Fenrir's BLog: Embedded System アーカイブ

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カテゴリー Embedded Systemに属する記事の一覧ページです。
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カテゴリー Embedded Systemの説明:

趣味の電子工作のお話。
業界用語では『組込み系』というらしいですが、できるだけお金をかけずに目標を達成することを心掛けています。ターゲットですが、サイト開設当初はH8を中心に作業をしていたのですが、それからどんどん手を広げてSH4やDSPもやりだしました。好きこそ物の上手なれとはまさにこのことではないかと考えています。
回路図や基板のレイアウトも積極的に公開していますので、参考になれば幸いです。

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Super Sylphide 進捗状況(48) -- Tiny Feather に XBee 繋がる

オートパイロットシステムTiny Featherですが、以前に作成した2.4GHz無線何でも繋がる基板を利用してXBeeをつなげてみました。デバック風景を掲載してみます。

近いとアンテナなしでも繋がる

Tiny FeatherにつなげたXBeeからデータを送信し、FT232RL経由でPCに繋げた別のXBee基板で受信させています。

XBeeということで、簡便な方法であるシリアルを無線に置き換える用途の透過(Transparent)モードを使ってテストを行っています。うまくいっている、といいたいところなのですが、既知の問題として、バイナリデータを送ろうとすると、たまに意図せずコマンドモードに入ってしまうことがあります。以前、ワイヤレス電力計を作った際は、バイナリデータを7bit変換することでこの問題を回避していたのですが、今回はまじめに対処したいと思います。いまのところAPIモードを使うのが有力です。

Jan 15, 2012. 23:59 fenrir が投稿 : 固定リンク | |

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Super Sylphide 進捗状況(47) -- Tiny Feather ADS 完成

オートパイロットシステムTiny Featherですが、以前空気に対するデータをとるためのAir Data Sensor(ADS)がひとまず完成したことを、記事にしました。その後、ADS単体には出番がやってこなかったこともあり、完成に向けたデバックを積極的に行っていませでした。しかしこの度、よやうく出番があることになり、年末年始で気合をいれて完成へと漕ぎつけました。

動作中の様子。

ADSからTiny Feather本体を経由して、USB経由でPCにデータを取り込んでテストしてみました。ADSでA/D変換された絶対圧、および差圧3チャンネルの生データを以下のグラフに示します。なおADS上のADCは24bitの解像度があり、それを16bitに切り詰めてTiny Featherにはデータを送っています。

何も入力のない、静止時のデータです。これでセンサ、およびA/D変換を組み合わせたノイズを見ることができますが、あるレベルに収まっているのでほっとしています。回路の組み方や、変換および通信などを担当しているプログラムには問題なさそうです。ADS側のプログラム類はこのあたりにおいておきます。

ADSはTiny Feather本体とはSPIで接続しています。以前、SPIをマルチプレクスするのをCPLD上で行っているという記事をかきましたが、ADS用にさらに拡張しました。現在は外部スレーブデバイスをHDLのマクロで増やせるようにしてあります。参考としてspi2internal.vhdをあげておきます。

校正作業をしなければいけませんが、機材が手元にないので"くまさん"にお願いすることにしました。

※次の進捗としてXBeeと繋げてみました。

Jan 8, 2012. 23:51 fenrir が投稿 : 固定リンク | |

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Super Sylphide 進捗状況(46) -- TinyFeatherの誘導制御スケルトン

無人航空機(UAV)用オートパイロットシステム TinyFeatherですが、ようやく足回りが終わり、楽しい匂いがするところにやってきました。誘導制御です。ちなみに僕は天邪鬼で、足回りである航法の方が面白かったりします。

誘導制御則を実装するにあたって、その骨組み、スケルトンを作ってみました。

図を説明すると、1つのループが一定時間間隔で繰り返されることで誘導制御を構成しています。中央の円がそのループで、順を追って説明すると

航法情報(どこをどういう状態で飛んでいるのか)の取得
入手した航法情報を元に誘導制御(どこをどうやって飛びたいか)の計算をする
その計算結果を元に舵面やモータを、サーボ、スピードコントローラで動かす
計算結果のログを残す
地上局(Ground Station, GS)にテレメトリ(どこを飛んでいるかなど監視用情報)を送信

となっています。加えて、地上局からWay Point (WP)の変更など飛び方の指令が非同期的に送られてくる可能性があるので、それを処理できるよう、図の下に示すアップリンク通知ブロックがあります。

コードはguidance_control_skeleton.cppにあります。航法情報として得られるものはヘッダ guidance_control.h に書いてあります。TinyFeatherとこのコードを使って、皆さん独自の制御則を作ってみることが可能なようにしていきたいです。

※Tiny Feather用ADSがようやく完成しました。

Dec 24, 2011. 23:59 fenrir が投稿 : 固定リンク | |

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ソフトウェアSPIが動かない (解決済)

マイコンを使っていると、時々マイコンに組み込まれた周辺機能だけでは事が足りなくなって、汎用I/Oポートを使って、ソフトウェア的に機能を実現するということがよくあります。ポートのH/Lをコントロールしたり、はたまた汎用ポートをHi-Z(ハイインピーダンス)の状態にしてH/Lを読み込んだりすることで実現されます。よくやられるのが、ソフトウェアSPIやIソフトウェアUARTといったものです。最近、そのソフトウェアSPIを実装していて嵌りましたので、今回は僕の失敗談を披露したいと思います。

ソフトウェアSPIに限らず、ポートの状態の書き出しとポートの状態の読み込みを行うものでは起こりうる問題なので、せっかくなので一般化して話を進めたいと思います。汎用ポートは、多くの場合、複数のポートをひとまとめとして、1つのレジスタで扱われます。ここではP1というレジスタに8個の汎用I/O、すなわちP1.0からP1.7の8個が割り当てられていたとしましょう。その中でP1.0を状態の書き込みに、P.1.1を状態の読み込みに使うことにします。

たとえば、P1.0(出力)にP.1.1(入力)と同じ信号レベルを出したければ、次のようなコードを書いて実現することが多いかもしれません。

if(P1 & 0x02){P1 |= 0x01;}else{P1 &= ~0x01;}

ところが、このコード、特定のマイコンでは、一度P1.1がLになると、たとえ他のマイコン等から再びP1.1にHが出力されようとも以降はLが読み出され、二度とP1.0がHにならなくなりました。僕はC8051というSilicon Laboratoriesのマイコンで今回この失敗を経験しました。

原因はP1というレジスタの構成にありました。レジスタに複数の機能が割り当てられているのでした。ポートが出力として設定されている場合は、1や0を書き込むことでHやLが出力されます。また入力の場合は読み出すことで、ポートのHやLを1や0で返してくれます。

ところが入力の場合に書き込むとどうなるでしょう。C8051では、1を書き込むことによってHi-Zの状態、0を書き込むことによってGNDとショート(厳密にいうと、オープンドレインのFETがONになって、電流を引き込む)になるのです。そのため、P1.1に一度0が書き込まれてしまうと、他のマイコン等ががんばってHを出力しても、電流がどんどん吸い込まれLとなってしまうのでした。

『えっ、入力ポートに書き込んでないんじゃないの?』と思われた方(主に僕)、コードをよくご覧ください。演算子として、|= や &= が使われていますね。この演算子が意味するところは、一度読み出したレジスタを加工した上で、またレジスタに代入するということです。ということは入力ポートとして設定したP1.1にも、当然書き込み処理は行われているのです。これに気づくのにかなりの時間を要しましたorz

結果、僕が使っているC8051では、例題としてあげたコードは、次のコードに書き換える必要がありました。

if(P1 & 0x02){P1 = (P1 | 0x01) | 0x02;}else{P1 = (P1 & ~0x01) | 0x02;}

最後にですが、汎用ポートを動かす際、レジスタ単位ではなく、ピット単位で動かせるものは、今回のような誤動作を避けるためにもピット単位での操作(P1.0 = 1; P1.0 = 0;)をするべきたと思いました。

Dec 14, 2011. 21:02 fenrir が投稿 : 固定リンク | |

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バス接続にならないSPIを複数つなげる

SPI接続のセンサやA/Dコンバータといった周辺半導体は、何台つなげてもチップセレクト(-CS)の線を台数分増やすだけで他のMOSI, MISO, SCKといった線は共通で済み、配線が節約できて便利です。ところがどっこいSPI接続を謳っていても、-CSがない半導体にめぐり合いました。しかも複数台使いたい。そこで周辺回路を組んで-CSに対応させ、標準的なSPIバスに混ぜられるようにしました。

2台での例

原理は単純で、-CSに同期して周辺機器(スレーブ)のCLKとMISOがハイインピーダンス(Hi-Z)になるようにし、バスから切り離されるよう、3ステートバッファを使います。MOSIはスレーブにとって入力なので切り離さなくても問題ありません。あとは動作していないときのCLKの状態をあわせるために、CLKにはプルアップまたはプルダウン抵抗を入れる必要があります。

例のように2台だったら、ちょうど4回路バッファが入っている74の125を1個で対応できます。最近でしたら74を買うよりもMAXVあたりを出口につけておくのが、色々できていいと思います。

Nov 20, 2011. 08:01 fenrir が投稿 : 固定リンク | |

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Old Entries @ Embedded System

QFNの半田付け方法を考えてみる

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Nov 14, 2011. 07:50 fenrir が投稿 : 固定リンク | |

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最近SDカードのデバッグでずっと行き詰まっています。愚痴がてら、デバック環境をさらしておこうと思います。デバック中… sparkfunにあったmicroSDカードのアダプタがとっても便利です。... [この記事を読む]

Oct 16, 2011. 23:59 fenrir が投稿 : 固定リンク | |

Super Sylphide 進捗状況(48) -- Tiny Feather に XBee 繋がる

Super Sylphide 進捗状況(47) -- Tiny Feather ADS 完成

Super Sylphide 進捗状況(46) -- TinyFeatherの誘導制御スケルトン

ソフトウェアSPIが動かない (解決済)

バス接続にならないSPIを複数つなげる

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