基板・部品の名称

投稿者: 芦田和毅. Posted in 概要

TKM-Hにはたくさんの部品があります.TKM-Hを説明するのに先立ち,この文書で部品やボードの名称を覚えておいて下さい.ボードごとに説明していきます.


 

  • メインマイコンボード
    北斗電子社製マイコンボードHSBRX62N-AをTKM-Hではメインマイコンボードと呼びます.このボードには,ルネサスエレクトロニクス社製R5F562N8BDFBや32[MB]のSDRAM,Ethernetコントローラ,USBホスト用コネクタなどが搭載されています.TKM-Hのメインマイコンとして司令塔の役割を果たします.
    メインマイコンボード表メインマイコンボード裏

  • メインマイコンボード搭載ボード
    メインマイコンボードの下に位置し,メインマイコンボードにある汎用ピンのすべてと接続しています.このボードには,タクトスイッチ,ジョイスティック,SDカード,圧電スピーカ,キャラクタLCD,3軸デジタルコンパス,EEPROM,赤外線受信モジュール,Bluetooth,ZigBeeが搭載されています.
    メインマイコンボード搭載ボード表メインマイコンボード搭載ボード裏

    下の図は,メインマイコンボードをメインマイコンボード搭載ボードに接続した様子を表しています.この2つのボードだけ取り外すことができ,また多くのデバイスを搭載しているため,これらだけでも組込みソフトウェアの実習を行うことができます
    メインマイコンボードをメインマイコンボード搭載ボード


  • ドットマトリクスディスプレイ付き距離センサボード
    ドットマトリクスディスプレイとして8×8のLEDアレイを配し,さらに赤外線式距離センサが備わっています.これらのデバイスを制御するため,マイクロチップス社製PIC16F1936が装備されており,ある程度の処理を任せることができます.たとえば,メインマイコンとI2Cで通信することでドットマトリクスディスプレイをメインマイコンから制御することができるようになっています.
    もうひとつ,ボードの特徴として,メインマイコンボード搭載ボードのコネクタのうち,メインマイコンボードが搭載されるコネクタの1つにドットマトリクスディスプレイ付き距離センサボードを搭載することができます.これにより,メインマイコンボード搭載ボードにあるタクトスイッチ,アナログジョイスティック,3軸デジタルコンパス,EEPROMをPIC16F1936で制御することができます.つまり,PICの教材としても利用できるようになっているということです.下の図は,メインマイコンボード搭載ボードが本来接続されるコネクタに,ドットマトリクスディスプレイ付き距離センサボードを接続した例です.このように接続することで,PICの演習を行うことができます.
    メインマイコンボード搭載ボードとドットマトリクスディスプレイ付き距離センサボード

    下にドットマトリクスディスプレイ付き距離センサボードの写真(左側:表面,右側:裏面)を示します.表面には,中央付近に距離センサとドットマトリクスディスプレイが見て取れるかと思います.また,右上方にはマイコンへダウンロードするとき用いるダウンロード用ピンヘッダが,左下方にはダウンロード時に切り替えるダウンロード用スイッチがあります.裏側にはドットマトリクスディスプレイ付き距離センサ制御用マイコン,距離センサの出力先を切り替えるピンヘッダ,ドットマトリクスディスプレイをドライブするためのトランジスタアレイ,ドットマトリクスディスプレイを制御するときにマイコンと接続するピン数を減らすためのシフトレジスタなどがあります.
    ドットマトリクスディスプレイ付き距離センサボード表ドットマトリクスディスプレイ付き距離センサボード裏

  • 電源ボード
    電源ボードには,単3電池6本を直列に載せることのできる電池ボックスを接続できます.これらの電池は基本的にENELOOPを利用していますので,1.2×6=7.2[V]の電源となります.この電源を元に,モータには3.3[V],メインマイコンなどロジック電源としては5[V]を供給します.
    電源ボード

  • カメラボード
    カメラボードには,最大解像度640×480のCMOSカメラ,SRAM,FPGAを搭載しています.撮影した映像はFPGAで処理し,SRAMにバッファリングした後,メインマイコンで更なる画像処理をできるようにしてあります.下の図はカメラボードです.右側が表面,左側が裏面です.
    カメラボード表カメラボード裏

  • ベースボード
    ベースボードには,DCモータとドライバ,回転数検知用フォトインタラプタ,路面検知用フォトインタラプタと赤外線LED,テールランプが備わっています.回転数検知用フォトインタラプタ,モータの軸に取り付けられた,5個の穴が開いた円盤の下に取り付けられており,DCモータが回転するとインタラプタからON/OFFの信号がマイコンに送られるようになっています.この結果,モータの回転数を調べることができます.下の図はベースボードの表面です.DCモータがあることが確認できるかと思います.
    ベースボード表

    下の図は回転数検知用フォトインタラプタです.両軸のモータに円盤が取り付けられており,回転数を検知することができます.
    回転数検知用フォトインタラプタ

    下の図には,モータドライバとテールランプ,さらにそれらを制御する駆動用マイコンへダウンロードするときに使うピンヘッダ,ダウンロード切替用スイッチが描かれています.
    駆動部制御マイコン用ダウンロードピンヘッダ

    下の図には路面検知用フォトインタラプタを制御するマイコンへダウンロードするときに用いるピンヘッダや切り替えスイッチが描かれています.また,ベースボードにあるデバイスのみを動作させられるよう,ベースボード電源供給用ジャックが備わっています.
    路面検知センサ用制御マイコンダウンロードピンヘッダ

    反射型フォトインタラプタはベースボードの底面に取り付けられており,TKM-Hの下にある路面状況(黒と白のパターン)を読み取ることができます.下の図はベースボードの裏面です.路面検知用フォトインタラプタ,赤外線LED,2個のマイコンが見て取れます.
    ベースボード裏


    このボードには2個のマイコンが備わっており,片方はモータの駆動・制御を行う駆動用マイコンPIC18F25K80-I/SO,もう片方は路面検知フォトインタラプタ制御用マイコンPIC18F8490-I/PTです.駆動用マイコンにはCAN通信を行えるように,周辺機能が備わっており,メインマイコンとCANにより通信することができます.路面検知フォトインタラプタ制御用マイコンはI2C通信を行えるようになっており,メインマイコンへ路面状況を伝えることができます.

スペック

投稿者: 芦田和毅. Posted in 概要

ここでは,TKM-Hに取り付けられている電子部品のスペックを述べます.

電子部品名 型番  メーカ  スペック 
メインマイコン R5F562N8BDFB ルネサスエレクトロニクス

プログラムメモリ:512[KB]

RAM:96[KB]

EEPROM:32[KB]

最大周波数:100[MHz]

ドットマトリクスディスプレイ付き

距離センサ制御用マイコン

PIC16F1936 マイクロチップ

プログラムメモリ:8192[WORD]

RAM:512[B]

EEPROM:256[B]

最大周波数:32[MHz]

I2C通信可能

路面検知フォトインタラプタ

制御用マイコン

PIC18F8490  マイクロチップ

プログラムメモリ:8192[WORD]

RAM:768[B]

最大周波数:40[MHz]

I2C通信可能

駆動用マイコン PIC18F66K80 マイクロチップ

プログラムメモリ:64[KB]

RAM:3648[B]

EEPROM:1024[B]

最大周波数:64[MHz]

CAN通信可能

SDRAM K4S561632 サムスン

容量:32[MB]

バス:16[bits]

キャラクタLCD SC1602BS-B(-XA-GB-K) Sunlike Display Tech. Corp.

表示可能文字数:2行16文字

3軸デジタルコンパス HMC5883L ストロベリーリナックス

インタフェース:I2C

分解能:4096

EEPROM AT24C1024B-PU25 Atmel

容量:1[Mbits]

インタフェース:I2C

Bluetooth WRL-10268 sparkfun

通信速度:~921[Kbit/sec]

インタフェース:UART

ZigBee XBP24BZ7PIT-004J Digi

送信電波強度:10[mW]

通信速度:~1[Mbit/sec]

インタフェース:UART

圧電スピーカ PKM13EPYH4000-A0 村田製作所

動作電圧範囲:30[Vp-p]

ジョイスティック JT8P-3.2T-B10K-1-16Y Top-Up Industry Corporation

抵抗値:10「kΩ]

タクトスイッチ   Cosland Co,. Ltd.

赤,青,緑の3色

SDカード    

容量:2[GB]

USB接続のフラッシュメモリ   エレコム

容量:2[GB]

距離センサ GP2Y0A21YK シャープ

方式:赤外線

測距範囲:10~80[cm]

ドットマトリクスディスプレイ LD788BS-SS22 MF-SU202GBK

ドット数:8×8

FPGA XC6SLX9-2TQG144C Xilinx

ピン数:144

ロジックセル数:9152

スライス数:1430

フリップフロップ数:11440

SRAM CY7C1041DV33-10ZSXI Cypress

個数:2

容量:512[Kbits]

DCモータ GP.346 トルクチューンモーターPRO タミヤ

個数:2

回転数検知用

フォトインタラプタ

OPB625 OPTEC

方式:透過型

赤外線LED

SFH 4650 OSRAM

ピーク波長:860[nm]

路面検知用フォトインタラプタ

S7136-10 浜松ホトニクス

ピーク波長:850[nm]

TKM-Hのご紹介

投稿者: 芦田和毅. Posted in 概要

これまで足掛け3年かけて作成してきた,組込みソフトウェア用教材TKM-Hの概要についてここでは述べます.

DiagonallyForward

 

TKM-Hは,組込みソフトウェアを学ぶうえで必要な要素である,マイコン上で動作するプログラムを記述するための教材です.しかし,ただプログラムを書けるようになるだけではなく,ソフトウェアのライフサイクル(要求,分析,設計,実装)をひととおり学習できることを意図して開発されました.ライフサイクルを学ぶ上では,複数の技術者がひとつのプロジェクトに携わることが重要です.そのため,ある程度の規模のソフトウェアを構築できるように,多くの電子デバイスを搭載してあります.下に電子デバイスのリストを示します.

  • 解像度が640×480のカメラ
  • SRAM
  • SDRAM
  • ドットマトリクスディスプレイ
  • 3軸デジタルコンパス
  • I2C接続のEEPROM
  • キャラクタLCD
  • 赤外線式距離センサ
  • 圧電スピーカ
  • XBeeとBluetooth
  • SDカード
  • DCモータとドライバ
  • 反射式フォトインタラプタ
  • 透過式フォトインタラプタ
  • アナログジョイスティック
  • タクトスイッチ

TKM-Hにより行える教育を模式図で示します.大きく分けて4つあります.

スライド2

まずは組込みです.前述のとおり多くの電子デバイスを搭載していますので,かなり歯ごたえのある課題を提示することができます.マイコン以外にもFPGA(Xilinx社製 Spartan6)を搭載していますので,HDL言語の学習用教材としても用いることができます.さらにリアルタイムOS(RTOS)を搭載できるマイコン(ルネサス社製 RX62N)を搭載しています.

ソフトウェア開発手法としても使用することができます.大規模プログラムを組むとき,プロジェクトによるプログラム開発をしなければならず,そのとき,オブジェクト指向言語の方が行いやすいです.オブジェクト指向言語で組む場合,UMLによるソフトウェアの設計は大変親和性が高く,加えて広く普及しています.オブジェクト指向の考え方とUMLによる設計開発を行う教材として,TKM-Hを用いることができます.

通信機能も多彩です.調歩同期通信だけでなく,I2C,SPI,CAN,Ethernetなどの通信を行えるよう設計されています.また,無線技術として近年よく用いられているBluetoothとZigBeeも使えるようになっており,TKM-Hを遠隔操作することができるようになっています.このような通信方法を学習する教材としても用いることができます.

Androidやパソコンなどの外部機器と無線通信で接続し,TKM-Hを遠隔する応用例が考えられます.例えばカメラで撮影した映像を外部機器に送り,その映像にもとづきTKM-Hを操作するアプリケーションが考えられます.

以上のように,多彩な機能,そしてさまざまな教材として利用できるTKM-Hについて,このホームページでは詳しく説明していきます.