パーツリスト

ＲＣサーボについて

　ホビーロボットによく使われるパーツにＲＣサーボがあります。これは、一定周期である幅のパルスを加え続けると、パルス幅によって回転角度を変える、というものです。ほとんどのＲＣサーボは１．５ｍＳのパルス幅で中心位置をさします。パルス周期は１０〜２０ｍＳのものが多いようです。

　

　浅草ギ研のサーボＲｕ−１２もＲＣサーボと同じパルスで動かす。コネクタはＰＩＣｏｌｏに直結可能なタイプ。

　 Ｒｕ−１２

割り込みについて


　マイコンの機能の中でよく使われるものに「割り込み」というものがあります。英語でＩｎｔｅｒｒｕｐｔ（インタラプト）。これは、メインのプログラム動作中に「あるきっかけ」により強制的に動く機能又はプログラムをいいます。

　ＰＩＣ１６Ｆ１９３６にはいろいろな割り込み機能がありますが、タイマー割り込みを使うと、メインの動作とは関係なく、正確なタイミングを作ることができます。

　たとえば、ＲＣサーボのパルスを作る場合、メインのプログラムでパルスを生成すると、動作状態によっては正確なパルスを生成できなくなります。また、メインのプログラムでパルスを生成するとそれだけで他にはなにもできなくなってしまいます。

　


　そこで、割り込みを使うと、メインでどのような作業をやっていたかには関係なく、正確なタイミングでパルスを作ることができます。

　

タイマー割り込み


　前回、クロックをタイマーでカウントすることにより正確なタイミングを作りました。タイマーはある条件で割り込みを発生させることもできます。ＰＩＣ１６Ｆ１９３６の場合、割り込みが使えるタイマーとしてＴｉｍｅｒ１とＴｉｍｅｒ２，４，６があります。


【Ｔｉｍｅｒ１の割り込み】

　Ｔｉｍｅｒ１の割り込みはデータシートの１６．７に書いてあります。

　

　Ｔｉｍｅｒ１はカウントするレジスタがＴＭＲ１ＨとＴＭＲ１Ｌの２つにわかれています。それぞれ８ビットなので両方あわせて１６ビットのカウンタを構成しています。ＴＭＲ１ＬがＦＦｈになると、次のカウントではＴＭＲ１Ｈが１カウントアップしてＴＭＲ１Ｌは００ｈになります。割り込みが有効になっていると、ＴＭＲ１ＨとＴＭＲ１Ｌの両方あわせてＦＦＦＦｈになり、その後、もう一度カウントすると００００ｈになります。このとき割り込みが発生します。


【Ｔｉｍｅｒ２，４，６の割り込み 】

　Ｔｉｍｅｒ２，４，６の割り込みについてはデータシートの１７．２に書いてあります。

　

　

　たとえばＴｉｍｅｒ４を使うとします。ＴＭＲ４を０にして、割り込みを発生させたいカウント値をＰＲ４にセットし、タイマを起動すると、ＴＭＲ４とＰＲ４の値が一致したときに割り込みが発生する、というものです。


　Ｔｉｍｅｒ１はプリスケーラが１／８までで１６ビット、Ｔｉｍｅｒ２，４，６はプリスケーラが１／６４で８ビットなので、その範囲でクロックを調整してタイミングを生成します。

パルス周期の設定（２０ｍＳの生成）

　前回は、３２ＭＨｚクロックをＴｉｍｅｒ２を使って１：６４に分周し、１ｍＳを生成しました。このときはカウント値が１２５でした。

　ＦＯＳＣ（３２ＭＨｚ）／４／６４＝１２５，０００カウント／秒　よって　１２５カウント／ｍ秒

サーボパルスの周期は２０ｍＳなので同じようなクロックだと８ビットの最大値を軽く超えてしまいます。よって、１６ビットタイマのＴｉｅｍｒ１を周期用タイマとして使うことにします。クロックですが、パルス幅の方の問題（後で説明します）で、最大速度の３２ＭＨｚではなく、１６ＭＨｚにしました。

　Ｔｉｍｅｒ１を１：８に分周したとすると

　ＦＯＳＣ（１６ＭＨｚ）／４ ／８＝５００，０００カウント／秒　よって１０，０００／２０ｍＳ

　となり、１０，０００カウントで２０ｍＳになります。

　Ｔｉｍｅｒ１の割り込みはロールオーバー割り込みなので、１０，０００カウントでロールオーバーする値をセットすることになります。１６ビットの最大値は６５，５３５なので、５５，５３５をセットすると２０ｍＳ後にロールオーバー割り込みが発生することになります。

パルス幅の設定（０．５〜２．５ｍＳの生成）

　Ｔｉｍｅｒ１以外のタイマは８ビットタイマなので０〜２５５までしかカウントできません。この範囲で０．５〜２．５ｍＳを生成する必要があります。

　３２ＭＨｚの場合、Ｔｉｍｅｒ２，４，６に入るのはＦＯＳＣ／４なので８ＭＨｚ、１：６４で１２５ｋＨｚ、よって１ｍＳで１２５カウントになります。これで２．５ｍＳを表そうとすると、１２５ｘ２．５＝３１２．５となり、８ビットの最大値である２５５を超えてしまいます。感覚的にこの値の１／２だったら２．５ｍＳもカウントできます。ＰＩＣ１６Ｆ１９３６の場合はプログラムでクロックを変えられますので、クロックの速度を半分にすれば、倍の長さをカウントできることになります。ということで今回はクロックを１６ＭＨｚで使ってみます。

　前回、１ｍＳを作るのに wait_ms( ) という関数を作りましたがこれにはTimer2を使いました。ということでここでは空いているTimer4を使うことにします。

　Timer２，４，６はPRｘレジスタとの比較で割り込みを発生しましので、ＰＲ４にパルス幅相当の値を入れておけば、そのパルス幅を生成することができます。

割り込みプログラム

　Ｔｉｍｅｒ１の割り込みを使うにはTMR1IEを１にします。Timer4の割り込みを使うにはTMR4IEを１にします。さらに周辺機器割り込みを有効にする必要があるので、PEIEを１にします。さらに、割り込み全体を許可するのにGIEを１にします。

　割り込みが有効になっていると、

　static void interrupt isr(void)

　の関数が自動的に実行されます。この構文は（HITEC-Cで）決まっています。どの割り込みが発生してもこの関数が実行されるので、どの割り込みかをフラグで判断します。

　Timer1の割り込みが発生するとTMR1IFが１になります。Timer4の割り込みが発生するとTMR4IFが１になります。それぞれのフラグは自動的には０にもどらないので、割り込みプログラム内で０にクリアする必要があります。

　Timer1割り込みが発生したらパルスを立ち上げ、そのときにTimer4の割り込みをセットします。次にパルス幅のタイミングでTimer4割り込みが発生するのでパルスを０に戻せば、サーボパルスが生成できます。

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６まではいままでのプログラムと同じです。又、行１２〜２２もいままでと同じウェイト関数です。

　行８のように、今回はRA0端子をサーボのパルス出力端子としました。

　行２４〜３７が割り込みプログラム。それ以降がメインとなります。

　Timer1は８ビットｘ２の１６ビットタイマーになっていますので値のセットがやや面倒です。先の計算通り、５５５３５の値をセットすると２０ｍSになります。それが行２８〜２９の部分です。５５５３５／２５６＝２１６．９３となるので上位バイトであるTMR1Hに２１６をセットしています。下位は５５５３５−（２１６ｘ２５６）＝２３９となるのでTMR1Lを２３９にセットしています。

　

　とりあえず、テキスト版も用意しました。プロジェクトの作り方などは前回までを参照して下さい。

　servo.txt （右クリックで対象を保存）

　main関数では、グローバル変数であるsvoPosに数値を入れているだけで、パルス生成に関しては割り込みプログラムで処理しています。割り込みプログラム内でsvoPosをPR4に代入しているので、その値がサーボの位置になります。

　浅草ギ研のサーボ、Ru-12の場合は値９４で大体センター位置、３１で左９０度、１５６で右９０度に曲がります。接続は次のようになります。

　


　という感じで、わりと簡単にサーボを制御することができ、さらにメインでは別な作業も行うことができます。実験の結果、問題なくサーボが動作しました。このときの波形を観測すると次のようになっていました。横１マスが４ｍSなので２０ｍS周期なのがわかります。

　

多サーボの駆動

　Timer１で２０ｍSを生成しましたが、パルス幅の最大は２．５ｍSなので、１７．５ｍS間はTimer1が遊んでいることになります。１つのサーボのパルスは最大２．５ｍSなので、２．５ｍS周期で次々に駆動するサーボを変えれば、同じようなタイマー構成で８個まで（２０／８＝２．５ｍS）駆動できそうです。

　


　ということで作ったプログラムが次のようになります。周期ですが、２．５ｍSだとギリギリになってしまうので、ちょっと余裕をもたせて３ｍS周期にしました。行３８〜３９の部分です。コメントでは２．５ｍSとなっていますがこの数値で３ｍSです。先ほどと同じプログラムなので、Timer1は２０ｍSで１０，０００カウントになります。３ｍSだと１０，０００／２０ｘ３＝１５００となります。よってセットする値は６５，５３５−１５００＝６４，０３５になります。
　 ６４０３５／２５６＝２５０．１３なのでTMR1Hは２５０にセット、６４０３５−（２５０ｘ２５６）＝３５なのでTMR1Lは３５にセットとなります。

　行７３ですが、３ｍS周期の終わりではHighになっている端子はありえないので、端子の判定をおこなわずに、PORTA全部をLowにしています。

　

　とりあえず、テキスト版も用意しました。プロジェクトの作り方などは前回までを参照して下さい。

　servo2.txt （右クリックで対象を保存）


　実行の結果、指定したサーボが指定した位置に動きました。波形を観測した結果は次のようになりました。これはサーボ１とサーボ２の波形を観測したところ。

　

さいごに

　RCサーボが駆動できると、ロボットの作成などができるようになります。ロボットを作るとなにかしらの入力装置が欲しくなります。次はセンサー入力について。


２０１０年７月２０日