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モータ制御

 
　２個のモータを、PWM(Pulse Width Modulation)で制御します。

　PWMは、モータの回転速度を、パルス幅で制御する方式です。
　１周期の中で、電圧がＨとＬになっている時間を可変にして
　モータに与える平均電力を変えていきます。

　H8のITU(Integrated Timer Unit)には、PWM用モジュールが
　含まれていますが、データシートの説明がわかりにくいので
　タイマー割込みを利用した単純な方法にしました。

　PWMの原理は、非常に簡単です。

　０〜９９までカウンタで数えて、レジスタの値と比較します。
　レジスタの値がNで、カウンタの値がTとすると、次の処理を
　します。
　　N < T  → １出力
    N >= T → ０出力

　この動作を、タイマー割込みの中で実行します。
　Cのコードで記述すると、以下です。
    /* handling counter */
    pwm_cnt++ ;
    if ( pwm_cnt == 100 ) { pwm_cnt = 0 ; }
    /* compare */
    LEFT_OUT = RIGHT_OUT = ON ;
    if ( pwm_cnt >= left_duty  ) { LEFT_OUT  = OFF ; }
    if ( pwm_cnt >= right_duty ) { RIGHT_OUT = OFF ; }
    /* out */

　タイマー割込みの中で、上の動作をすればよいので
　タイマー割込みの種類選択と周期を決めれば、制御できます。
　今回は、H8にあるITU1を利用し、モータを制御します。

　タイマー割込みが使えるワンチップマイコンであれば、大抵
　用意されているコンペアマッチ割込みを使います。




コンペアマッチ割込み

　普通のワンチップマイコンの内蔵タイマー／カウンタには
　カウンタとプリスケーラが用意されています。



　カウンタは、８ビットか16ビットになっていることが多い
　ですが、H8のITUは16ビットです。

　カウンタの他に、GRA、GRBという２個の16ビットレジスタ
　があります。



　これらのレジスタの値とカウンタの値を比較し、値が一致
　したとき、割込みを発生するのが、コンペアマッチ割込み
　です。コンペアマッチ割込みで、比較する値を入れる所が
　２つあるのがH8のITUです。値が一致すると、カウンタを０
　にできます。

　利用しているH8/3048Fのボードは、16MHzのシステムクロック
　になっているので、プリスケーラの分周比を1:1としカウンタ
　に16MHzを入力します。

　PWM用のカウンタは、１００まで数えて０に戻すので、PWMの
　１周期を400kHzに設定します。
　16MHzから400kHzを生成したいので、16000kHz/400kHz=40を
　GRAに設定します。

　ITU1の初期化処理は、次の関数で定義しました。

　#define ITU1_AREG 40
　#define MASKFFFF  0xffff

　void init_timer1(void)
　{
　  /* stop timer */
　  ITU.TSTR.BIT.STR1 = OFF ;
　  ITU.TOER.BYTE = 0 ;
　  /* TIOR : Timer I/O Control Register
        7 **** -> 0
        6 IOB2 -> 0 GRB is not output compare match register
        5 IOB1 -> 0
        4 IOB0 -> 0
        3 **** -> 0
        2 IOA2 -> 0 GRA is not output compare match register
        1 IOA1 -> 0
        0 IOA0 -> 0
　  */
　  ITU1.TIOR.BYTE = 0 ;
　  /* TCR : Timer Control Register
        7 ****  -> 0
        6 CCLR1 -> 0 clear TCNT if GRA = TCNT
        5 CCLR0 -> 1
        4 CKEG1 -> 0 rising edge
        3 CKEG0 -> 0
        2 TPSC2 -> 0 φ利用
        1 TPSC1 -> 0
        0 TPSC0 -> 0
　  */
　  ITU1.TCR.BYTE = 0x20 ;
　  /* TIER : Timer Interrupt Enable Register
        7 ****  -> 0
        6 ***   -> 0
        5 ***   -> 0
        4 ***   -> 0
        3 ***   -> 0
        2 OVIE  -> 0
        1 IMIEB -> 0
        0 IMIEA -> 1 select compare match interrupt
　  */
　  ITU1.TIER.BIT.IMIEA = ON ;
　  /* reference */
　  ITU1.GRA = ITU1_AREG ;
　  ITU1.GRB = MASKFFFF ;
　  /* counter */
　  ITU0.TCNT = 0 ;
　}



割込み中の処理

　割込みが発生した場合、次のシーケンスを実行します。

    

  1. 割込みフラグリード

  2. 割込みフラグクリア

  3. カウンタインクリメントと初期化

  4. カウンタとレジスタの値を比較

  5. ポートへ論理値出力


　割込み中の処理（ハンドラ）は、次の関数で定義しました。
　void int_imia1(void)
　{
　  UBYTE dummy ;
　  /* clear flag */
　  dummy = ITU1.TSR.BIT.IMFA ;
　  ITU1.TSR.BIT.IMFA = OFF ;
　  /* increment */
　  pwm_cnt++ ;
　  if ( pwm_cnt == 100 ) { pwm_cnt = 0 ; }
　  /* judge logical level */
　  LEFT_MOTOR = RIGHT_MOTOR = OFF ;
　  if ( pwm_cnt < left_duty  ) { LEFT_MOTOR  = ON ; }
　  if ( pwm_cnt < right_duty ) { RIGHT_MOTOR = ON ; }
　  /* put logical level */
　  PB.DR.BIT.B2 = LEFT_MOTOR  ;
　  PB.DR.BIT.B0 = RIGHT_MOTOR ;
　}




回転開始と停止

　必要ない場合に、モータを回転させないように
　開始と停止を担当する関数を定義します。

　パルスを与えなければよいので、カウンタにクロックを
　与えるか与えないかと、ポートへ出力する論理値で回転
　の開始、停止を実行します。

　回転開始は、カウンタにクロックを与えます。
　次のように定義しました。
　void start_pwm(void)
　{
　  ITU.TSTR.BIT.STR1 = ON;
　}

　回転停止は、カウンタに与えるクロックを切ると同時に
　出力論理値を０にします。
　void stop_pwm(void)
　{
　  ITU.TSTR.BIT.STR1 = OFF;
　  /* set logical level */
　  PB.DR.BIT.B0 = OFF ;
　  PB.DR.BIT.B2 = OFF ;
　}




速度制御

　左右のモータのDuty比を変更できるようにします。

　グローバル変数left_duty、right_dutyを用意し、
　これらの値を更新する関数で実現しました。

　UBYTE left_duty;
　UBYTE right_duty;

　void update_motor(UBYTE dl,UBYTE dr)
　{
　  left_duty  = dl ;
　  right_duty = dr ;
　}
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