USB2.0対応PICマイコンによる データ取得システムの開発

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1 USB2.0対応PICマイコンによる データ取得システムの開発
環境計測 三宅洋

2 USB2.0対応 モジュールを内蔵 PICとは ＰＩＣ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Interface Controller）
Microchip Technology Co.が開発したワンチップマイコン CPU、メモリ、Ａ/Ｄ変換器などのモジュールを内蔵 自動車や電化製品の電子制御に利用 最新デバイス USB2.0対応 モジュールを内蔵

3 USBとは ＜特徴＞ ・ 最大127台のデバイスが接続可能 ・ 最大30 ｍまで延長可能 ・ ホットプラグにより再起動の必要なし
ＵＳＢ（Universal Serial Bus) パソコン本体と周辺機器などの接続に用いる 高速シリアル通信規格 最も頻繁に周辺機器との接続に使用される通信規格 ＜特徴＞ ・　最大127台のデバイスが接続可能 ・　最大30 ｍまで延長可能 ・　ホットプラグにより再起動の必要なし ・　プラグ＆プレイ機能により設定が自動

4 PICとコンピュータ間のデータ通信をUSBで行う
目的 PICとコンピュータ間のデータ通信をUSBで行う USB2.0対応PICを用いた データ取得システムの開発 USB通信機能を持ったPICデバイス USB接続周波数カウンタの開発 ＰＩＣデバイスの同時制御

5 USB接続周波数カウンタとは USB通信機能を持つ周波数カウンタ ＜周波数カウンタ＞ 電気信号（パルス）の周波数を測定する計測機器
・ パソコンとＵＳＢで接続 ・ 計測データをＵＳＢ通信で送受信 ＜特徴＞ ・　操作や表示をパソコンのディスプレイを使用 　　→小型、軽量 ・　電力供給源にUSBのバスパワーを使用 　　→外部電源不要

6 ⇒MPLAB IDE に統合可能なCコンパイラ USBフレームワーク ⇒標準USBプロトコル規格に準拠した ソフトウェア
開発環境（ソフトウェア） MPLAB IDE 　　　⇒統合開発環境 MPLAB C18コンパイラ 　　　⇒MPLAB IDE に統合可能なCコンパイラ USBフレームワーク 　　　⇒標準USBプロトコル規格に準拠した 　　　　 ソフトウェア ＜USBフレームワーク＞ PICのUSB機能を実現するためのツール USB通信に必要なプログラムファイル一式 　・ ＵＳＢデバイスを識別するためのＩＤ設定 　・ 送受信実行関数の定義　　　　　　　　

7 ＵＳＢ2.0対応の28ピンＰＩＣ 正確な動作のためのシステムクロック パルスの整形と増幅のアンプ 周波数カウント用の1秒ゲートパルス生成
USB接続周波数カウンタの構成 PIC18F2550 標準デジタルIC　　（74HCU04） クリスタル発振子　（20 MHｚ） 高精度発振器　　　（KTXO 12.8 MHｚ） USBコネクタ コンデンサ 抵抗　　　 etc. ＵＳＢ2.0対応の28ピンＰＩＣ 正確な動作のためのシステムクロック パルスの整形と増幅のアンプ 周波数カウント用の1秒ゲートパルス生成

8 USB接続周波数カウンタの仕様 ・ 測定結果の記録 ・ グラフ表示 ドライバ → Windows標準内蔵USBドライバ
PC側アプリケーション　→　Visual Basic で作成 ・ 測定結果のリアルタイム表示 ・ 測定結果の記録 ・ グラフ表示 基準値

9 正確な1秒を作る 12.8×106パルス＝正確な1秒 USB接続周波数カウンタの原理 1/3 外部発振器を使用 周波数＝1秒間のパルス数
・ ソフトウェアで作られた1秒は不正確 ・ デットタイムを小さくしたい 外部発振器を使用 PIC内蔵のカウンタに 高精度発振器（12.8 MHz）のパルスを入力 12.8×106パルス＝正確な1秒

10 アプリケーションで操作ボタンなどをクリック 受信した文字列データに対応した処理を実行
USB接続周波数カウンタの原理 2/3 アプリケーションで操作ボタンなどをクリック 受信データの 有無をチェック 文字列データ 文字列データ 受信した文字列データに対応した処理を実行 受信データを 表示、記録

11 12.8MHz発振器からのパルスを12.8×106回カウント後
USB接続周波数カウンタの原理 3/3 12.8MHz発振器からのパルスを12.8×106回カウント後 ２つのカウンタをストップ 12.8×106カウント 2007カウント 文字列“START”を受け 同時に２つの カウンタが作動 カウント開始 [計測開始] ボタンを クリック 文字列 “START” 文字列“2007” ２つのカウンタをリセット後 さらにカウント開始 [2007Hｚ] と表示 “2007”を文字列 として送信

12 測定レンジ： １ Hz～１ MHz 誤差 ： 10-5程度（1MHｚカウント時） 性能評価 ＜誤差要因＞
※プリスケーラを1/8で使用することで 最大約50 MHｚまでカウント可能 ＜誤差要因＞ 12.8 MHz 高精度発振器の温度特性 ±3 ppm/℃ 1℃の温度変化で 3×10-6 の誤差

13 最後に… 春山先生 斉藤先生 ありがとう御座いました m(_ _)m 御静聴頂きありがとう御座いました..

14 回路図 ＵＳＢコネクタ システムクロック 発振器 外部入力

15 ＣＤＣクラス(Communication Device Class)
ＵＳＢをＣＯＭポートに変換する機能を持った ＲＳ232Ｃエミュレータ ＣＤＣクラスを組み込む ＰＩＣからもパソコンからもＲＳ232Ｃで 接続されたデバイスとして使える ＜ＲＳ232Ｃ＞ 米国電子工業会によって標準化されたシリアル通信規格

16 今後の展望 計測開始 周波数カウンタ 発振器 “ＳＴＡＲＴ” “データ” 計測結果 表示 カウンタ オシロスコープ