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7月
13 (日)

mbedで色んなことが簡単に出来るだろうことはわかったけど、遊びと勉強ばかりでは面白くないので、仕事に何か応用できないかと考えた。

そこでこの時にVB.netで作ったRS485通信のPC内シミュレータを、mbed LPC1114に移植できれば複数台の通信確認が取れるなと考えて、RS485通信トランシーバIC (TE)SN75176BP とブレッドボードその他を購入しやってみました。 :-)

今回は、3台分の機器側に成りすますシミュレータをブレッドボード上に配線します。 ブレッドボード上に1台ずつ、計3枚の普通のブレッドボードが必要。

  • 購入部品 (LED、抵抗、配線材などは手持ち品を流用)
    名称型番購入先数量単価(税抜)
    普通のブレッドボードEIC-801スイッチサイエンス3枚257円(税込)
    mbed対応マイコンLPC1114-FN28
    生産中止(?)品
    秋月電子通商3個120円
    RS485/RS422トランシーバIC(TE)SN75176BP秋月電子通商3個80円
    ディップSW5P秋月電子通商3個60円
    タクトSW各色秋月電子通商3個10円
  • 配線図
    • 電源はトラ技ライタ経由USBから取る。
    • ディップSWで局番(今回は1~3)設定可能とする。
    • SN75176BPのDE端子は、機器1台なら3.3V印加しておくだけでOKだが、機器2台以上マルチドロップの場合は、マスタからのコマンドに返信するとき以外はバスを解放する必要があるため、マイコンのdp4を返信直前にHigh、返信後20msec後にLowとするソフト処理を行う。
      • マイコン側は3.3Vなのでこのままで良いか不安もあったけど動いてるから大丈夫?
      • マスタ側ソフトは、このディレイ時間20ms分の待ちが必要。
      • この信号のHighの時に赤LEDを点灯させる。
    • RS485バスラインのプルアップ抵抗(R5)、プルダウン抵抗(R6)の抵抗値は、実際の路線長で決める必要があると思うのだけど、今回はテストなので小さ目の抵抗を入れてみた。
    • 生存確認用にLED1を点滅。 UARTポートと共に割り込みプログラムとする。
t_0009cd62ac2a8703e7120df606673547f5.jpg
  • プログラム
    • 今回は、仕事の秘匿義務の兼ね合いもあるので非公開です。すみません。
    • コーディング・デバグは、ある程度の段階でmbedオンラインコンパイラからエクスポートして、μVision4にて行いました
  • 配線状況
    テストなのでヒドイ状態ですね。(汗)
    t_01caef4c3292453d4463c7fe409610ba41.jpg
    下記動画の際には少しだけ整理しました。
  • 動画
    PLC側のテスト画面と共に映してみました。ボーレートは38,800bps。
    機器1→機器2→機器3と通信先を切り替えてサイクリックに通信します。 機器側が受信し送信中に赤LEDが点灯します。 1回のコマンドで1点灯で、点滅回数分のコマンドを処理しています。

 今後も仕事で通信案件が来た時には、こんな感じでシミュレータを作って事前テストするですね。 部品単価が安いので、USB/RS485コンバーターを買うよりずっと安価にできますし。 :-D

 ここまでテストばっかりやってきたけど、そろそろ実際に動かす何かを作るかなあ。。 :roll:

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7月
5 (土)

 引き続き、mbedをいじってます。
 
 先日入門したばかりでもとても便利と感じるmbedのオンラインコンパイラ。

 オンライン上で先人の公開したライブラリやプロジェクトをさくっとインポート出来たり、自分のPC環境に依存しない、デバイス毎に異なる設定などは予め設定済みで、マイコンの種類を変えても少しの変更ですぐに移植できる、などなどとても良くできていて、私のような初級者には大変ありがたいものであります。

 しかしですね、、やっぱりIDEでオフラインコンパイル、ステップ実行デバグをやりたいですね。 ということでmbedと先人の知恵を頼ってやってみました。

  • 概要
     トランジスタ技術2014年3月号には付録にトラ技ライタが付いてくる。 これをEIL-MDK(μVision4)でコンパイルしたバイナリをCMSIS-DAP経由でマイコンにロードするのと、デバグで使います。 UART(USBシリアル)は同時に使えなかったので(やり方がまずかった?) 相変わらずFT232RLを繋げています。
     もっと楽をしたい方は、素直にSwitchScienceでLPC1114のmbedボードを買ったほうが良いと思います。。たぶん。
     →その後、UARTもCMSIS-DAPも同時に接続できるようになり、FT232RLは不要になりました。
  • 接続図
    左図ではUART(USBシリアル)用にFT232RLを入れていますが、これは不要になり右図のようにトラ技ライタ側のUARTポートからTx,Rxに繋ぎます。
    FT232RLあり   →   なし
    t_0157dfdec10136d9c8704638855b331dbb.jpg t_086d2ba4d9932133a57ab1b44d37a5be3a.jpg
  • 現物
     左図のブレッドボードの上段左側がトラ技ライタ。右側がLPC1114マイコンとUSBシリアルFT232RL。 右下のは次回テスト予定のRS485ドライバチップとディップSW。 右図はFT232RL無しの最終状態。
    t_00a4490651dd65c6a289fe2b323db4525f.jpgt_07d532f1048929d0cae506a1bb9f318a1e.jpg
  • μVision4でデバグポートにトラ技ライタを指定したところ。 速度は10MHzでも行ける。 μVision5では100KHzまでしか出なくて断念した。
    t_02d94c6a6211ae19a8eedc5da01bfe72c0.JPG
     →その後、トラ技のファームウエアではなく、このページのファームウエアに書き換えた後で、トラ技ライタをUSB接続した状態でこのページのUART最新ドライバをインストールしたところ、無事に全て使えるようになりました。 μVision側設定画面はこうなりました。
    t_04ba0bb0d941da6f4b1f40864d3337909a.JPG
    Windows8.1上のデバイス表示に、3つの接続が出現していればOK。 1つしか出ない場合は、USBドライバがインストール出来ていないです。
    t_07a231ae1fa5cec2e4427ff221f4e42a4b.jpg
  • 割り込みイベントが発生すると、デバグがここで止まってしまい再開不能でマイコンをリセットすることになる。 今のところ解決策がありません、どなたかご存じの方、Help me。
    t_03be0ac6617d7a3f3ddab406bff316e234.jpg
     もしかするとリアルタイムOS使っていないとだめなのかな? デバグしなければきちんと動くんだけど・・
     →これもトラ技のファームから変えて、さらにnRESET配線1本をきちんと結線することでOKになりました。 nRESETを結線すると、LPC1114に付けたタクトSWでリセットできなくなるので、その際には毎回ライタからのnRESET結線を外してSWを押す、という操作が必要になります。
     →上のほうの接続図のようにnRESET中間に1KΩの抵抗を入れることで、そのままリセットも効くようになりました。正しい回路ではないと思いますが、実用上は今のところ問題ありません。

 参考:

  • トラ技ARMライタを mbed interface にする(LPC1114FN28編
    まさにこれ!と思ってここのファームウエアを試してみましたが、UART(comポート)が出てこない、CMSIS-DAPが出てこない、という状態で断念。 PCがWindows8.1だからかなあ。。
    →再度試したところ、下記ページにあるUARTドライバをインストールしたら全てOKになりました。
    但し上のページの結線は、何かおかしいです。nRESETの配線が別のところへ行っている気がします。
    • μVision4でデバッグ!(mbed-MACRUM)
      トラ技ライタでは無くファームウエアはここのものは使いませんが、作業の流れはこれが近いです。ファーム書き換え後のUARTドライバはここからダウンロードしてインストールします。
    • Keil MDK-ARM v4 のダウンロード
      このページのv4のリンクより。 ライセンスフリー版では32Kbの制約があります。 v5は通信速度が出なかったです。 →これも再度確認したら問題ありませんでした。
    • mbedをIDEで使う(野良2-mbed
      μVision4のあたりが詳しいです。
  • トラ技のページ
    ファームウエアはここから「トラ技ARMライタ基板をCMSIS-DAP(デバッガ)として使うときのファームウェア」をダウロードして流し込みます。 →当初はこれでやっていましたが、後で別のファームでOKになり不使用です。

 次回は、この時に仕事で作ったPC上のVB.NetなRS485シミュレータを、LPC1114マイコンに置き換えて通信してみるテストです。

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6月
30 (月)
カテゴリー  マイコン
タグ  mbed プログラム デバイス C/C++

まずは現物から

  • LPC1114FN28とFT232RL USB/serialコンバーターで、シリアル通信+サーボモーターを回してみる。
    t_00215f18aa1dcaf25bbcdb400acb72dfcb.jpg
    以下、準備から実際のプログラムソースまでメモっておきます。

まず頭に入れてくべきこと anchor.png

準備したもの anchor.png

    • mbed対応のマイコン。今回は、LPC1114FN28 を、秋月電子で購入。 1個たったの120円!(税込)
    • USB-シリアル変換モジュール FT232RL 秋月で購入
    • Arduinoスターターキット SGK-ARD-KIT 千石電商で購入 arduino uno 付きで4,940円。 arduino unoの他に付属のセット品が色々入っていて、初めてには良いですね。 arduinoからいじり始めてみたものの、mbedを教えていただいたら断然そちらが面白くなってます。

配線 anchor.png

  • 参考
    • mbed LPC1114でLチカしてみた(1):しなぷすのハード製作記
       マイコンとFT232RLの接続が参考になります。 プログラムを書き込んだあとリセットしなくても済みます。 なお、書き込みソフトはこのページの要領ではなく、LPC1114限定で下記ページのものが使いやすいです。
    • mbed LPC1114でLチカしてみた(2):しなぷすのハード製作記
       LPC1114限定で「LPCISP」というソフトを公開しておられます。USB/serialコンバーター経由で一発書き込み、即座にリセットが働くので、楽ちんです。
      LPCISP.jpg
  • ハード図
     ブレッドボードを使うとテストは楽にできるけど、一度バラしたら再現するのが面倒になっちゃいますんで、ちゃんと図面を書くクセをつけたいですね。今回は資料への使いまわしがしやすいようにEXCELでこんな感じで書いてみました。
    • LPC1114のLED回路はソース出力(PNP)でプラスコモン、FT232RLのLEDモニタ回路は、シンク出力(NPN)でマイナスコモンになっているみたいで、ちょっと混乱します。
       工業用制御部品に関していえば、日本国内やアジア圏ではシンク(NPN)でマイナスコモン、欧州ではソース出力(PNP)でプラスコモン が多いですが、欧州への輸出時にはCEマーク表示の関係で本質安全の考え方から必ずPNPにしないといけなくなるため、国内でもPNPへの変更が徐々に進んでいる・・ のかなあ?
       組み込み部品での状況は全くわからずです。
mbed_UART_SERVO.jpg
00215f18aa1dcaf25bbcdb400acb72dfcb.jpg

プログラム anchor.png

 mbedはarduinoと違い、ほぼ素のC/C++で書けます。 オンラインコンパイラでビルドが通ったプロジェクトをエクスポートして、外部のIDEで編集・コンパイルできることからもそれを実感できます。

 とはいえまずはオンラインコンパイラで。

mbed_WorkSpace.jpg
使用ライブラリ anchor.png
  • Servo
     mbedのオンラインコンパイラ上の「Import」でキーワード「Servo」で検索し、sford cstyles さんの mbed R/C Servo Libraryを試しに使ってみました。
  • MySerial
     自作ライブラリ MySerial です。mbed標準のRawSerialクラスを継承し、受信文字列のchar配列格納を簡単にできるようにしてみました。 現時点でのソースを貼っておきます。
    • GetString メソッドは、テンプレート化でオーバーロードしてあり、引数にポインタ変数指定でも char配列指定の参照でも使えるようにしました。
    • Wait時間の設定を追加してあります。
       その他APIは、こちらを参照
    • MySerial.h
      Everything is expanded.Everything is shortened.
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      /** mbed Serial Library extend RawSerial
       * Copyright (c) 2014 Naoki Okino
       *
       * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
       * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
       * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE
       * AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
       * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
       * OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN
       * THE SOFTWARE.
       */
      #ifndef MBED_MYSERIAL_H
      #define MBED_MYSERIAL_H
       
      #include "mbed.h"
          
      /** MySerial control class, based on a RawSerial
       *
       * Example:
       * @code
       * #include "mbed.h"
       * #include "MySerial.h"
       * 
       * MySerial pc(USBTX,USBRX);   //instance of MySerial Class
       * char cWord[16]; //receive chars  or cWord[256], cWord[1024] etc..
       * 
       * void readbuf()
       * {
       *   // int iRtn =  pc.GetString(6,&cWord);    //Serial received chars by pointer cWord
       *    int iRtn =  pc.GetString(6,cWord); //Serial received chars byref of cWord
       * }
       * int main() {
       *    pc.baud(9600);                  //set baud rate
       *    pc.format(8, MySerial::None, 1);//set bits for a byte, parity bit, stop bit
       *    pc.SetRxWait(0.01, 0.001);       //set wait getting chars after interrupted, each char
       *    pc.attach( readbuf, MySerial::RxIrq );    //Set Interrupt by Serial receive
       * }
       * @endcode
       */
      class MySerial : public RawSerial{
          
      public:
          /** constructor to get chars received by serial
           * 
           * @param PinName tx
           * @param PinName rx
           */
          MySerial(PinName tx, PinName rx);
         
          /** set wait getting chars after interrupted
           * 
           * @param float _fRxStartWait wait getting a 1st char after interrupted
           * @param float _fRxEachWait wait getting each char
          */
          void SetRxWait(float _fRxStartWait, float _fRxEachWait);
       
          /** function to get chars after received chars by serial
           * 
           * @param int size for get chars
           * @param *cWord returns got chars by pointer
           * @param returns success by 0
           */
          virtual int GetString(int size, char *cWord);
          
          /** overload function to get chars after received chars by serial
           * 
           * @param int size for get chars
           * @param cWord returns got chars by ref
           * @param returns success by 0
           */
          template <class X> int GetString(int size, X cWord)
          {
              return GetString(size, &cWord);
          }
       
      protected:
          float fRxStartWait;
          float fRxEachWait;
          
      };  /*  class MySerial  */
       
      #endif
    • MySerial.cpp
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      #include "MySerial.h"
       
      MySerial::MySerial(PinName tx,PinName rx):RawSerial(tx,rx)          //constructor
      {
          fRxStartWait = 0.01;    //wait getting a 1st char after interrupted
          fRxEachWait = 0.001;    //wait getting each char
      }
       
      void MySerial::SetRxWait(float _fRxStartWait, float _fRxEachWait)
      {
          fRxStartWait = _fRxStartWait;   //wait getting a 1st char after interrupted
          fRxEachWait = _fRxEachWait;     //wait getting each char
      }
       
      int MySerial::GetString(int size, char *cWord)            //by pointer
      {
          int i=0;
          int ichar;
          memset(cWord, '\0', strlen(cWord));  //initialise chars
       
          wait(fRxStartWait);
       
          while(1) {
              if(!readable())    {
                  break;
              }
              ichar = getc();
              if(i<size) {
                  cWord[i] =ichar;
                  //putc(ichar);
              }
              i++;
              wait(fRxEachWait);
          }
          return 0;
      }
メイン anchor.png
  • シリアルコマンド
    ただの実験なので、<STX><ETX>などの制御コマンドは一切無しです。(汗)
    • 「start」で開始
    • 「pxxx」(xxxは角度)で位置決め
    • 「stop」で停止
      です。
  • 受信の割り込みと、50ms定時タイマ割り込みを受けてメインで動作及びLチカさせてみました。
    • 割り込みのIRQ変数名は、シリアルが「UART_IRQn」、定時タイマが「TIMER_16_0_IRQn」でしたので、割り込み優先度や割り込み禁止を個別に管理できます。 この辺の定義は、こちらに全部書いてありますね。
  • まだ試していませんが、フロー制御を入れないと9600bps以外では取りこぼしが発生します。
  • ソース
    volatile のつけ方などわかっていないので、まだ適当です。
    • main.cpp
      Everything is expanded.Everything is shortened.
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      #include "mbed.h"
      #include "Servo.h"
      #include "MySerial.h"
       
      Servo myservo(dp18);
      MySerial pc(USBTX,USBRX);         //instance of MySerial Class
      Ticker timer;
      DigitalOut led2(LED2);            //alive check LED
       
      volatile int cntRx=0;
      volatile int cntRx_old=0;
      volatile int timeUp=0;
      volatile int timeUp_old=0;
       
      char cWord[6]; //receive chars  or cWord[256], cWord[1024] etc..
      char *pCword = cWord;    //pointer for cword
      const char ccStart[6] = "start";
      const char ccStop[5] = "stop";
      const char ccMove_[2] = "p";
       
      int readSize = 5;
      int doStatus;
      int iDeg;
       
      void atRx()
      {
          NVIC_DisableIRQ(UART_IRQn);
          cntRx++;
      }
       
      void atTimer()
      {
          //NVIC_DisableIRQ(TIMER_16_0_IRQn);
          timeUp++;
      }
       
      void readbuf()
      {
          pCword = cWord;    //pointer for cword
       
          //int iRtn =  pc.GetString( readSize, &cWord[0] ); //Serial received chars by pointer of cWord
          int iRtn =  pc.GetString( readSize, cWord ); //Serial received chars byref of cWord
       
          if(strcmp(cWord, ccStart)==0) {     // start
              doStatus=1;
              printf("started\n");
          } else if(strcmp(cWord, ccStop)==0) { // stop
              doStatus=0;
              printf("stopped\n");
          } else if(cWord[0]==ccMove_[0]) { // 1st char matches
              pCword++;                    // increment pointer to get after 2nd chars
              iDeg = atoi( pCword );
              printf("%d\n",iDeg);
          } else {                        //no action except for start/stop
              printf(" no match %s\n" , cWord);
          }
          if ((doStatus == 1) && (0 <= iDeg) && (iDeg <= 180)) {
              wait(0.01);                           // waits for the servo to get there
              myservo.position(iDeg - 83.0);
          }
      }
       
      int main()
      {
          pc.baud(9600);                  //set baud rate
          pc.format(8, MySerial::Odd, 1);//set bits for a byte, parity bit, stop bit
          //pc.format(8, MySerial::None, 1);//set bits for a byte, parity bit, stop bit
          //pc.set_flow_control(MySerial::RTSCTS,dp26,dp25);
          pc.SetRxWait(0.01, 0.001);       //set wait getting chars after interrupted, each char
       
          wait(0.25);     //startup wait
       
          pc.attach( &atRx, MySerial::RxIrq );    //Set Interrupt by Serial receive
          NVIC_SetPriority(UART_IRQn, 120);
          timer.attach( &atTimer, 0.05 );
          NVIC_SetPriority(TIMER_16_0_IRQn, 10);
       
          myservo.calibrate(/* range */ 0.00099, /* angle +/- */ 90.0);
       
          while(1) {
              wait(0.01);
       
              if(cntRx != cntRx_old)
              {
                  readbuf();
                  cntRx_old = cntRx;
                  NVIC_EnableIRQ(UART_IRQn);
              }
       
              if(timeUp != timeUp_old)
              {
                  if( 10 <= timeUp )
                  {
                      led2 = !led2;
                      timeUp=0;
                  }
                   timeUp_old = timeUp;
                  //NVIC_EnableIRQ(TIMER_16_0_IRQn);
              }
          }
      }

実行結果 anchor.png

シリアルコンソールには、定番のTeraTermではなく、「RS232cテストツール」というフリーソフトを使ってみました。

下図のように、コマンドを送ると帰ってきたアンサーが表示されます。

Comm.jpg

総括 anchor.png

 mbed、おもしろいです。 C/C++の入門にもなるし、ハード回路の勉強にもなります。

 次回は、オフラインでのコンパイルとデバグ環境にチャレンジしたいと思います。

inc​/mbed

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