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ロボット技術研究会回路講習会2017-3

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東京工業大学ロボット技術研究会で行われている回路講習会2017の資料です

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ロボット技術研究会回路講習会2017-3

  1. 1. 平成29年度 東京工業大学ロボット技術研究会 回路講習会③ 日時:平成27年5月22日(月) 17:00~20:00 場所:W631 講義担当者: @Msymng
  2. 2. 第3回 全内容 1. 宿題(マルチバイブレータ)の解説 2. デジタル回路入門 3. デジタル出力 4. デジタル出力同士をつないではいけな い 5. デジタル出力端子を使う 6. デジタル入力 7. デジタルの脆さ 8. ノイズの除去 9. スイッチとデジタル入力 10. スイッチのチャタリング 11. 遅延回路 12. 遅延回路+シュミットトリガ 13. 論理回路とは 14. 代表的な論理回路「AND」「OR」 「NOT」 15. その他の論理回路「NAND」「NOR」 「XOR」 16. なぜ「その他」なのか 17. 論理回路を使う 18. 汎用ロジックIC 19. ICにつけるパスコンの存在 20. モーター 21. モーターの種類 22. DCモーター 23. よく使うDCモーター 24. サーボモーター 25. ステッピングモーター 26. モーターを動かす 27. PWM制御 28. Hブリッジ回路 29. Hブリッジ回路の注意①デッドタイム 30. Hブリッジ回路の注意②FETの電圧 31. 回路修正後のモーター駆動表 32. モーター駆動ロジック回路 33. Hブリッジを作るにあたって 34. モータードライバICとは 35. モータードライバIC:TA7291P 36. 秋月に売っているその他のモタドラ 37. その他のモタドラ 38. サーボモーター 39. ステッピングモーター 40. モータードライバーICの注意点 41. シリアル通信 42. シリアル通信の種類 43. シリアル通信のやり方 44. 宿題(加算器) 2
  3. 3. 第3回 目次 1. 宿題の解説 2. デジタル回路入門 3. 論理回路 4. モーター 5. PWM制御 6. Hブリッジ回路 7. モータードライバ 8. シリアル通信 9. 宿題 3 ※クリックするとそのページにジャンプします. 目次に戻る
  4. 4. 第3回 目次 1. 宿題の解説 2. デジタル回路入門 3. 論理回路 4. モーター 5. PWM制御 6. Hブリッジ回路 7. モータードライバ 8. シリアル通信 9. 宿題 4 1. マルチバイブレータ ※クリックするとそのページにジャンプします. 目次に戻る
  5. 5. 宿題の解説 ⚫ 周期T[s]は T = log{2*(C1xR3+C2xR2)} [s] ⚫ よって,右の回路の場合は T = 0.69x0.0001x22000x2 = 3 [s] となるはず. ⚫ 点滅の仕組みは,難しいので,知 りたい人は個人的に聞きに来てく ださい. 5
  6. 6. 第3回 目次 1. 宿題の解説 2. デジタル回路入門 3. 論理回路 4. モーター 5. PWM制御 6. Hブリッジ回路 7. モータードライバ 8. シリアル通信 9. 宿題 6 1. デジタル回路入門 2. デジタル出力 3. デジタル入力 4. ノイズ 5. スイッチとデジタル入力 6. スイッチのチャタリング 7. 遅延回路 ※クリックするとそのページにジャンプします. 目次に戻る
  7. 7. デジタル回路入門 ⚫ デジタル回路は0と1からなる. ⚫ 電気的には,0がGND電位で,1がVCC電位を指すことが 多い.(例外あり) ⚫ マイコンの中身はデジタル回路でできている. 7
  8. 8. デジタル出力 ⚫ デジタル出力は0,1の出力であるが,電子回路では0をGND 電位,1をVCC電位として使うことが多い. ⚫ デジタル出力は「電流を流す」,「流さない」ではなく,端子が 「VCCに接続される」,「GNDに接続される」ということを表す. ⚫ デジタル出力端子を使わないとき,その端子には何もつなが なくてよい. 8
  9. 9. デジタル出力同士をつないではいけない ⚫ デジタル出力端子は,GNDにもVCCにもつながり得る. ⚫ 2つのデジタル出力ピンを直でつなぐと,ショートする恐れ がある. →マイコンが壊れる ⚫ デジタル出力端子を電源端子につなぐのもNG. →マイコンが壊れる 9
  10. 10. デジタル出力端子を使う ⚫ デジタル出力端子の最大電 流は20mA程度である(もの によって違う) →LED数個ならば光る. ⚫ モーターなどの大電流を要 するものは動かない. →トランジスタ,FETを使おう. 10 出力1で回る 出力0で止まる
  11. 11. デジタル入力 ⚫ デジタル入力端子はピンの電圧が0Vか5Vかを読み取る. ⚫ デジタル入力端子に何もつながないとどうなるか? ◆ 電圧が安定しない. ◆ それでも0Vか5Vかを読み取ろうとする. ◆ 読み取り結果が0Vだったり5Vだったりまちまち. ◆ 電圧が5Vを超えることもある(ノイズの影響). ◆ マイコンに負担がかかる. ◆ マイコンが熱くなる、リセットがかかる. ◆ 最悪,マイコンが壊れる. ⚫ デジタル入力端子を使わないときはVCCまたはGNDにつない でおこう. 11
  12. 12. デジタルの脆さ ⚫ デジタル回路は0か1で 判定している. ◆ 一般にノイズに強い. ⚫ 大きなノイズが入ると程 度によっては誤作動を起 こす/全く動かなくなる. ◆ ノイズの除去が大切. 12トランジスタ技術 2012年4月号より
  13. 13. ノイズの除去 ⚫ ノイズはコンデンサや抵抗とかで減らせる. ⚫ ノイズが出やすいところ、ノイズに弱いところにはノイズ対策を する. ◆ ICの近くとか3端子レギュレーターの近くとか. ⚫ 初心者には難しい. ◆ データーシートとかに書いてある抵抗とかコンデンサを守ろう. • 見本の回路図とかの部品を順番までまねをする. ◆ よくわからないからと言って3端子レギュレーターやマイコン周りのコ ンデンサを外さないようにしよう. 13
  14. 14. スイッチ と デジタル入力 ① ⚫ スイッチを押すと,INPUTはVCCに つながる. →いい感じに思える ⚫ スイッチを押していないとき, INPUTはなにもつながれていない →デジタル入力がオープン状態 →誤作動 ⚫ つまり,これはダメな例 14
  15. 15. スイッチ と デジタル入力 ② ⚫ 次にこんな回路を考える. ⚫ スイッチを押している間GND ⚫ スイッチをはなすとVCC →いい感じに思える ⚫ では,スイッチを押している途中 は? ◆ 微小時間だがオープン状態になる. ◆ たとえ微小でも,誤作動につながる. ⚫ つまり,これもダメな例 15
  16. 16. スイッチ と デジタル入力 ③ ⚫ 10k程度の大きめの抵抗でVCCかGND につないでおく. ⚫ スイッチを押す前はGND ⚫ スイッチを押したらVCC →これでOK ⚫ VCCにつなぐ抵抗をプルアップ抵抗, GNDにつなぐ抵抗をプルダウン抵抗とい う. ⚫ これは電子工作でとても重要なことなの で覚えておこう. 16
  17. 17. スイッチのチャタリング ⚫ チャタリングとは ◆ 人間がスイッチを1回だけ押したと思っても,実際はスイッチの バウンドにより何回も押されていることがある. ◆ マイコンは非常に敏感だから,それをしっかり数えてしまう. ⚫ チャタリングの対策 ◆ ハードウェアで対策 →コンデンサと抵抗を使って遅延回路+シュミットトリガを組む. ◆ ソフトウェアで対策 →数ミリ秒時間に余裕をもってスイッチのデータを読む. 17
  18. 18. 遅延回路 ⚫ コンデンサが充放電さ れるまで,状態を維持 する回路 ⚫ これだとチャタリング状 態はだいたい解消され るけど波形が良くない. ◆ 0Vから徐々に5Vになる. ◆ 不十分. 18 スイッチを押すと1 スイッチを放すと0 スイッチを押すと0 スイッチを放すと1
  19. 19. 遅延回路+シュミットトリガ ⚫ シュミットトリガを使えば波形を良い感じにしてくれる. ⚫ ソフトで対策を取らないのならシュミットトリガ必須. ⚫ スペース的に邪魔なのでソフトで対策を取ることが多い. ◆ 詳しくはマイコン講習会で 19 http://elm-chan.org/docs/tec/te01.html から
  20. 20. 第3回 目次 1. 宿題の解説 2. デジタル回路入門 3. 論理回路 4. モーター 5. PWM制御 6. Hブリッジ回路 7. モータードライバ 8. シリアル通信 9. 宿題 20 1. 論理回路とは 2. 代表的な論理回路 「AND」「OR」「NOT」 3. その他の論理回路 「NAND」「NOR」「XOR」 4. なぜ,「その他」なのか 5. 論理回路を使う 6. 汎用ロジックIC 74HCxx 7. ICにつけるパスコンの存在 ※クリックするとそのページにジャンプします. 目次に戻る
  21. 21. 論理(ロジック)回路とは ⚫ デジタル回路は0と1から構成されている. ⚫ 論理回路はその最小単位. ⚫ 論理回路を組み合わせることでデジタル回路を構成でき る. 21
  22. 22. 代表的な論理回路「AND」「OR」「NOT」 22 OR回路 B A Y AND回路 B A Y 入力A 入力B 出力Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 入力A 入力B 出力Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 入力X 出力Y 0 1 1 0 NOT回路 X Y
  23. 23. その他の論理回路「NAND」「NOR」「XOR」 23 NOR回路 B A Y NAND回路 B A Y 入力A 入力B 出力Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 入力A 入力B 出力Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 入力A 入力B 出力Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 XOR回路 Y B A
  24. 24. なぜ「その他」なのか 24 = NAND回路 • 同様に,「NOR」「XOR」も「AND」「OR」「NOT」だけで作れ る • さらに言うと,「NAND」だけもしくは「NOR」だけですべての 論理回路を組むことができる. AND回路 + NOT回路
  25. 25. 論理回路を使う 1bit半加算器 25 入力A 入力B 出力C 出力S 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0
  26. 26. 汎用ロジックIC 型番:74HCxx 26 論理回路 ICの型番 論理回路の入数 AND回路 74HC08 4 OR回路 74HC32 4 NOT回路 74HC04 6 NAND回路 74HC00 4 NOR回路 74HC02 4 XOR回路 74HC86 4 ひとつのICの中に同じ論理回路がいくつか入っている
  27. 27. ICにつけるパスコンの存在 ⚫ IC(マイコンも)の電源には,必ずパスコン(バイパスコンデ ンサ)をつける. ⚫ コンデンサの種類はセラミックコンデンサで,容量は0.1uF. ⚫ ICは出力をコントロールする.その時,パスコンがないと 電気が足りなくなって高速な反応ができなくなり,誤作動し てしまう.(ノイズの除去という役割も在る) ⚫ できるだけICの近くにパスコンをつけた方が効果が大きい. ⚫ とにかく,ICの電源には,パスコンをつけよう. 27
  28. 28. 第3回 目次 1. 宿題の解説 2. デジタル回路入門 3. 論理回路 4. モーター 5. PWM制御 6. Hブリッジ回路 7. モータードライバ 8. シリアル通信 9. 宿題 28 1. モーターとは 2. モーターの種類 3. モーターを動かす ※クリックするとそのページにジャンプします. 目次に戻る
  29. 29. モーターとは ⚫ 電気エネルギーを運動エネルギーに変える. ⚫ 大きな電流が流れる. ◆ マイコンに直接つなげない →FETかモータードライバICを使う. ⚫ ギアを使って減速する. ◆ トルク(力)を大きくする. 29
  30. 30. モーターの種類 ⚫ DCモーター と ACモーター ⚫ ブラシモーター と ブラシレスモーター ⚫ ステッピングモーター ⚫ サーボモーター ⚫ 振動モーター 30 DCブラシモーター ステッピングモーター サーボモーター 振動モーター
  31. 31. DCモーター ⚫ コアモーターとコアレスモーターがある. ◆ 一般にコアレスモーターのほうが性能が良い(MAXONが有名). • コアモーターより電圧,電流を変えたときの応答が速い. ◆ 高出力のコアレスモーターは高い(n万円)のであまり使えない. ⚫ 回転数、出力など種類に応じて違いがある. ◆ 用途に応じて必要なものを選定する. ⚫ そのままでは回転数が高くトルクが小さいのでギアを噛ま せて使うのが一般的. ◆ ギア付きのモーターも売っている. 31
  32. 32. よく使うDCモーター ⚫ FA-130RA ◆ いわゆる模型用モーター ◆ タミヤのギアボックスキットに似たものがついている事が多い. ◆ 必要な電流は小さい. ⚫ ロボサイトギアモーターRA25 ◆ 安い.様々なギア比がある. ◆ 必要な電流が小さく扱いやすい. ◆ 構造上様々な(機械的)問題がある. • 壊れやすい. 32
  33. 33. よく使うDCモーター ⚫ タミヤ ギヤードモーター ◆ 3633シリーズ • 必要電流が小さく扱いやすい一方ギア比のバリエーションが少ない. ◆ 380シリーズ • ギア比の種類も多く扱いやすい.F^3RCではこれを使うチームが多い. • 必要電流が多く扱いづらさもある. ◆ 540シリーズ • 大きなパワーを誇るが、ギア比の種類がない. • 大電流が流れるので扱うときには十分に注意する. 33
  34. 34. サーボモーター ⚫ 中にモーターと処理回路が入っていて外の軸を指定した 角度になるようにしてくれる. ◆ 細かい指示の方法は後述. ⚫ 大きさ、パワーとも様々種類がある. ◆ 適切な大きさのものを選定する. ◆ パワーのないものに無理をさせると壊れる. ◆ 大きいものがパワーが有るとは限らない. 34 サーボモーター
  35. 35. ステッピングモーター ⚫ 回転角度をパルス波で指定できる. ◆ パルス波1つにつき1段階動く. ⚫ 細かい位置決めができる. ◆ プリンタの内部などに使われている. ◆ F^3RCの自動機に使うチームもある. ⚫ 必要なパワーがあるかちゃんと調べてから使う. ◆ 非力なものは脱調して位置がずれる. ◆ パワーの割に重い物が多い. 35 ステッピングモーター
  36. 36. 第3回 目次 1. 宿題の解説 2. デジタル回路入門 3. 論理回路 4. モーター 5. PWM制御 6. Hブリッジ回路 7. モータードライバ 8. シリアル通信 9. 宿題 36 1. PWM制御とは 2. PWM制御 ※クリックするとそのページにジャンプします. 目次に戻る
  37. 37. PWM制御とは ⚫ PWMとは ◆ Pulse Width Modulation の略.日本語訳は「パルス幅変調」. ◆ パルス波とは,0と1のみのデジタルな波のこと ⚫ なにに使うのか ◆ モーターの速さを調節する. ◆ LEDの明るさを調節する. 37
  38. 38. PWM制御 ⚫ モーターなどの駆動にパルス波を出力して,電流を断 続的に流す. ⚫ こうすることで,相対的に電流を与えてる時間が減るか ら,モーターはゆっくりと回る. ⚫ モーターがカクカク動きそうだが,周波数を大きくすれ ばなめらかになる. 38 電気を与える 電気を与えない 時間
  39. 39. PWM制御 ⚫ パルス波のHighの割合をデューティ比(Duty比)という. 39 Duty比 20% Duty比 50% Duty比 80%
  40. 40. 使うときには ⚫ PWMを出す機能があるマイコン(のピン)を使う. ⚫ プログラムを書くだけでPWMを出せる. ◆ 詳しくはマイコン講習会で ⚫ PWMを出せるピンは限られていることが多いので注意. 40
  41. 41. 第3回 目次 1. 宿題の解説 2. デジタル回路入門 3. 論理回路 4. モーター 5. PWM制御 6. Hブリッジ回路 7. モータードライバ 8. シリアル通信 9. 宿題 41 1. Hブリッジ回路 2. Hブリッジの注意① 3. Hブリッジの注意② 4. 回路修正後のモーター駆動表 5. モーター駆動ロジック回路 6. Hブリッジの種類 7. ゲートドライバ ※クリックするとそのページにジャンプします. 目次に戻る
  42. 42. モーターを動かす ⚫ これだけでもモーターは回る. ⚫ モーターは1方向にしか回らない. ◆ 進んだら戻れない… ⚫ 機構によっては使えるが扱いにくい. ◆ 足回りとかには使えない. 42
  43. 43. Hブリッジ回路 ⚫ 双方向回転回路 ⚫ A,B,C,Dに電位を与える. ⚫ 禁止のように操作すると,燃える.(貫通電流という) 43 A B C D モーター 回路図 0 0 1 1 正転 ① 1 1 0 0 逆転 0 0 0 0 ブレーキ ② 1 1 1 1 ブレーキ 0 1 X X 禁止(貫通電流) ③ X X 0 1 禁止(貫通電流) その他 フリー 3 1 2
  44. 44. Hブリッジの注意① ⚫ 絶対に貫通電流を流してはいけない.一瞬で壊れる! ⚫ ロジック回路で0→1や1→0になるのに少し時間がかかる. ◆ FETは急にONになったりOFFになったりできない. →貫通電流が流れる可能性 44 理想 ON OFF OFF ON 入力A 入力B 現実 ON OFF OFF ON 両方ONの 状態が存在
  45. 45. Hブリッジの注意①の対策 ⚫ デッドタイム(両方OFFの時間)を生成する ◆ ソフトウェアでデットタイムを生成 ◆ ハードウェアでデットタイムを生成 45 修正 ON OFF OFF ON タイミングをずらす ON OFF OFF ON 同時にONが存在
  46. 46. Hブリッジの注意② ⚫ モーターが12Vで,入力ロジックが5Vの場合,5Vをつないでも 12Vの半分以下なので,LOWと認識されてしまう. →誤作動 ⚫ モーターの電圧とロジックの電圧が違うと,スイッチングができ ない. →部品を少し足して回路を変える. ⚫ 大きなFETになるとFETを動かす電流もマイコンでは出せない. →トランジスタなどでFETを動かす. 46
  47. 47. Hブリッジの注意②の対策 47 プルアップ抵抗 プルアップ抵抗
  48. 48. 回路修正後のモーター駆動表 ⚫ 実装するときはしっかり0と1を 確認しよう. ⚫ マイコンの電源が入っていない 状態で禁止パターンにならない ことも確認しておくこと. 48 A B C D モーター 1 0 0 1 正転 0 1 1 0 逆転 1 0 1 0 ブレーキ 0 1 0 1 ブレーキ 1 1 X X 禁止 X X 1 1 禁止 その他 フリー
  49. 49. モーター駆動ロジック回路 ⚫ Hブリッジの駆動表をロジッ ク回路で表す. ⚫ これは先ほどの電圧修正前 のHブリッジ用であることに 注意する.(一般のHブリッ ジ) ⚫ PWM端子にはパルス波を 送る 49 DRI A DRI B モーター 0 0 フリー 0 1 正転 1 0 逆転 1 1 ブレーキ
  50. 50. Hブリッジを作るにあたって ⚫ Hブリッジには2通りある. ◆ PN混交型とFullN型 ⚫ 違いはFETの種類. ◆ PN混交型はPchFETを2つ、NchFETを2つ使う. ◆ FullN型はNchFETを4つ使う. ⚫ それぞれメリットデメリットがある. ◆ 場面に応じて使い分ける. 50
  51. 51. それぞれのメリットデメリット ⚫ PN混交型 ◆ メリット • 回路が簡単、わかりやすい. ◆ デメリット • PchFETが高い – 特に扱う電流が大きくなると非常 に高くなる. – Pchは性能が悪く燃えやすい. • 性能を上げにくい. ⚫ Full N型 ◆ メリット • 比較的安く作れる. • 性能を上げやすい. ◆ デメリット • 回路が難しい. • ルールで昇圧禁止とか最大電圧制 限とかされると面倒くさい. 51
  52. 52. PN混交型 ⚫ さっきまで出 てきてたやつ. ⚫ コスパが悪い ので市販の モタドラを 買った方が 安い場合も. 52
  53. 53. PN混交型注 ⚫ 先程紹介した回路をはじめ, ggって出てくるPN混交型回路は PWM制御に向かない ◆ ハイサイドのGDインピーダンスが高くPWMを加えると(周波数にもよる が)FETがオフにならない • オープンコレクタでゲートドライブするのが悪いんだよ! • ローサイドだけにPWMをかけてハイサイドは還流ダイオードに頼るのが良い ⚫ 動作原理が簡単なのは確かだが実際にうまく動かすのは大変 ◆ 高度な知識が必要になるがそれくらい知識をつければ後述するFull-N型 モータードライバを作れる ◆ 最大電圧制限等がないのであればFull-Nがおすすめ 53
  54. 54. Full N型 ⚫ 回路が複雑. ⚫ FETはEKI 04047がおす すめ. ⚫ IR2302は ゲートドライ バ(後述). 54http://nekolab.blogspot.jp/2014/10/fetir2302.html から
  55. 55. ブートストラップ回路 ⚫ 上側がPchFETだったら問題なかったがNchFETにしたことで FETのスイッチをonにできない. ◆ 電圧が足らない. ⚫ 昇圧回路(足りない電圧を用意する回路)が必要. ◆ このための昇圧回路をブートストラップ回路という. ⚫ 昇圧する時間が必要なのでDuty比100%にできない. ◆ Offにしている短い時間を利用して昇圧している. ⚫ 難しいので興味ある人は自分で調べるか聞きに来てください. 55
  56. 56. ゲートドライバ ⚫ モータードライバーを動かすにはいろいろと面倒なことが多い. ◆ FETのオン抵抗、デッドタイム、ブートストラップ回路・・・・・ ⚫ 面倒くさいことをやってくれるのがゲートドライバ. ◆ データーシートに書いてあるようにつなげばOK. ◆ 何をやってくれるかは種類によって異なる. ◆ 必要に応じて使うものを選ぶ. ⚫ TLP250H, IR2302などが有名. 56
  57. 57. 第3回 目次 1. 宿題の解説 2. デジタル回路入門 3. 論理回路 4. モーター 5. PWM制御 6. Hブリッジ回路 7. モータードライバ 8. シリアル通信 9. 宿題 57 1. モータードライバICとは 2. モータードライバIC TA7291P 3. TA7291を使う上で 4. その他のモタドラ 5. サーボモーター 6. ステッピングモーター 7. モータードライバーICの注意点 ※クリックするとそのページにジャンプします. 目次に戻る
  58. 58. モータードライバICとは ⚫ Hブリッジ回路や駆動ロジック回路を組むのは結構大変. →それらの回路をまとめたICが存在する →それがモータードライバIC ⚫ 有名なIC:TA7291P (2個で300円) ◆ 定格電流:1A (ピーク2A) 定格を守ろう. ◆ 1つのICにHブリッジ,駆動ロジック,保護回路が入っている. 58
  59. 59. モータードライバIC;TA7291P 59 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ピン ピン名 役割 7 Vcc ロジック電源+ 8 Vs モーター電源+ 4 Vref Vsにプルアップ 1 GND 共通グラウンド 5 IN1 ロジック入力1 6 IN2 ロジック入力2 2 OUT1 モーター出力1 10 OUT2 モーター出力2 3,9 NC 何もつながない TA7291P内部構造
  60. 60. TA7291P ⚫ 入力ロジックと出力の関係 ⚫ ∞はハイインピーダンス → フリー回転 ◆ フリー回転にすると何も繋いでないのと同じ 状態になる 60 5V 7.2V
  61. 61. TA7291Pを使う上で ⚫ TA7291Pは定格1Aである. →普通の小型DCモーターをまわすのに適切な電流 →大きなロボットの動力源には,電力が足りない. ⚫ 損失電圧が3Vくらいある. →モーター電源が3Vでは動かない →最低でも5Vくらい必要. 61 小型DCモーター
  62. 62. TA7291Pを使う上で ⚫ PWMを使うときには注意が必要. ◆ 本来は速度を落としたいときにはVrefの電圧を下げる. • 落とした電圧の分は熱になっているのでエネルギーの無駄. ◆ 保証外だがPWMで動かせる. • 必ずPWMの周波数を1kHz以下にする.(Arduinoでは問題なく動く) ⚫ 効率が悪く熱が発生しやすい ◆ 保護回路が入っているため熱が出ると出力が下がる. ◆ 放熱をしっかりする. 62
  63. 63. 秋月に売っているその他のモタドラ ⚫ TB6643KQ ◆ 電源電圧が10V以上必要. ◆ 380モーターは回せない. ⚫ L298N ◆ 1つに2ch入っている. ◆ 並列につなぐことで4Aくらいまで耐えられるようになる. • データーシート7ページ参照. • このモータードライバーは例外的に並列に出来る. 63
  64. 64. その他のモタドラ スイッチサイエンスなどを探せばいろいろなモタドラがある。 ⚫ デュアルモータードライバTB6612FNG(POLOLU-713) ◆ 637円 ◆ 高効率だが非力.小さいモーターに.2ch. ⚫ デュアルモータードライバMC33926(POLOLU-1213) ◆ 3,877 円 ◆ 380も一応回せる(非推奨).2ch. 64
  65. 65. その他のモタドラ ⚫ VNH5019搭載モータードライバ(POLOLU-1451) ◆ 3,229 円 ◆ 結構有名で380回すのならこれで十分. ⚫ G2ハイパワーモータードライバ 18v17(POLOLU-2991) ◆ 3,877 円 ◆ 540も一応回せるスペック. 65
  66. 66. サーボモーター ⚫ 角度を自由に制御できるモーター. ◆ ロボットの腕,舵に使う ⚫ 回転し続けて使うわけではなく,ある角度にとめながら使 うことが多い. ⚫ +/-90度くらいしか回らないものが多い ⚫ 周期20msくらいのパルス波を送ることで角度を制御 →Duty比が角度に ◆ 実際にどのくらいの角度になるのか実験してみる. 66 電源+ パルス波入力 電源-
  67. 67. ステッピングモーター ⚫ 入力の変化のたびに1ステップずつ動く. ⚫ 内部にコイルが複数系統入っている(2または5相が多い) ⚫ 止まっている時も電流を流せば、停止トルクを得られる ⚫ バイポーラ型とユニポーラ型がある ◆ バイポーラ型 • 一つのコイルに両向きの電流を流す ◆ ユニポーラ型 • 一つのコイルの中点から片側に向かって 電流を流し、バイポーラ型と同様の磁界を発生させる 67 http://www.mechatroidea.com/sekkei- seizu/acutuater/s027-stepping-u-b.html から バイポーラ型 ユニポーラ型
  68. 68. ステッピングモーター ⚫ 専用駆動ICが売っているのでそれを買うのが簡単・確実 ◆ 必要なスペックを調べてそれを満たしたものを使う. ◆ 秋月などに売っている. ⚫ バイポーラ型はHブリッジ2つ(=FET8個または一般MD用IC2 つ)、 ユニポーラ型はnMOSFET4個で駆動できる. ⚫ 信号はマイコンにやらせるか論理ICで組むなどする. 68
  69. 69. モータードライバーICの注意点 ⚫ 必ず定格を守る. ◆ たいてい安全回路が入っているので定格以上は回せない. ◆ 回るものもあるが焼ける. ⚫ 定格を満たしてなくても (例外あり). ◆ 並列に繋いでも負荷が均等に分散されるとは限らない. • どれか特定のものに負荷が集中→焼ける. ◆ ただしデーターシートに並列可と書いてあるものは大丈夫. • 実は新しいモータードライバは並列にしても問題なかったりする(自己責任) 69
  70. 70. 第3回 目次 1. 宿題の解説 2. デジタル回路入門 3. 論理回路 4. モーター 5. PWM制御 6. Hブリッジ回路 7. モータードライバ 8. シリアル通信 9. 宿題 70 1. シリアル通信とは 2. シリアル通信の種類 3. シリアル通信のやり方 ※クリックするとそのページにジャンプします. 目次に戻る
  71. 71. シリアル通信とは ⚫ 2つのマイコンなどの間でデータを送受信すること. ⚫ シリアル通信とは,通信の総称で,シリアル通信の中にいろいろな 種類がある. ◆ 例:I2C(I²C), SPI などがある. ◆ 上のようにちゃんとした名前がなくても,マイコンの通信ならばシリアル通 信と呼べる. ⚫ 実際の使い道 ◆ マイコンからパソコンに逐次データを送って,正常に動作しているか確認す る. ◆ センサICから読み取ったデータを,マイコンに送る. ◆ マイコン親機が,マイコン子機を操る. 71
  72. 72. シリアル通信の種類 ⚫ UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, ユーアート)を使った通信 ◆ 最もよく使われているシリアル通信.マイコンのUART機能を用いてシリア ル通信を行うため,俗にUARTと呼ばれる.主にパソコンとマイコンの間の 通信に使われる. ⚫ SPI(Serial Peripheral Interface, エスピーアイ) ◆ 高速の通信が可能.マイコンとICや,マイコン同士で使われる. ⚫ I2C,I²C(Inter-Integrated Circuit ,アイツーシー,アイスケアードシー) ◆ マイコンとICの間で使われる.通信線の数が少ないのが特長. 72
  73. 73. シリアル通信のやり方 ⚫ 一般的なシリアル通信は,マイコンの機能として存在する. ◆ 自分でパルス波を作って送信するのではなく,送りたいデータを 送信するプログラムを書けば,自動で送信してくれる. ⚫ そんなに難しく考える必要はない. 73
  74. 74. 第3回 目次 1. 宿題の解説 2. デジタル回路入門 3. 論理回路 4. モーター 5. PWM制御 6. Hブリッジ回路 7. モータードライバ 8. シリアル通信 9. 宿題 74 1. 加算器を作ろう ※クリックするとそのページにジャンプします. 目次に戻る
  75. 75. 宿題 ⚫ 1bit半加算回路を作ってみよう.入力はタクトスイッチ,出力はLED. ⚫ 提出などはありません.自分で確認してみてね. ⚫ ブレッドボードを使おう.入力のプルダウン抵抗を忘れずに. ⚫ 余裕のある人は,1bit全加算器を作ってみよう. ◆ 全加算器と半加算器の違いを考えよう. 75 半加算器→ ↓ 全加算器

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