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2018年4月の5件の記事

2018年4月16日 (月)

ATtiny13AでI2C接続キャラクタLCDを利用する(4)

以前、挑戦ていた「ATtiny13AでI2C接続キャラクタLCDを利用する」を
Arduino 1.8.5 + MicroCore環境にてやってみました。

Dscn7826

キャラクタLCDは、秋月電子で購入したACM1602NI-FLW-FBW-M01を利用しています。
  ・I2C接続キャラクタLCD 16x2行白色バックライト付(ACM1602NI-FLW-FBW-M01)

以前コメントで頂いた、問題点の対応とRaulさんオリジナル版の
   Coding Laboratory - I2C on an AVR using bit banging

で指摘されている点の対応修正を行いました。
それと、可能な限り高速化をおこないました。

動いている様子

スケッチサイズは、MicroCoreのcore_settings.hにて利用しない機能を無効化することで
660バイトに抑えることが出来ました。

Ide

I2Cが使えると、電子工作の幅が広がりますね。

このスケッチは下記からダウンロードできます。
ダウンロード ATtiny13_I2CLCD.zip (4.7K)

2018年4月15日 (日)

ATtiny13Aで赤外線リモコン受信センサーを使う(2)

以前、「ATtiny13Aで赤外線リモコン受信センサーを使う」で行ったことを、
Arduino IDEATtiny13AMicroCoreパッケージの環境で動作確認しました。

以前のバージョンでは、micros() の精度が悪くて動作しなかったので、別パッケージを
利用していましたが、最新版では問題なく動作しました。

02

実行結果

01

ただしデフォルトでは、micros()は利用出来ないので、
core_settings.hの中のENABLE_MICROS の定義を有効にする修正が必要です。

スケッチ

//
// ATtiny13Aで赤外線リモコン受信
//
// ATMEL ATTINY13 / ARDUINO
// 利用パッケージ:https://github.com/MCUdude/MicroCore
// 注意: core_settings.h の#ENABLE_MICROS を有効にする必要あり
//
//                 +-V-+
// Reset      PB5 1|    |8 Vcc
// Tx         PB3 2|    |7 PB2 IR(IN)
// Rx         PB4 3|    |6 PB1
//            GND 4|    |5 PB0
//                 +----+
//

// シリアル通信定義
#define BAUD_RATE 38400
#include "BasicSerial3.h"
#define Tx      PB3 // (変更する場合、BasicSerial3.S修正が必要)
#define Rx      PB4 // (変更する場合、BasicSerial3.S修正が必要)

//IR受信定義
#define IR            PB2
#define IR_DDR        DDRB
#define IR_PORT       PORTB
#define IR_PININ      PINB
#define IRbitRead()   (IR_PININ&_BV(IR))
#define RC_RDH_TS     9000    // リーダコードOFF間隔  9ms判定用
#define RC_RDL_TS     3800    // リーダコードON間隔   4.5ms判定用
#define RC_BITLOW_TS  1000    // ビットデータON間隔   1.69ms判定用  
#define RC_TMOVER     8000    // タイムオバー

//
// 赤外線リモコンコード取得
// 4バイトのデータを返す
// CCCCDDdd
//    CCCC カスタムコード
//    DD   データコード
//    dd   データコードのビット反転(データチェック用)
// ただし、
//    リピートコードの場合  0
//    エラーの場合          0xFFFFFFFF
//  を返す.
//
uint32_t Read_IR() {
  uint8_t  repeat = 0;  // リピートコード検出フラグ
  uint32_t  dt    = 0;  // 赤外線リモコン読み取りデータ
  unsigned long t ;     // 信号長計測用

  // リード部の取得
  // 受信データはH/L反転で読まれる
  while(1) {
    while(IRbitRead());  // OFF検出受信待ち   
    t = micros();        // OFF検出時刻取得
    while(!IRbitRead()); // ON受信検出待ち 
    t = micros() -t;     // OFF->ONの時間間隔取得
    if (t > RC_RDH_TS) { // 9ms以上ならリーダコードとみなす
        t = micros();      // ON検出時刻取得
        while(IRbitRead());// OFF検出待ち
        t = micros() -t;   // ON->OFF時間間隔取得
        break;
    }
  }
  
  // データ部取得
  if (t < RC_RDL_TS) {
    // 0N->OFF がリピートコードの場合、データ取得はスキップ
    repeat = 1;          
  } else {
    // 0N->OFF がリダーコードの場合、データを取得
     for (uint8_t i = 0; i <32; i++) {  //32ビット分取得ループ
        // ビット開始待ち
        while(!IRbitRead());  // ON待ち
        t = micros();
        while(IRbitRead());  // OFF待ち
        t = micros() -t;
        if (t>RC_TMOVER)
          return 0xFFFFFFFF;  // エラー
        dt<<=1;
        dt |= (t>RC_BITLOW_TS) ? 1:0;     
    }
  }
  // ストップビットの待ち
  while(IRbitRead());  // OFF待ち  
  if (repeat)
    return 0;
  return dt;
}

// 文字列出力
void serOut(const char* str) {
   while (*str) TxByte (*str++);
}

// 整数を16進数で出力
void serOutHex(uint16_t h) {
  uint8_t c;
  for (int8_t i=12; i>=0; i-=4) {
    c = h>>i & 0xf; 
    c = c >9 ? c+'A'-10: c+'0';
    TxByte ((uint8_t)c);
  }
}

void setup() {
  IR_DDR &= ~_BV(IR);  // IRピンのみ入力設定する
}

void loop() {
  uint32_t rc =  Read_IR();  // IR受信
  if (rc) {
    if (rc != 0xFFFFFFFF) {
      serOut("custom="); serOutHex(rc>>16);serOut(" ");
      serOut("data=");serOutHex(rc>>8&0xff);serOut("\n\r");
    }
  } else {
    //serOut("Repeat\n\r");
  }
}

2018年4月14日 (土)

ATtiny13AでHC-SR04を使った距離計測

Arduino IDE 1.8.5の環境で、ATtiny13Aの開発が出来るようになったので、
試しに、HC-SR04を使った距離計測を実装してみました。

スケッチは、アルゴリズム雑記さんの下記の記事を参考にさせていただきました。
・【Arduino】超音波距離センサ(HC-SR04)の測定精度を向上(気温考慮)
  https://algorithm.joho.info/arduino/ultrasonic-distance-sensor-hcsr04-temp/

実装

09

実行結果

08

測定結果は、シリアルコンソールに出力します。
とりあえず、それらしく動いています。

スケッチサイズは、ジャスト1024バイト、ぎりぎり書き込めました。

09_2

スケッチ

(修正) 2018/04/14 ライブラリBasicSerial3をlibraliesに配置するように修正しました。

//
// 超音波距離センサHC-SR04を使った距離計測  
//
// ATMEL ATTINY13 / ARDUINO
// 利用パッケージ:https://github.com/MCUdude/MicroCore
//
//                 +-V-+
// Reset      PB5 1|    |8 Vcc
// Tx         PB3 2|    |7 PB2 
// Rx         PB4 3|    |6 PB1 ECHO
//            GND 4|    |5 PB0 TRIG
//                 +----+
//

// シリアル通信ライブラリ
//   AVR half-duplex software UART supporting single pin operation
//   http://nerdralph.blogspot.jp/2014/01/avr-half-duplex-software-uart.html
//
#define BAUD_RATE 38400
#include "BasicSerial3.h"

#define Tx    PB3 // (変更する場合、BasicSerial3.S修正が必要)
#define Rx    PB4 // (変更する場合、BasicSerial3.S修正が必要)

// HC-SR04
#define TRIG  PB0 // 出力ピン
#define ECHO  PB1 // 入力ピン
#define TEMP  180 // 温度補正 気温(℃)*10

// 整数を10進数で出力
void OutDEC(uint16_t d) {
int8_t n =-1;
  uint16_t v = 10000;
  for (uint8_t i=0; i<5; i++) {
    if (d >= v) {
      TxByte(d/v + '0');
      d %= v;
      n=i;
    } else {
      if (n!=-1||i==4) TxByte ('0');
    }
    v/=10;
  }
}
void setup() {
  pinMode(TRIG, OUTPUT);
  pinMode(ECHO, INPUT);
}

void loop() {
  // 超音波の出力終了
  digitalWrite(TRIG,LOW);
  delayMicroseconds(1);

  // 超音波を出力
  digitalWrite(TRIG,HIGH);
  delayMicroseconds(11);
 
  // 超音波を出力終了
  digitalWrite(TRIG, LOW);

  // 出力した超音波が返って来る時間を計測
  uint16_t d = (uint16_t)pulseIn(ECHO, HIGH, 200000);

  // 計測した時間と音速(気温を考慮)から反射物までの距離を計算
  uint16_t k=(3315+TEMP*6)/20; // 係数
  uint16_t v=d/100*k;
  uint16_t h=v/100;
  uint16_t l=v%100;

  // 計算結果をシリアル通信で出力
  OutDEC(h); TxByte('.'); OutDEC(l);
  TxByte('\n');
  delay(250);
}

シリアル出力はNerd Ralphさんが公開しているライブラリ、BasicSerial3 を利用しています。
  ・Nerd Ralph - AVR half-duplex software UART supporting single pin operation
   http://nerdralph.blogspot.jp/2014/01/avr-half-duplex-software-uart.html

   ライブラリをダウンロードし、BasicSerial3を\librariesに配置する必要があります。
   さらに、BasicSerial3.Sのピン指定を修正しています。
     #define UART_Tx 3
     #define UART_Rx 4   

スケッチの全ソースは、下記のサイトに置いています。
https://github.com/Tamakichi/Arduino_ATtiny13_HC_SR04

50円マイコン、容量の制約が厳しいですが、それなりに実装でき、十分楽しめますね。

Arduino 1.8.5環境でATtiny13Aを利用する

Arduino IDEのATtiny13A用MicroCoreパッケージを久しぶりにチェックしたところ、
いい感じになっているので、最新版1.03を利用してみました。

パッケージ公開サイト

  MicroCore - An optimized Arduino hardware package for ATtiny13

以前はmicros()等の精度が悪く、タイミングをとるプロトコル実装に使えず難儀したのですが、
更新履歴をみると改善されたみたいです。

早速Arduino 1.8.5にインストールしてみました。
インストールは公開サイトの「How to install」に従ってインストールしました。
ボードマネージャのURL追加の方法で行いました。
下記の1行を環境設定追加のボードマネージャのURLに登録し、

  https://mcudude.github.io/MicroCore/package_MCUdude_MicroCore_index.json

URL

ボーマネージャにて、最新版をインストールします。

01


インストール後の書込み確認

とりあえず、Lチカですね。
ATtiny13Aへのスケッチの書込みには、書き込み装置が必要です。
安価な書込み装置としては、次のものが利用されることが多いようです。
  ・USBasp
  ・USBtinyISP
  ・Arduino as ISP(Arduino Unoを使う方法)

今回はUSBtinyISPを利用しました。
USBaspも安くて良いのですが、Windows 10対応の署名付きのドライバーがないようで、
開発とサポートが止まっている感があります。

一方、USBtinyISPはAdafruit製もあり、ドライバー等もそこから入手出来ます。
  Adafruit - USBtinyISP :AVR programmer & SPI interface
  https://learn.adafruit.com/usbtinyisp/


書込みのための結線はUSBtinyISPMicroCoreのHPのMinimal setupを参考にしてしました。
Lチカ用の出力ピンは書込みに利用していないPB3を利用しました。

Dscn7818

スケッチ

void setup() {
  pinMode(PB3, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(PB3, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(PB3, LOW);
  delay(500);
}
 

ピン指定は、ピン名称のPB0PB5がそのまま利用出来るようです。

04_2

ボード指定と書き込み装置を設定し、スケッチをコンパイル&書き込み実施。
とりあえず、上記の設定では問題なくLチカ出来ました。
ヒューズビットの設定も同時に行われているようです。


128kHzでのLチカで問題発生

次にクロックを落としての利用。
低速書込みでは過去の経験から色々と問題が発生するのですが、やはり問題発生。

スケッチの書込みは出来るのですが、ヒューズビットの設定が出来ていないようです。
本来ならスケッチの書込みと同時に、ヒューズビットの設定もおこなわれるはずです。

公式サイトを見ると、書込み装置として「USBtinyISP(slow)」を設定しないといけないようです。

試して見ると、書込み時に下記のエラーが発生しました。
  avrdude: Can't find programmer id "{upload.protocol}"

05

これのエラーは、"upload.protocol"が未定義ということです。

MicroCore
の設定ファイル
  C:\Users\ユーザー\AppData\Local\Arduino15\packages\MicroCore\hardware\avr\1.0.3\

を調べてみるとプロトコルの設定をprogrammers.txtでは"protocol"のidを使っているのに
platform.txtの定義では"upload.protocol"のidを参照しています。
idがミスマッチのようです。

このエラーの対応として、
  platform.txt内の"upload.protocol"を"protocol"に変換
idのエラーは解決できました。


しかし、新たなエラーが発生

06

このエラーはSCKのクロックタイミングがマズイようです。
USBtinyISPのSCKのクロックパルス速度ではATtiny13が応答出来ないようです。

対応としてprogrammers.txt-B32をところを-B64 -Fに修正

usbtinyisp.name=USBtinyISP (slow)
usbtinyisp.protocol=usbtiny
usbtinyisp.program.tool=avrdude
#usbtinyisp.program.extra_params=-B32
usbtinyisp.program.extra_params=-B64 -F

ついでに、platform.txt-B32設定の箇所を-B64に修正
下記はヒューズビットの書込みに関連する設定です。

tools.avrdude.erase.params.verbose=-v
tools.avrdude.erase.params.quiet=-q -q
tools.avrdude.erase.pattern="{cmd.path}" "-C{config.path}" -v -p{build.mcu} -c{protocol} -B64 {program.extra_params} -e -Ulock:w:{bootloader.unlock_bits}:m -Uhfuse:w:{bootloader.high_fuses}:m -Ulfuse:w:{bootloader.low_fuses}:m

tools.avrdude.bootloader.params.verbose=-v
tools.avrdude.bootloader.params.quiet=-q -q
tools.avrdude.bootloader.pattern="{cmd.path}" "-C{config.path}" {bootloader.verbose} -p{build.mcu} -c{protocol} -B64 -Ulock:w:{bootloader.lock_bits}:m

    (備考)
     programmers.txt、platform.txtはサクラエディタで開くとUTF-7と誤判断され、
    上書き保存すると、Arduino IDEで正しく読めなくなりました。
    明示的にUTF-8指定して保存する必要があります。

修正後、Arduino IDEを再起動して動作確認すると、問題無く書き込めるようになりました。

07



まとめ

・Arduino 1.8.5でMicroCoreパッケージを使うと、ATtiny13Aのアプリ開発が出来る
・書き込み装置は、USBtinyISPがおススメ
・9.6MHzのクロックを利用する場合は、デフォルトのままで利用しても問題ない
・クロックを変更して利用する場合、現段階では定義ファイルの修正が必要っぽい

問題はあるようですが、Arduino 1.8.5でATtiny13Aのアプリが開発できるのは有難いですね。
開発者さんに感謝です。


2018年4月 3日 (火)

Arduinoのブートローダーの有無による起動時間の違いについて

SNSにて、「Arduinoを電源を入れてからスケッチが実行するまでの時間を早くしたい」という
旨の話題があり、ブートローダーが無ければ早くなるのではと思い、調べてみました。

まずArduino Unoで採用しているブートローダー optibootのソースを見てみると、
(参考:Optiboot/optiboot https://github.com/Optiboot/optiboot

ホストからのスケッチ書き込み要求のためのシリアル通信の監視を1.5秒間行った後、
書き込まれているスケッチの実行を行っていることが分かりました。
(この監視する待ち時間をタイムアウト時間と呼ぶことにします)

実際に、次のようなスケッチを実行してリセットからD2ピンにLOW・HIGHが出力されるまでの
時間を計測してみました。

void setup() {
  pinMode(2,OUTPUT);
  digitalWrite(2,0);
  digitalWrite(2,1);
}

void loop() {
}

ブートローダーありの場合
ロジックアナライザでリセットピンD2ピンの出力を調べてみると次のような感じになりました。

Boot
(クリックすると拡大表示します)

リセットボタンを押して、離した後からD2ピンがLOW・HIGHのエッジ間は1.579秒でした。
まあ、だいたい予想通りの時間でした。


ブートローダー無しの場合
次に、同じスケッチをプログラマを使って直接書き込み、測定していました。
スケッチをブートローダー経由ではなく、プログラマで直接書き込む場合は、
Arduino IDEのメニュー [スケッチ]  - [書込み装置を使って書き込む]にて書き込みます。
この際、事前にメニュー [ツール] - [書込み装置]にて利用する書込み装置を指定しておきます。

リセットボタンを押して、離した後からD2ピンがLOW・HIGHのエッジ間は67ミリ秒でした。
ブートローダーのタイムアウト時間ない分、早く起動できていることがわかりました。

Noboot
(クリックすると拡大表示します)


1.5秒が長いか、短いかは微妙ですがブートローダーを利用しない場合は、
リセット後のスケッチの起動がタイムアウト時間を待たない分、早く起動できます。

ただし、スケッチを直接書き込んだ場合、ブートローダーは無くなってしまうため、
Arduinoとしてのお手軽さが無くなってしまいます。
とりあえず、1.5秒の待ちは我慢して利用したほうが良いですね。

ちなみに、スケッチの直接書込みはこんな感じで行っています。

aitendoのATTiny ISPシールドきっと [K-TINY-SLD]を利用しました。

Writing

上が書込み装置(スケッチ Arduino ISPを書込み)のArduino Uno互換機です。
下が書き込み対象のArduino Uno互換機です。




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