mbedとマルチプレクサで、複数サーボモータ制御

1.今回の目標

(1) nucleo f401でGPIO出力を行い、マルチプレクサを制御する。

(2) nucleof401とマルチプレクサで、複数のサーボモータを制御する。

作成したもの：

2.使用部品

個数	部品名	型番
1	接続ケーブル	ジャンパーワイヤ
1	mbed（マイコンボード)	nucleo f401RE
1	USBケーブル	USBミニBタイプ
4	サーボモータ	SG-90
1	マルチプレクサ	TC4052BP
1	ブレッドボード	EIC104j
1	両端ロングピンヘッダ(40×1)	40P 6.1

その他、あった方が良い工具
ペンチ（静電気対策)：139 PS-01

※ペンチは、両端ロングピンヘッダを折るのに使います。
　ペンチは今回はなんでも大丈夫です。
　今後電子部品を扱う場合、電子部品は静電気に弱いので、静電気対策されているものを買う方が良いです。

折りたいピン数のところにペンチで支えて、指で折れば簡単に折れます。

※リンクは基本楽天がついてますが、秋月やマルツで安く買えるものもあるので、安く手に入れたいものがあれば、調べてみて下さい。

3.概要

今回は、nucleo f401とマルチプレクサ(TC4052BP)を使用して、サーボモータ(SG-90)を動作させます。

サーボモータの動かし方については、下記記事で紹介しています。
・mbed(nucleo f401)でサーボモータを動作させる

4.マルチプレクサとは

マルチプレクサとは

　電子回路では、簡単に言うと「複数の入力から一つを選んで出力する素子」のこと。

　別名データセレクタとも呼ばれる。

デマルチプレクサとは

　「1つの信号を、複数ある出力先から、出力先を１つ選択し出力する素子」のこと。

今回は、そのマルチプレクサの「TC4052BP」の使い方について書いていきます。

参考：https://www.marutsu.co.jp/pc/static/large_order/mame/188

　　　https://e-words.jp/w/マルチプレクサ.html

TC4052の使い方：

　TC4052は、2つの信号を入力にし、出力先を2チャンネル×4分岐にすることが出来ます。
参考：TC4052データシート

基本的な使い方：
・下記9番ピン、10番ピンがA,B:コントロールする役割

下記XとYとなっているものが、
・XCOMがX0～X3に出力
・YCOMがY0～Y3に出力
・VSSとVEEは、GND
・VDDが電源(今回は3～5V予定)

詳細：

AとBがLowの時：　　　 XCOMに入力された信号が0Xに出力

　　　　　　　　　　　YCOMに入力された信号が0Yに出力

AがHigh、BがLowの時： XCOMに入力された信号が1Xに出力

　　　　 YCOMに入力された信号が1Yに出力

AがLow、BがHighの時： XCOMに入力された信号が2Xに出力
YCOMに入力された信号が2Yに出力

AとBがHighの時：　　　 XCOMに入力された信号が3Xに出力
　　　YCOMに入力された信号が3Yに出力

TC4052の場合、INHはGNDに接続する。

電源電圧：

後は、絶対最大定格を確認します。
絶対最大定格は、この電圧以上の電圧をかけると、壊れる電圧です。

ICの電源は、デジタル系とアナログ系で電源が分かれている。

　電源電圧：VDD - VSS：デジタル系の電源電圧

　電源電圧：VDD - VEE：アナログ系の電源電圧

入力電圧：

　アナログ信号は、VDD-VEE間の電圧を使用する。

　コントロール入力電圧：AとBの電圧は、VSS-0.5V～VDD+0.5V間の電圧を使用する。

電源電圧：

VDD~VSS は-0.5V～20Vの間の電圧。

VDD-VEE は-0.5V～20Vの間の電圧。

コントロール電圧：

この高レベルと低レベルを確認します。

今回使用するのは、3V～5Vの電源を使用する予定のため。
・VDD=5Vの部分を確認。

・高レベルは25℃で標準2.75V

・低レベルは25℃で、標準2.25V

これより、今回は普通にmbedのポートをこのままマルチプレクサに接続して使います。

実際、何度か逆電圧をかけてしまったことはありますが、壊れませんでした

ただ、壊れる可能性は高いので、十分注意しましょう。

とりあえず、ここら辺が分かってれば、動きはするので、実際に使ってみる。

5.マルチプレクサとmbedの使用

まず、回路を考えるのに、mbedで使用するピンを確認します。
今回は、下記ピン配置にしました。

mbedピン位置	接続先	役割
A0	XCOM	PWM出力(サーボ制御用)
A1	YCOM	PWM出力(サーボ制御用)
A2	A	GPIO_H/L出力(コントロール用)
A3	B	GPIO_H/L出力(コントロール用)

これに合わせて、マルチプレクサと、mbedの配線を行っていきます。

電源電圧は５Vなので、マルチプレクサの電源は、mbedの5V電源を使用。
mbedはPCから電源を供給。
後は、上記位置に合わせて、
mbedのA0をマルチプレクサの13番ピン(XCOM)
mbedのA1をマルチプレクサの3番ピン(YCOM)というように接続していきます。

後は、マルチプレクサの出力先に、
サーボモータを取り付けて、
電源とGNDも接続すれば完成です。

mbedに下記プログラムを書き込んで、動作の確認をします。

 /*
使用ボード：mbed nucleo ＳＴＭ３２Ｆ４０１
プログラム内容：
 　TC4052の出力切り替えプログラム
 　0X,0YにPWM出力
 　３回回転後
 　1X,1YにPWM出力
 　3回回転後
 　0X,Y0に出力を繰り返すプログラム
*/

#include "mbed.h"

//ピンの設定
PwmOut XCOM(A0);
PwmOut YCOM(A1);
DigitalOut A(A2);
DigitalOut B(A3);
DigitalOut Yobi1(A4);
DigitalOut Yobi2(A5);

int main() {
    //X0 , Y0に出力
    A = 0;
    B = 0;
    Yobi1 = 0;
    Yobi2 = 0;
    
    //周波数設定
    XCOM.period_us(20000);  
    YCOM.period_us(20000);  
    
    while(1){
        //0X,0Yに出力
        A = 0;
        B = 0;
        
        XCOM.pulsewidth_us(500); //パルス幅変更
        YCOM.pulsewidth_us(500); //パルス幅変更
        
        wait(2);
        XCOM.pulsewidth_us(1450);
        YCOM.pulsewidth_us(1450);
        
        wait(2);
        XCOM.pulsewidth_us(500);
        YCOM.pulsewidth_us(500);
        
        wait(2);
        XCOM.pulsewidth_us(2400);
        YCOM.pulsewidth_us(2400);
        wait(2);

       //1X , 1Yに出力
        A = 1;
        B = 0;
        XCOM.pulsewidth_us(500); //パルス幅変更
        YCOM.pulsewidth_us(500); //パルス幅変更
        
        wait(1);
        XCOM.pulsewidth_us(1450);
        YCOM.pulsewidth_us(1450);
        
        wait(1);
        XCOM.pulsewidth_us(500);
        YCOM.pulsewidth_us(500);
        
        wait(1);
        XCOM.pulsewidth_us(2400);
        YCOM.pulsewidth_us(2400);
        wait(1);
    }
}