります。
２０１０年７月２３日
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