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AVR ATtiny2313 をUSB経由でPCから制御 (1)
小型高性能化が進む汎用PCも内部情報の処理には長けているが、実はそのままでは隣に置いた照明の電源一つ入切出来ない。別途リレーボードなどを接続することで初めて一般外部機器制御が可能になるが、当然操作するためのソフトウエアも必要になってくる。

USBインターフェイス利用の RBIO-2U (共立電子)は入手しやすいリレーボードで、当方はこれまでいくつかの制御ソフトを製作し公開してきたが、技術屋の好奇心で最近イジリ倒している廉価ワンチップマイコン ATtiny2313 を利用して同じようなことが出来ないものかと考えた。

ちまたでは有志による「AVRマイコン用廉価高速ライター」の研究開発が盛んに行われ、USBからの書込技術の応用として既にいくつもの「PC-ATtiny2313 コントローラ」が存在しているが、当方では実務利用としての発展性に重点を置いたものを製作することにした

①システム概要
・USBインターフェイスを利用し、PCからATtiny2313の指定入出力ピン10本のON-OFF制御とステータス取得を行う。一部のピンはPWM出力調整も可能。
・通信の仲介としてFT232RL搭載のUSB-シリアル変換モジュール AE-UM232R(秋月電子)を使用。FTDI社配布VCPドライバ のインストールが必須。
・電源はUSBバスパワーか外部供給でDC5V。
・ATtiny2313 のシステムクロックは内蔵RC8MHz(分周なし)。
・通信速度 最大57600bps(PC側設定値)。
・指定入出力ピンの入出力方向をジャンパーにて設定可能。
・マイコン用プログラム及びPC用プログラムは独自開発(フリーソフトとして公開)。PC用プログラムは実行ファイル形式のため、他のアプリケーションソフトからも容易に利用できる。
・AE-UM232R を用いるとオンボードで直接マイコンへプログラム書込が出来るので、専用のプログラムライターは必ずしも必要としない。

②動作確認環境
・WinXP + Pentium4(R)_2.6GHz + 1GB_ROM
・WinVista + Core(TM)2_Duo_T7100_1.80GHz + 1GB_ROM

③回路
USB経由でPC-ATtiny2313通信 回路図
Vcc:外部給電圧 DC5V。USBバスパワーを使用する場合は不要。
USB CABLE:PC側Aプラグ-変換モジュール側ミニBプラグ
AE-UM232R:USBシリアル変換モジュール/24pin-DIP
ATtiny2313:AVRマイコン ATtiny2313-20PU/20pin-DIP
CH0~9:指定入出力ピン。J3及びJ4で入出力方向切替可能。
C1:0.1μF(積セラなど)/ATtiny2313安定用
J3:CH5~9(PB0~4)入出力方向設定用ジャンパ。仮配線やスイッチなどでも可。
J4:CH0~4(PD2~6)入出力方向設定用ジャンパ。仮配線やスイッチなどでも可。
LED1:緑φ3など/給電確認用
R1:1kΩ/LED1用
R2:10kΩ/ATtiny2313安定用
R3:10kΩ/J3入力用
R4:10kΩ/J4入力用
SW1:1回路開閉トグルまたはスライドスイッチ/給電ON-OFF用
SW2:タクティクルスイッチなど/AE-UM232Rリセット用
SW3:タクティクルスイッチなど/ATtiny2313リセット用
【MEMO】
・破線で表した配線は、この変換モジュールを使用してATtiny2313にプログラム書込む場合に必要。外部のライターを使用する場合は不要。
・各ジャンパーの設定については以下の通り。
 J1(AE-UM232R基板上):直接関係ないが1-2間をジャンパしておく。
 J2(AE-UM232R基板上):ジャンパするとUSBバスパワーを使用。外部給電の場合は開放する。
 J3:CH5~9(PB0~4)の入出力方向を設定。ジャンパで出力、開放で入力。
 J4:CH0~4(PD2~6)の入出力方向を設定。ジャンパで出力、開放で入力。
・回路は最初ブレッドボード上に作り十分動作確認されることをお勧めする。基板上に作る場合はAE-UM232RやATtiny2313を繋ぐためのICソケットやピンソケットが別途必要。
・部品数は意外と少ないのでブレッドボード上で構成すればあっという間に完成する。費用は指定入出力ピン接続部品や取寄せ送料を別とすれば 1500~1800円ぐらい。製作所要時間の短さやプログラムライタとしても使用できるメリットを考えれば十分安価だと言える。
・負荷を接続する際は、USBの供給電流(最大500mA)、ATtiny2313の許容消費電流(最大200mA)と各入出力ピンの定格(40mA)に十分注意する。大きい負荷はトランジスタ、MOSFET、リレーなどを介し外部電源でドライブする(回路図内参考図参照)。

ブレッドボード上へ回路作成
ブレッドボード上に回路作成した例。写真ではピンの出力テスト用に
抵抗、LED、MOSFET、リレーを別途設けている。

I-O board for Amic2313
こちらはブラスト工法で作成した専用プリント基板に構成したもの。
掲載回路にさらにもうひと工夫加え、より活用できるものに仕上げた。
基板はCEM-3グリーンエポ 70×90×t1.6mm


④プログラム → (2)へ続く。


変更履歴:
09/4/25 回路図誤記修正(R2位置)
09/4/30 回路図修正(USB接続位置を基板実態に合わせた)、作成回路写真追加
09/5/2 回路図修正(プログラムの対応に合わせPWM出力番号の追記)
09/5/17 回路図へ参考図追加
09/7/5 参考図一部変更
09/10/19 専用プリント基板への構成写真を追加
10/1/12 参考図変更(マイコンプログラム追加に対応)
10/5/21 参考図変更(安定化抵抗位置)

タグ : AVR USB マイコン 制御 電子工作 通信 IO プリント基板

2009-04-25 18:43 マイコン応用
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