ＰＷＭでモーター制御

ＰＷＭ制御（タイマーＶ）

考え方など基本は同じですので、まず　Tekurobo工作室
１０６．PWMでモーター制御 を見てください

ＰＷＭ制御は　ＯＮ，ＯＦＦすることでモーターの速度を変える制御です。
ＰＷＭ制御の方法はスイッチをパチパチと押して遊ぶような断続的ON、OFFの方法ですが、すでに確立された制御方法です、Ｄ／Ａ変換の部類にはいるでしょう

ここでは　今度は　3664ＦのタイマーＶ　を使用してＰＷＭ制御をやってみます。

モーターの回転をタイマーＶを使用したプログラムで、速度を次々と変化させてみて、ＰＷＭ制御がどのようなものか実験してみました。

ＰＷＭを使って、特有の”プーン”という音と共にモーターの回転速度が変えられるのが目でわかります。
遅すぎるとモーターが力不足で回らなかったり、デューティ比の設定でいろいろ体感できます。

タイマーの設定、右上がりの線とコンペアマッチなどは直感的でなくて、最初はなかなかわかりずらかったのですが、一度理解すればタイマーがわかるようにな ります。タイマーＡはさらっとやりましたが、タイマーＶはもう少し設定できるので応用していろいろな設定をしてみてください。

タイマーＶ

タイマーＶはタイマーＷより機能が少ないタイマーですが、外部入力が可能で、外部イベントのカウント、任意のデューティ比の出力などに使えます。

●特徴

タイマーＡは設定時間にお知らせがくるようなタイマーでしたが、タイマーＶはもう少し幅が広い設定ができます。

８ビットのタイマ

• カウンタのクリア指定が可能
• コンペアマッチが２つとれ、出力信号を制御できる。
  （パルス出力、ＰＷＭ出力など）
• 割り込み可能
• トリガを入力でき、外部からタイマーの操作が可能。

設定

タイマーの設定方法は　たとえると

• 秒針が　右肩上がりの線ＴＣＮＴＶ　で、これがチクタクと時を刻みます。
• 目覚ましの針がTCORA、TCORB　と２つの目覚ましを設定できます。

目覚ましの時間が来たら、設定した行動を起こすようなものですが、図では秒針が右上がりになってたりして初めてだと直感では少しわかりにくいですが、よく考えれば慣れてきます。

覚えるべき言葉は　コンペアマッチ

これは設定した目覚ましの針（TCORA、TCORB）とチクタクと時を刻む秒針ＴＣＮＴＶとが一致したときのコト
時計やストップウオッチならここでベルが鳴るんですが、このコンペアマッチのときどうするか選べます。

コンペアマッチのときどうするかは

　タイマー（秒針）を０に戻したり、ピンから電圧を出力したり止めたり、割り込み関数を呼び出したりと設定できます。。タイマーＶではこの目覚ましの針を２つ仕込めます。

コツコツと時を刻む秒針ＴＣＮＴＶがだれにも止められることなく、忘れられたように進みすぎていっぱいになってしまうとオーバーフローとなります。
このオーバーフローのときどうするかも設定することができます。

ここではコンペアマッチでデューティ比を作り出し、ピンからその電圧を出力させます。
どのピンから出力されるかというと　TMOＶ　から出ます。

実際の設定

図のようなパルスをタイマＶで作ります

それには　まず　ピンの出力は　
ＴＣＯＲＡのコンペアマッチで１を出力に設定。（次に０にされるまで１が出力される）
ＴＣＯＲＢのコンペアマッチで０を出力に設定　と共に、
ＴＣＮＴＶを０にリセットするに設定。

これで
ＴＣＯＲＢのコンペアマッチで秒針ＴＣＮＴＶが０にリセットされ、また最初からカウントされ始めコンペアマッチでの動作を繰り返す。これで延々と図のようなパルスが出力されることになる。

● 周期

周期はＴＣＯＲＢまでの間なので、ＴＣＯＲＢの設定値で決まります。

● デューティ比

ＴＣＯＲＡの数値を変えることだけで　デューティ比　を変えられます。

ＯＮにされている時間は　　－Ｄ－　の間なので、

デューティ比は
（－Ｄ－時間）　／　（１周期）　になります。

このデューティ比を変えることによってモーターの速度を制御します。

早くしてみた　　-Ｄ-　の幅が長くなります
ＴＣＯＲＡを小さくして、コンペアマッチを早く設定すると　ＯＮになる時間が長くなります。

ＯＮにされている時間　　－Ｄ－　が長いほどモーターには電力が加わるので早く回ることになります。周期と同じ長さにすると、ずっと通電していることになります。そこでOFFの時間を作ってで間引くわけです。その比がデューティ比　ということになります。

ここでは周期は変えません。適正な周期はモーターによって違ってきます。
周期がＰＷＭにどのように影響するか、この辺は
Tekurobo工作室　最適なPWMの周期を探る　などにも考察がされているので詳しく見てください。

実験回路図

ＦＥＴを使用したドライブ回路

3664Ｆの　ＣＨ２　ピン７（ＴＭＯＶ）からパルスが出力されます

*　モーターにはことのほか大きい数百mＡの電流がながれることを念頭に。
モーターには　定常回転のときに数百mＡ流れるなどの仕様がありますが、コイルですから、ＯＮ，ＯＦＦにはそれをだいぶん超えた電流が流れること考え十分留意してください。

モーター電源は必ず別電源を使用のこと。Ｈ８ボードのピンからも５Ｖが取れますが使わないように。

プログラム

 #include <3664.h>

/*
タイマーＶによるＰＷＭ制御　出力ピン　ＣＨ２－７PIN(TMOV)
*/

void msecwait(int msec)
	/*なにもしない時間稼ぎ関数*/
{
    int i,j;
    for (i=0;i< msec;i++) {
        for (j=0;j<1588;j++);    /*1588は約1/1000s*/
    }
}

void main()
{
   DI;                   /*　割り込み禁止*/

  TV.TCRV0.BYTE=0x12;   /*クロックφ/16　マッチＢでカウンタクリア*/
  TV.TCSRV.BYTE=0x06;   /*マッチＡで１を端子に出力　マッチＢで０を端子に出力*/
  TV.TCORB=100;         /*　周期　１0KＨｚ*/
  TV.TCORA=10;           /*　デューティ比　0.9　初期値*/
  
   EI;              /*　割り込み許可*/
   while(1){ 
   
      TV.TCORA=10;      /*　デューティ比　0.9　*/
      msecwait(500);    /*しばらく回す*/
      
      TV.TCORA=30;      /*　デューティ比　0.7　*/
      msecwait(500);
      
      TV.TCORA=50;      /*　デューティ比　0.5　*/
      msecwait(500);
      
      TV.TCORA=70;      /*　デューティ比　0.3　*/
      msecwait(500);
 
   }
  
}

       

レジスタなど設定

設定が多いので、データシート　タイマーＶの表を見ながら設定を見てください。

時を刻むＴＣＮＴＶのクロック速さ設定

クロック設定　メインクロック16ＭＨｚなので　φ/16　にする。　　CKS0-CKS2　TCRV1.ICKS0

ここひとつだけ違うレジスタになるのでややこしいが
CKS0-CKS2　TCRV1.ICKS0　４つで設定するので　設定クロックによっては
TCRV1.ICKS0　 で設定するところもあります（０ならばデフォルトなので、設定しなくてもよい）

それと　TV.TCRV1.ICKS0=0　で設定します。
（　初期値（デフォルト）０なのでなくても可　）
φ/16では　　　　　　　　　　　　　
クロック速さは　メインクロックの１／１６なので

　16MＨｚ/16　＝　1MHz　＝1000KHz　になる

●タイマＶの動作

カウンタクリア条件設定

時を刻むＴＣＮＴＶをどこでクリアするか設定します。

ＴＣＯＲＢのコンペアマッチＢでカウンタクリアに設定
　CCLR2　：　0
　CCLR1　：　1

タイマＶの割り込みは今回使わないので

　CMIEB，Ａ　OVIE　は　0
以上で　このように設定。

動作クロックを選択するとＴＣＮＴＶはカウントアップを開始します。（タイマＷのようにカウンタスタート、ストップ設定はない）

●周期

周期はＴＣＯＲＢの設定値で決まります。

周期は１0KＨｚにします。周期はＴＣＯＲＢの数値で決まることになるので、１0KＨｚがTCORBにはどんな数値にするか計算します。設定クロックが影響して来ます。

計算で求めるなら
カウント数　＝　設定したクロック　/　目標クロック
＝1000KHz　/　１0KＨｚ　 ＝100

時を刻むＴＣＮＴＶを１００カウントしたところでコンペアマッチＢさせます。

レジスタTCORB

　TCORB=100 　TV.TCORB=100

デューティ比

デューティ比もＴＣＯＲＡの設定で決まります。
0.1　0.3　0.5　0.7　0.9　と変化させます

周期が１0KＨzなので

レジスタTCORＡ

　TCORA=10
TV.TCORA=10　←初期値（３０、５０・・とあげてデューティ比を変えます）

プログラム内で　10、30、50、70、９0　と変えて　モーターの変化を観察する。

コンペアマッチの時の出力設定

ここでは使用していませんが
CMFB、A　、OVF　はタイマＡ同様に　コンペアマッチで１になります
TCSRV.CMFB、TCSRV.CMFA、TCSRV.OVF　これを監視することでコンペアマッチがわかります

　＊その他、レジスタ

実行結果

プログラムをスタートすると、モーターが１秒ほど高速回転し、次のデューティ比に切り替わり、少し遅い回転でまた１秒ほど、この徐々に遅くなるのを繰り返します（４段階）

最後の４回目の　デューティ比ではトルクがたりず回転しませんでした。手で少し回し弾みをつけてやると回りました。モーターへの電圧が３Ｖですから、弱いです。

いろいろなデューティ比に変えたり、モーター電圧をもう少し上げて試すと実験モーターＰＷＭ制御らしくなります。
また、周期を変えてどんな変化がでるのかも試すと、よりＰＷＭがわかりはじめるでしょう。

あまりデューティ比を小さくすると　”ﾌﾟｰﾝ”　と小音だけでモーターが回転しないのもＰＷＭらしい特徴ですね。

まとめメモ

タイマーＶの設定レジスタ

• TV.TCRV0.BYTE
• TV.TCSRV.BYTE

（ レジスタ　ＴＣＲＶ１　は外部からタイマー操作するトリガを設定するときに必要。普段はなくてもデフォルトでいい。）

• TV.TCORB　（＝1000など
• TV.TCORA　

でコンペアマッチ設定

ピン出力の場合　ピン７－ＴＭＯＶ　が出力ピンになる

特徴

• タイマーＶには２本のコンペアマッチＡ，Ｂを仕込める、オーバーフローにもアクション設定可能
• トリガを入力でき、外部からタイマーの操作が可能