Ｈ8ＣＰＵのPWM信号でモータ駆動の
サンプルプログラム
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13May2002
coskx
【１】 はじめに
この文書はAKI-H8にて，PWM方式によるモータの利用のサンプルプログラムを提示するものである。
PWMはパルス幅変調（Pulse Width
Modulation）のことである。
モータの駆動時において，高速にスイッチのON-OFFを繰り返し，ONになっている時間とOFFになっている時間の比を変更することによって，見かけ上，モータにかける電圧を変更する駆動方法である。
次の図１はPWM信号の例である。周期的なON-OFFの信号で，その周期はPWM周期と呼ばれる。また（ONになっている時間）÷（PWM周期）のことはデューティ比と呼ばれる。
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図１ PWM信号の例 |
PWM信号の作り方は大きく分けて２つある。
（１）H8/3048のITUのPWM発生機能を用いる
この方法では（入力クロック周期））×（PWM段階数）＝（PWM周期）になるため，短い1msec以下のPWM周期を実現できる。
１つのH8/3048のITUの個数により，制御できるモータ数が限られる。
（２）１つのITUによるタイマー割り込みを用い，ソフトウェアにより，PWM信号を作る
この方法では（割り込み周期）×（PWM段階数）＝（PWM周期）になるため，PWM周期が10msec程度以上になる
2ビットの出力で，１つのモータが制御できるため，１つのH8/3048で多くのモータを制御できる
【２】 AKI-H8とのモータドライバ
TA8429Hと接続
(ITU
Channel3のPWM機能を利用）
外付け回路が必要だが，PWM周波数を高くできる
H8CPUはITUでPWM（Pulse Width
Modulation）信号を発生することができる。このPWM信号と方向信号2ビットを用いてDCモータ駆動用のプログラムを作成することができる。ITUチャンネル３を用いることにすると，PWM信号はTIOCA3より出力される。また方向信号はポート４のビット0，１から出力するものとする。PWM信号と方向信号はアンド回路を経てモータドライバIC（東芝TA8429）に与えられ，DCモータを駆動するものとする。（図２．１，図２．２参照）
プログラムでは，RS232Cに接続されたパソコンのターミナルソフト（例えばハイパーターミナル）を用い，キーボードからPWM値を設定するものとし，設定値は-1000から1000までの値（負の値は逆転を意味する）を用いる。これ以外の値だったら，モータを停止するものとする。
プログラムでは，システムクロックφをそのまま用いているので，ITUカウンタへの入力クロックは16MHzである。PWM階段数はPWM_MAXで与えられ，1000である。PWM周波数は16kHzとなっている。（PWM周期は1/16msec）
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図２．１ ITUチャンネル３を用いたモータのPWM駆動回路例 |
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図２．２ モータドライバIC 東芝TA8429 |
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モータへのPWM出力 |
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モータへのPWM出力
ITU
Channel3 を用いたPWM信号発生
TIOCA3(PWM波形出力信号) はPB-0(PortB-bit0) Conecter
CN1-16
P4-bit0 正転信号 Conecter CN1-32
P4-bit1 逆転信号 Conecter
CN1-31
**********************************************************/
#include
"h8-01.h"
#define PWM_MAX 1000
void initPWM3(int gra_value)
/*ITU
channel3*/
{
/*初期化(方向を設定)*/
P4DDR|=0x03;
/*(????????) | (00000011) 下位２ビットを出力に*/
P4.DDR=P4DDR;
P4.DR.BYTE=0x0; /*初期値 b0=cw,b1=ccw
正論理*/
ITU3.TCR.BIT.TPSC=0; /*内部クロックφでカウント*/
ITU3.TCR.BIT.CKEG=0; /*立ち上がりエッジでカウント*/
ITU3.TCR.BIT.CCLR=1;
/*GRAのコンペアマッチ/インプットキャプチャでTCNTをクリア*/
ITU3.GRA=gra_value-1; /*GRAの値(GRB=GRAのときPWMが100%)をPWM_MAXに設定*/
ITU3.GRB=0;
/*GRBの値を0に設定(=PWM0%)パルス幅を変えるときはこの値を変更する*/
ITU.TMDR.BIT.PWM3=1;
/*ITUのPWMに使うchをPWMモードに設定*/
ITU3.TIOR.BIT.IOB=0;
/*TIOCBにPWM信号を出力しないように設定*/
ITU.TSTR.BIT.STR3=1;
/*カウントスタート(PWM信号が出力される)*/
}
void outPWM3(int value)
/* value :
-gra_value...gra_value */
/*ITU channel3*/
{
if (0<value) {
P4.DR.BIT.B0=1;
P4.DR.BIT.B1=0;
value--;
if
(ITU3.GRA==value) value++;
ITU3.GRB=value;
} else if (value<0)
{
P4.DR.BIT.B0=0;
P4.DR.BIT.B1=1;
value=-value-1;
if
(ITU3.GRA==value) value++;
ITU3.GRB=value;
} else
{
P4.DR.BIT.B0=0;
P4.DR.BIT.B1=0;
ITU3.GRB=0;
}
}
main()
{
int
x;
initSCI1();
/*シリアルポート初期化*/
initPWM3(PWM_MAX); /*PWM出力初期化（ITU
channel3使用）*/
while(1)
{
x=getIntSCI1("PWM value
=");
SCI1_printf("\n%d\n",x);
if
(-1000<=x&&x<=1000)
outPWM3(x);
else
outPWM3(0);
}
} |
【３】 AKI-H8とのモータドライバ TA8429Hと接続
(割り込みを用いたソフトウェアPWM機能を利用）
駆動するモータの数を多くできるが，PWM周波数は低い
H8CPUのITUを用いてPWM（Pulse Width
Modulation）信号を発生することができるが，最大で5チャンネルしか利用できない。割り込みを利用するとソフトウェアで方向信号を兼ねたPWM信号を発生することが出来る。この方向信号を兼ねたPWM信号2ビットを用いてDCモータ駆動用のプログラムを作成することができる。方向信号を兼ねたPWM信号2ビットはポート1のビット0，１から出力するものとする。方向信号を兼ねたPWM信号2ビットはモータドライバIC（東芝TA8429）に与えられ，DCモータを駆動するものとする。（図３．１参照）
プログラムでは，デューティ比は-10/10,-9/10,-8/10,....,-1/10,0/10,1/10,.....,9/10,10/10を使えることになっているがこのうち，プッシュスイッチに-10/10,-5/10,5/10,10/10を割り当てて駆動する。
RS232Cに接続されたパソコンのターミナルソフト（例えばハイパーターミナル）を用いると，プッシュスイッチのON-OFF状態，モータへの指令値が表示される。
プログラムでは，割り込み周期が1msec。PWM階段数は１０である。PWM周波数は100Hzとなっている。（PWM周期は10msec）
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図３．１ 割り込みとポート1第0,1ビットを用いたモータのPWM駆動回路例 |
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モータドライバのテスト |
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プログラムの説明
モータドライバのテスト
タイマ割り込み利用のソフトウェアPWM
PushSW N0.0:
ch1 slow CCW
PushSW N0.1: ch1 fast CCW
PushSW N0.2: ch1 slow
CW
PushSW N0.3: ch1 fast
CW
**********************************************************/
#include
"h8-01.h"
volatile int motor1; /*0-10の値，速度に対応*/
const int
period=10; /*周期10msec*/
const int fast=10;
const int
slow=5;
void initMyMotor(void)
{
P1DDR |=
0xff; /*第0ビットを出力設定だが，全ビットを出力設定*/
P1.DDR =
P1DDR;
P1.DR.BYTE = 0;
/*第0ビットに0を出力設定だが，全ビットを0*/
}
main()
{
int PushSwStatus,PushSwStatusb=-1;
motor1=0;
initMyMotor();
initPushSW();
init8BitSW();
initLed();
initSCI1();
initTimer1Int(1000); /*時間割り込み1msec ITUch1のみ使用*/
E_INT();
/*CPU割り込み許可*/
startTimer1();
/*時間割り込みタイマスタート*/
while(1){
if
(checkPushSW(0)==1) { /* slow
CCW */
motor1=slow;
} else if
(checkPushSW(1)==1) { /* fast CCW
*/
motor1=fast;
} else if
(checkPushSW(2)==1) { /* slow
CW */
motor1=-slow;
} else if
(checkPushSW(3)==1) { /* fast CW
*/
motor1=-fast;
} else
{
motor1=0;
}
PushSwStatus=getPushSW()&0xf0;
if (PushSwStatus!=PushSwStatusb)
{
SCI1_printf("PushSW:%B
motor=%d\n",PushSwStatus,motor1);
PushSwStatusb=PushSwStatus;
}
}
}
void interrupt_cfunc() /*割り込み関数
（この名前は固定）*/
{
static int
tick=0;
int motor;
motor=motor1;
if (motor<0)
{
motor=-motor;
if
(tick<motor)
{
P1.DR.BIT.B0=0;
turnOffLed(0);
P1.DR.BIT.B1=1;
turnOnLed(1);
} else
{
P1.DR.BIT.B0=0;
turnOffLed(0);
P1.DR.BIT.B1=0;
turnOffLed(1);
}
} else
{
if (tick<motor)
{
P1.DR.BIT.B0=1;
turnOnLed(0);
P1.DR.BIT.B1=0;
turnOffLed(1);
} else
{
P1.DR.BIT.B0=0;
turnOffLed(0);
P1.DR.BIT.B1=0;
turnOffLed(1);
}
}
tick++;
if (tick==period)
tick=0;
}
/*実行時のターミナルソフトの表示
PushSW:00010000 motor=
0
PushSW:00000000 motor= 5
PushSW:00000000 motor=
10
PushSW:00100000 motor= 0
PushSW:00000000
motor=-5
PushSW:10000000 motor=-10
PushSW:00000000 motor=
0
*/ |
【４】 AKI-H8とのモータドライバ TA8429Hと接続
(ITU3，ITU4を使用して，直接モータドライバを駆動する)
ITUを２つ使ってしまうが，PWM周波数を高くできる
【２】の手法を使って，モータドライバへの出力を２つ作る。ここで，２つのITUを用いるため，ヂューティ比切り替えタイミングによっては，予期せぬ出力が非常に短いとはいえ，発生してしまうので，できるだけ避ける工夫が必要である。
ITUチャンネル３，４を用いることにすると，PWM信号はTIOCA3，TIOCA4より出力される。（図４．１参照）
プログラムでは，RS232Cに接続されたパソコンのターミナルソフト（例えばハイパーターミナル）を用い，キーボードからPWM値を設定するものとし，設定値は-1000から1000までの値（負の値は逆転を意味する）を用いる。これ以外の値だったら，モータを停止するものとする。
プログラムでは，システムクロックφをそのまま用いているので，ITUカウンタへの入力クロックは16MHzである。PWM階段数はPWM_MAXで与えられ，1000である。PWM周波数は16kHzとなっている。（PWM周期は1/16msec）
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図２．１ ITUチャンネル3,4を用いたモータのPWM駆動回路例 |
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モータドライバのテスト |
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モータへのPWM出力
ITU
Channel3,4 を用いたPWM信号発生
正逆転信号を2つのITUで作るぜいたくなシステム
TIOCA3(PWM波形出力信号) はPB-0(PortB-bit0) Conecter
CN1-16
TIOCA4(PWM波形出力信号) はPB-3(PortB-bit2) Conecter
CN1-18
**********************************************************/
#include
"h8-01.h"
/*検査用PWM出力*/
/*出力端子 2
ITOCA3/PB0 CN1-16*/
/*出力端子 4
ITOCA4/PB0 CN1-18*/
/*ITU channel3,4
でPWM出力*/
/*clockindex 0:φ 1:φ/2 2:φ/4 3:φ/8 */
void
initPWM3and4(unsigned short int pwmmax, int
clockindex)
{
ITU3.TCR.BIT.TPSC=clockindex;
/*内部クロックφでカウント*/
ITU3.TCR.BIT.CKEG=0;
/*立ち上がりエッジでカウント*/
ITU3.TCR.BIT.CCLR=1;
/*GRAのコンペアマッチでTCNTをクリア*/
ITU3.GRA=pwmmax-1;
/*GRAの値(GRB=GRAのときPWMが100%)をPWM_MAXに設定*/
ITU3.GRB=0;
/*GRBの値を0に設定(=PWM0%)パルス幅はこの値に依存*/
/*ITU.TMDR.BIT.PWM3=1;
/*ITUのPWMに使うchをPWMモードに設定*/
ITU3.TIOR.BIT.IOB=0;
/*TIOCB3にPWM信号を出力しないように設定*/
ITU4.TCR.BIT.TPSC=clockindex; /*内部クロックφでカウント*/
ITU4.TCR.BIT.CKEG=0; /*立ち上がりエッジでカウント*/
ITU4.TCR.BIT.CCLR=1; /*GRAのコンペアマッチでTCNTをクリア*/
ITU4.GRA=pwmmax-1;
/*GRAの値(GRB=GRAのときPWMが100%)をPWM_MAXに設定*/
ITU4.GRB=0;
/*GRBの値を0に設定(=PWM0%)パルス幅はこの値に依存*/
/*ITU.TMDR.BIT.PWM4=1;
/*ITUのPWMに使うchをPWMモードに設定*/
ITU4.TIOR.BIT.IOB=0;
/*TIOCB4にPWM信号を出力しないように設定*/
ITU.TSTR.BIT.STR3=1; /*カウントスタート*/
ITU.TSTR.BIT.STR4=1; /*カウントスタート*/
PBDDR|=5;
PB.DDR=PBDDR;
PB.DR.BIT.B0=0;
PB.DR.BIT.B2=0;
}
/*PWM出力*/
void outPWM(int
value)
{
if (0<value)
{
ITU.TMDR.BIT.PWM4=0;
/*ITU4のPWMモード解除*/
value--;
if
(ITU3.GRA==value) value++;
ITU.TMDR.BIT.PWM3=1;
/*ITU3をPWMモードに設定*/
ITU3.GRB=value;
} else if (value<0)
{
ITU.TMDR.BIT.PWM3=0;
/*ITU3のPWMモード解除*/
value=-value-1;
if
(ITU4.GRA==value) value++;
ITU.TMDR.BIT.PWM4=1;
/*ITU4をPWMモードに設定*/
ITU4.GRB=value;
} else
{
ITU.TMDR.BIT.PWM3=0;
/*ITU3のPWMモード解除*/
ITU.TMDR.BIT.PWM4=0; /*ITU4のPWMモード解除*/
}
}
main()
{
int
pwmvalue;
initSCI1();
initPWM3and4(1000,0); /*clock:φ*/
while(1)
{
pwmvalue=getIntSCI1("value=");
outPWM(pwmvalue);
}
} |