ed 手引pdf 最近の更新履歴 mbed4adrobo

千葉工業大学

未来 学科

実習用制御回路

mbed4adrobo

ー

2017 _{年 5 月}

千葉工業大学

未来 学科

目次

．実習用制御回路 関

． 未来 学科実習用 mbed

． mbed 関

． mbed4adrobo 回路図， ン配置

． 環境 構築

． ン ー

． MDK-ARM ン ー

． teraterm-4.86 ン ー

． ン ン ー 動作確認

． 環境構築 ^Q&A

． 環境 使い方

． ン

． LED 点灯

． 時間 制御

． 入力

． USB 介 通信

． ー 制御

． ー ー 制御

． A/D 変換 セン 値 取得

． GPIO 使用 入出力

． ー ン ー ン

．最後

．実習用制御回路 関

． 未来 学科実習用 mbed (mbed4adrobo)

未来 学科 ，学生実習用 独自 制御回路 開発

提供 い ．mbed(mbed4adrobo) 呼 本 ー ，

身 回 多く使用 い ^ARM いう CPU 使用 ，自動的

制御 機械 製作 簡易的 体験 う い ．

本 ー ，主 以下 特徴 あ ．

・ 開発 比較的簡単 ．

mbed_{標準 環境 開発 ．}

・様々 外部機器 接続 利用 ．

接続 機器 ，主 以下 通

・LED 個 実装済

・ 個 実装済

・RC 用 ー ー 個

・ ー 個

・汎用入出力 個

・セン 出力 個

・SPI 個

・I2C 個

ARM

ー ンや ー

機 様々

使用 い ．

． mbed

mbed _ン ARM_{社 ン 用ワン ー}

ン びそ ン 環境 指 ．

多く ^mbed 制御 ，種類 増え い ．mbed 使

用 開発 ，様々 電子機器 制御 基本 学

ぶ ． 上 資料や ン 多数あ

，是非覗い い う．

参考

http://mbed.org/

． mbed4adrobo 回路図， ン配置

． 環境 構築

． ン ー

開発環境構築 必要 ン ー 行い ．

以下 セ ン ー 行 く い． ，

以下 動作確認 行 ー ン ，最新 ー ン 動

作 思い ．

Keil uVision5 (720MB)

http://www.keil.com/download/product/ MDK523.EXE

_※途中 Legacy Support _{ン ー う}

_{指示 あ ． ン ー 下 い．}

teraterm-4.94

http://sourceforge.jp/projects/ttssh2/releases/ teraterm-4.94.exe

ン

https://sites.google.com/site/mbed4adrobo/download/ mbed_projectXXXXXX.zip (XXXXXX _{ー 日付)}

MDK v4 Legacy Support (340MB) http://www2.keil.com/mdk5/legacy/ MDKCM523.EXE

※

ソ ン ー 時間程度 あ

． 注意下 い．

mbed _{標準的 開発} 環境 ，無料 使用

．

通信用 ー

ン ．

実習用 作成 環

境 ン

． 改造

独自 作

成 ．

． MDK-ARM ン ー

MDK-ARM mbed 開発環境 ，C++言語 作成 ，

，転送 行う ．

URL _{入力 く い．}

http://www.keil.com/download/product/

ン ー ^[MDK-ARM] く い．

質問 回答 く い．

入力 ^[Submit] く い．

590MB _{ほ あ}

， ン ー 時間

あ

．

大学 情報 以下

．

Company:

"Chiba Institute of Technology"

Address:

" 2-17-1, Tsudanuma"

City:

"Narashino, Chiba"

ZIP/Postal Code:

"275-0016"

" MDK523.EXE" _{ン ー 下 い．}

ン ー " MDK523.exe" _{下 い．}

ン ー 起動 ，適宜質問 回答 ，[Next>>]

押 く い．

ン ー 開始 ．

ン ー 終了 ，"KEIL uVision5" ー 下 い．

開発環境 起動 確認 下 い． _{起動 確認 ，}

ソ 終了

下 い．

． teraterm-4.94 ン ー

teraterm _{通信 く使用 ソ ， 実習}

mbed _{通信 使用 ．}

URL _{入力 く い．}

http://sourceforge.jp/projects/ttssh2/

ン ー [Tera Term 4.94] _{下 い．}

[teraterm-4.94.exe] _．

通信 ，mbed 計

測 ー 直接観

察 ．

ー ン

構い ．

ン ー " teraterm-4.90.exe " _下 い．

ー ン 制御 い 選択 下 い．

ン ー 言語 選 下 い．

ー 起動 ，質問 回答 ン ー 開始

．

日本語以外 構い

．

[_{標準 ン ー ] 選択 下 い．}

"Tera Term" _{ー 下 い．}

開発環境 起動 確認 下 い．以上 ，Tera

Term _{ン ー 終了 ．}

起動 確認 ，

ソ 終了

下 い．

． ン ン ー 動作確認

本実習 使用 ^mbed ， 実習 独自 開発 ．

そ ，開発環境 少 特別 ． ， ン

書 込 ン ー 動作 確

認 ．

URL _{入力 下 い．}

http://sites.google.com/site/mbed4adrobo/download/

[ _{ン ー ] 下 い．}

圧縮 展開

圧縮 mbed_project.zip _{展開 下 い．}

Windows _標準機能

展開 ，別 ソ

使用

展開 構い ．

展開 確認 ． ，以下

．

[mbed_project.uvproj]

KEIL _{起動 ．}

[Install Legacy Support] _{． 関連付け う くい}

い い 起動

い あ ．

関連付け 行う 起

動 う

．

左 ^[main.cpp]

，

見 う．

[Download Legacy Support for Cortex-M Devices]

．

"MDKCM523" _{ー 下 い．}

ー ン 制御 い 選択 下 い．

ン ー 起動 ，適宜質問 回答 ，[Next>>]

押 く い．

以下 [Build] ン ，[F7] 押

く い．

ン ー ^{mbed USB} ー 接続 下 い．赤い LED

ン 点灯 確認 う．

正常 完了

， 下 ^[Build Output] _ン

[0 Error(s), 0 Warning(s)]

出 ．

初 接続 時

ン

ー 行い ．

ン

ー いう

セー 待 次

進 下 い．

， 時 ー

ン ー 開始

い場合 ，以下 ン

以下 [Download] ン 下 い．

以下 う ン 表示 ，書 込 始 ． _{セー 表}

示 い場合 ，次

ー

[_環境構築 Q&A]

[ _{書 込}

い場合]

進 下 い．

次 以下 う ，Tera Term 起動 ， セー 表示

．

以上 開発環境 準備 完了 ．途中 問題 発生 場合 ，

次 ー 参考 対処 下 い．

う セー

表示 い場合

，次 ー

[_環境構築 Q&A] [Tera Term _{起動 い} 場合]

進 下 い．

． 環境構築 ^Q&A

， 環境 構築時 起 や い問題 関 ^Q&A

示 ．

． ． 書 込 い場合

前節 ． う 書 込 い場合 対処法 示 ．

[Window]+[r] _{押 下 い．}

[ _{名 指定 実行] ン 出} ，"cmd" 入

力 ，[OK] 押 下 い．

ン ン 起動 ，"mode" 入力 ，改行

下 い．

[Window] _ー

mode _通信関

連 機器

ン ．

"COM[数字]" いう う 通信 ー あ く い． ，

mbed USB _{抜 差 ，そ 変化 見 下 い．}

例 mbed ^USB ー 抜い 場合

例 mbed ー 挿 場合

変化 い場合 ， 問題 発生 い そ あ

， ^PC 再起動 下 い．

そ 問題 解決 い場合 ，TA 呼 下 い．

接続前 ^COM 表示

あ ．

抜 差 前後 COM

新 追加 い

通信 条件

．

時，複数 ^COM

ー あ 場合 ，

追加 ^COM ー

番号 最 大 値

い

COM _{数字 一桁} あ

，書 込 条件

． 条件 満 い場合 ，[

ネー ^{] COM} 番号

最大 う 変

更 下 い．

． ． Tera Term 起動 い場合

前節 ． う ^TeraTerm 起動 い場合 対処法 示

．

ン ー 展開 [mbed_project] auto_write.bat

帳 開 ．

以下 ^{Tera Term} ン ー 変更 ． _{実 行}

ttpmacro.exe _変更 い 下 い．

， ン ー 探 方 ，一般的 ^c

[Program Files] く ，[Program Files (x86)] あ ，開 い 見 け 下 い．

完了 ． 通信 い場合 ^TA 呼 下

い．

． 環境 使い方

現在作成中

． ン

習う 慣 面 あ ， ン 入力

，動作 確認 いく 重要 ． ，基本

ン 示 ，mbed4adrobo 動作 確認

い う．

． LED 点灯

，LED 点灯 ン ．

1-1 LED1_点灯

LED1 _{点灯 思い ． ，次 隣} LED2 _点灯

う．

1-2 LED_{点灯 緑色}

LED2 _{点灯 思い ． ，次 隣} LED3 _点灯

う．LED ²進数 ^ON/OFF 表 注意 ，LED

自由 点灯 う う．

#include "mbed.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4);

int main() { led = 1; return 0; }

#include "mbed.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4);

int main() { led = 2; return 0; }

． 時間 制御

点灯 ，次 時間 点滅 作 ．

0.5_秒毎 LED ON OFF _{繰 返 行い ．}

2-1 LED_点滅

0.5_{秒 停止 ，LED} ON OFF _{繰 返 ． う ，時}

間 使 制御 簡単 ．

#include "mbed.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4);

int main() { while(1){ led = 1; wait(0.5); led = 0; wait(0.5); }

}

． 入力

入力 ^LED 点滅 う．

3-1 LED _{点灯・消灯}

入力 ON/OFF ^LED 点灯 い ． ，

離 点灯 ，押 消灯 分 思い ．

実 mbed4adrobo _{基板上 押 い時} High(1) _，押

い ^Low(0) ． 電子回路 学ぶ 再度

解説 ，普段 感覚 逆 覚え い 下 い．

， 関連 ，

sw.mode(PullUp);

いう行 あ ． 押 い時 上(Up) 引 張

(Pull) _{いう ， 押 い い時 ，入力 確}

実 ^High う 必要 命令 ．

う ， 入力 出力信号 間 以下 関係 あ

．

SW1

ON OFF

SW2 ^{ON 2}進数 00 (=0) ²進数 01 (=1)

#include "mbed.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4); BusIn sw(SW1, SW2);

int main() { sw.mode(PullUp); while(1){

led = sw; }

}

次 ，SW1 押 ^LED1 点灯 う う． ，SW1

ON 0 _{，以下 う 条件分岐 良い}

分 ．SW 使用 い宣言 い 気 け く

い．

3-2 LED _{点灯・消灯}

う ，周辺機器 接続 く mbed4adrobo _{け 学}

く あ ． ン 基 ，LED

使用 いく 作 う．

課題

SW1 _{押 左 右 ，SW2 押 右 左} LED _{光 流}

う 作 う．

#include "mbed.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4); BusIn sw(SW1);

int main() { sw.mode(PullUp); while(1){

if (sw == 0){ led = 1; } else { led = 0; }

} }

． USB 介 通信

セー 表示 う． ，USB 通

通信 ，文字列 ー 送受信 行い ．

4-1 _{セー 送信}

，上記 ，LED 使い ，初期設定

行 い ．使わ い時 初期設定 い 問題 発生

あ ，本 ン 常 初期設定 行う う

う．

#include "mbed.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4);

int main() { led = 0;

printf("Hello World\r\n"); return 0;

}

そ ， 応用 ， 状態 表示 う う．

4-2 _{状態 表示}

， ンソー 入力 セー ー

う． 文字 入力 ^Enter 押 表示 ．

4-3 _{受信 セー 送信 ー}

実行 入力 文字 表示 け 思う ，

一度 mbed 送 ，そ ー 表示 い ．

#include "mbed.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4); BusIn sw(SW1, SW2);

int main() { int state = -1; led = 0;

sw.mode(PullUp); while(1) {

if (state != sw) {

if (sw & 0x01) printf("SW1 OFF "); else printf("SW1 ON ");

if (sw & 0x02) printf("SW2 OFF\r\n"); else printf("SW2 ON\r\n");

state = sw; }

} }

#include "mbed.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4);

int main() { char buf[100]; led = 0; while(1) {

scanf("%s", buf); printf("%s\r\n", buf); }

}

， ンソー 入力 数字 ^LED 点滅 う．

4-4 _{受信 ー} LED _{点灯・消灯}

1 4 _{数字 入 ，そ 対応} LED _{点灯，消灯}

． う ，USB 介 遠隔操作 行う ．

遠隔操作 方法 ，そ 遠隔操作 使用

．

#include "mbed.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4);

int main() { char buf[100]; led = 0; while(1) {

scanf("%s", buf); printf("%s\r\n", buf); int n = atoi(buf);

if (n > 0) led = led ^ (1 << (n - 1)); }

}

． ー 制御

ー 制御 行い ．MOTOR1A 端子 ー 接続 下 い．

，本 ン ，外付け 部品 必要 ．．

5-1 _{ー 制御}

，Motor ，最大出力(motor = 1 時) 電源 ^25%

出力 い設定 い ． 変更 ，

setMaxRatio(float max_ratio)

ratio: _{ー 比 最大値(0.0} 1.0, 初期設定 0.25)

いう ソ あ ，問題 い場合 そ 使用 く

い．

， 個 ー 使用 場合 ，

Motor motor2(MOTOR2_IN1, MOTOR2_IN2, MOTOR2_PWM);

定義 下 い．

変数名 motor2 自由 設定 頂い 構い

#include "mbed.h"

#include "Motor.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4);

Motor motor1(MOTOR1_IN1, MOTOR1_IN2, MOTOR1_PWM);

int main() { led = 0;

float delta = 0.1f, i = 0.0f; while(1) {

i += delta;

if (fabs(i) >= 1.0f) delta *= -1.0f; printf("%f\r\n", i);

motor1 = i; wait(0.5); }

}

． ー ー 制御

SERVO1 _{ー ー 接続 動作 確認 ． ー ー}

初期位置 個々 異 ，適正 値 調整 下 い．

6-1 _{ー ー 制御}

#include "mbed.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4); PwmOut servo1(SERVO1);

int main() { led = 0;

servo1.period_ms(20); while(1) {

for(int i = 1000; i <= 2000; i += 100){ printf("%d\r\n", i);

servo1.pulsewidth_us(i); wait(0.5);

} } }

次 初期位置 角度 ン 使 調 う．

6-2 _{ー ー 初期位置 調査}

#include "mbed.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4); BusIn sw1(SW1), sw2(SW2);

PwmOut servo1(SERVO1);

int main() {

int val = 1500, val0 = 0; led = 0;

servo1.period_ms(20); sw1.mode(PullUp); sw2.mode(PullUp); while(1) {

if (!sw1) val += 10; if (!sw2) val -= 10; if (val != val0){

servo1.pulsewidth_us(val); printf("%d[us]\r\n", val); val0 = val;

}

wait(0.02); }

}

． A/D 変換 セン 値 取得

入力 値 取得 う．PSD 距離セン 接続 ，

値 変化 確認 下 い．

7-1 A/D_{変換 結果 表示}

PSD _{距離セン ー 制御 組 合わ ，あ 一定距離 保}

．以下 ン 示 ．

#include "mbed.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4); AnalogIn ad[] = {AD0};

int main() { led = 0; while(1) {

printf("%f\r\n", ad[0].read()); wait(0.2);

} }

#include "mbed.h"

#include "Motor.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4); AnalogIn ad[] = {AD0};

Motor motor1(MOTOR1_IN1, MOTOR1_IN2, MOTOR1_PWM); Motor motor2(MOTOR2_IN1, MOTOR2_IN2, MOTOR2_PWM);

int main() { led = 0; while(1) {

float val = ad[0].read(); printf("%f\r\n", val);

float i = (0.6 - val) * 3.0f; motor1 = i;

motor2 = -i; wait(0.5); }

}

ー 制御

呼 制御系

．

val _{前 数字 変更} 距離 変更

． GPIO 使用 入出力

GPIO _{使用 音楽 演奏 う．GPIO} 1 _{番目 端子}

(P1_5) _{圧電 ー 接続 ，以下 ン 実行}

う． ^(SW1) 押 ^LED 点滅 ，音 流 ．

8-1 GPIO _{使用 音楽 演奏}

#include "mbed.h"

#include "Sound.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4); BusIn sw(SW1);

Sound sound(GPIO1);

int main() {

int sound_data[] = {C4, D4, E4, F4, G4, A4, B4, C5}; sw.mode(PullUp);

while(1){ led = 0; while(sw);

for(int i = 0; i < (sizeof(sound_data)/sizeof(int)); i ++){ led = 1 << (i & 3);

sound = sound_data[i]; wait(0.4);

sound = 0; wait(0.1); }

} }

GPIO _，

General Purpose Input / Output _{略 ，汎用入出} 力 呼

次 ^PSD 連動 ，距離 応 音 ^LED 変化 装置 ン

示 ．

8-2 _{距離 応 周波数 変化}

#include "mbed.h"

#include "Sound.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4); AnalogIn ad[] = {AD0};

Sound sound(GPIO1);

int main() { led = 0; while(1) {

float val = ad[0].read(); printf("%f\r\n", val);

led = 0x0f >> (int)((0.9f - val) * 4); sound = 880 * val;

wait(0.2); }

}

． ー ン ー ン

ー ン ー 回転角度セン 読 取 う．GPIO

番 番 端子 ー ン ー 出力 接続 ，以下

ン 実行 う． ー 回転 ー

ン ー ^A相，B 相 出力信号 ^LED 点滅 確認 ． ，

ー 回転時 計測 数 出力 ．

9-1 _{ー ン ー ン}

#include "mbed.h"

#include "QEI.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4); BusIn in(GPIO1, GPIO2, GPIO3, GPIO4);

QEI qei(GPIO1, GPIO2, NC, 48, QEI::X4_ENCODING); QEI qei2(GPIO3, GPIO4, NC, 48, QEI::X4_ENCODING);

int main() { in.mode(PullUp); while(1) {

printf("%d\r\n", qei.getPulses(), qei2.getPulses()); for(int i = 0; i < 100; i ++){

led = in; wait(0.01); }

} }

． 動作 用

10-1 _{ー ン ー ン}

#include "mbed.h"

#include "Motor.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4); BusIn sw(SW1, SW2);

BusIn in(GPIO1, GPIO2, GPIO3, GPIO4);

Motor motor_left(MOTOR1_IN1, MOTOR1_IN2, MOTOR1_PWM); Motor motor_right(MOTOR2_IN1, MOTOR2_IN2, MOTOR2_PWM);

int main() { in.mode(PullUp); sw.mode(PullUp);

motor_left.setMaxRatio(1.0); motor_right.setMaxRatio(1.0); while(1) {

motor_left = 0.5 * !sw[0]; motor_right = 0.5 * !sw[1]; led = in;

wait(0.001); }

}

． 速度制御

ー ^PWM制御 ー ン ー 組 合わ 速度 制御

行い う．PI 制御 使用 ， ー 速度 一定 保 ．

#include "mbed.h"

#include "Motor.h"

#include "QEI.h"

BusOut led(LED1, LED2, LED3, LED4); Ticker control;

Motor motor_left(MOTOR1_IN1, MOTOR1_IN2, MOTOR1_PWM); Motor motor_right(MOTOR2_IN1, MOTOR2_IN2, MOTOR2_PWM); BusIn in(GPIO1, GPIO2, GPIO3, GPIO4);

QEI qei_left(GPIO1, GPIO2, NC, 48, QEI::X4_ENCODING); QEI qei_right(GPIO3, GPIO4, NC, 48, QEI::X4_ENCODING);

double speed_left_ref = 0.2, speed_right_ref = 0.2; double speed_left_lpf = 0.0, speed_right_lpf = 0.0; const double sampling_time = 0.020;

const double move_per_pulse = 0.0005; double i_left = 0.0, i_right = 0.0; const double ki = 10.0, kp = 1.0;

double low_pass_filter(double val, double pre_val, double gamma) { return gamma * pre_val + (1.0 - gamma) * val;

}

void control_handler() {

int enc_left = qei_left.getPulses(); int enc_right = qei_right.getPulses(); qei_left.reset();

qei_right.reset();

double speed_left = move_per_pulse * enc_left / sampling_time; double speed_right = move_per_pulse * enc_right / sampling_time; speed_left_lpf = low_pass_filter(speed_left, speed_left_lpf, 0.4); speed_right_lpf = low_pass_filter(speed_right, speed_right_lpf, 0.4); double delta_speed_left = speed_left_ref - speed_left_lpf;

double delta_speed_right = -speed_right_ref - speed_right_lpf; i_left += delta_speed_left * sampling_time;

i_right += delta_speed_right * sampling_time; motor_left = kp * delta_speed_left + ki * i_left; motor_right = kp * delta_speed_right + ki * i_right; }

int main() { in.mode(PullUp);

motor_left.setMaxRatio(1.0); motor_right.setMaxRatio(1.0);

control.attach(&control_handler, sampling_time); led = 1;

while(1){

led = (led << 1) | (led == 0x08); wait(0.5);

} }

ー 回転方向

ー ン ー 値

増加 方向 逆

場合 最大速度 回転

． ，向

一致 い 確認

，

実行 う く

い．

．最後

ン ー 制御 基本 学 い ，い

う ．案外簡単 電子機器 操作 ， 感 人 多い

い う ．現在， ン ー 制御 世界 進化

，使いや い ー 世 中 生 出 い ．そ 中

mbed 注目 開発環境 ，情報や ン 多く存在

．自発的 学ぶ 比較的容易 環境 思い ，是非

授業 け く，自分 色々 挑戦 い け 思い ．