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Capacitive Touch

Capacitive Touch、つまり静電容量式タッチセンサです。

PICマイコンにおけるタッチセンシグの代表選手はやはり、静電容量式です。
Microchipが提供するmTouchでは、静電容量式の中でも主に4つ方式があります。

・CTMU
・CSM
・Comparator
・CVD

以下の動画は、CTMUだと思われます。


CTMU
Charge Time Measurement Unitの略で、電圧を測定することによりセンシングを行うものです。
センサ部に 放電⇒充電を行い、一定時間経過したときの電圧を測定します。
そこに指を近接させると、容量が上がるため、測定時の電圧が低くなります。
その電圧値から容量を計算する仕組みです。
ON/OFF判断のみではなく、コンデンサの容量値そのものも測定できます。
CTMUモジュールの搭載されたPICマイコンでのみ利用可能。

CSM
Capacitive Sensing Moduleの略で、周波数を測定することによりセンシングを行うものです。
センサ部に、ある決まった電圧の閾値で充放電を繰り返し、三角波を発生させます。
そこに指を近接させると、容量が上がるため、三角波の立上がりと立下り波形、緩やかになり、結果として三角波の周波数が小さくなります。それを検知して ON/OFF を判断する仕組みです。
CSMモジュールの搭載されたPICマイコンでのみ利用可能。

Comparator
特別なモジュールなしで、コンパレータとTimer0を利用して、タッチセンシングを行う方法です。
コンパレータ出力をセンサ部とコンパレータ入力部に繋げ発振波形を作ります。
センサ部に指を近接させると、容量が上がり、発振波形の周波数が変化するため、それを検知する仕組みです。
SRラッチを使った方式もあるようです。
若干外付け部品が必要です。(ダイオードと抵抗)

CVD
Capacitive Voltage Dividerの略で、
こちらも特別なモジュールなしで、A/Dコンバーターでタッチセンシングを行う方法です。
まず、A/DのCH入力を例えばAN0に選択しておき、AN0は H 出力にしておく
そうすることによって、サンプル&ホールドアンプの容量にVDDの電荷がたまります。
次に、A/DのCH入力をAN1に切り替え、そこに寄生容量が発生している場合は、電荷がそちらに移動するため、サンプル&ホールドアンプの電圧が下がる。
それをA/Dで読み取って、指が近接しているのかいないのかを検知する仕組みです。
ADCの機能がある全てのPICマイコンで使用可能です。
しかも外付け部品は不要。
だったら、これだけでいいじゃんと思うのですが、おそらく精度やレスポンスの問題などがあるのかもしれません。


CTMUやCSMは専用のPICマイコンが必要ですが、ComparatorやA/Dを利用したものは汎用のPICマイコンでも実現可能です。
おそらく一番精度が良いのは CTMU かと思います。


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tag : mTouch CTMU CSM Comparator CVD Capacitive Touch

Inductive Touch

Inductive Touch、つまり誘導式タッチセンサです。

エンベッデッド・デザイナーズ・フォーラム2009の内容の続きですが、
前回のXLPと並んで大きな目玉、タッチセンシグ 「mTouch」
現在Microchipとして提供している「タッチセンシグ」は以下の3つです。

・アナログ抵抗膜式
・誘導式
・静電容量式

アナログ抵抗膜式
タッチパネルでよく使われているやつです。今回は割愛。
Microchipではありませんが、抵抗膜式タッチパネルについては過去にブログっていますので、こちらを参照ください

誘導式
さて、気になる「誘導式」ですが、これはインダクタを利用しています。


大きな特徴として、フロントパネルに金属が使えます。
これだけ聞くと、すげー新しいユーザーインターフェースができそうな気がしますよね。
しかし、デモを触ってみましたが、指でパネルを押した たわみ を検出しているので、普通のSWと感触があまり変わりませんでした。
また、機構SWは不要なのですが、スペーサやコイルを実装したプリント基板が必要で、ちょっとコストが高くなります。なので、タッチセンサというより、金属パネルでキレイな筐体のデザインを統一したときなどに有効かもね。
個人の電子工作では、なかなか難しそうだけど、全面金属のピカピカするガジェットとか良いかも。

動画では、防水にも使えることをアピールしています。


続く

tag : Inductive Touch mTouch

nanoWatt XLP

PICマイコンの話です。

11/26~12/11で行われていたマイクロチップ・テクノロジー・ジャパンによるセミナー:エンベッデッド・デザイナーズ・フォーラム2009に参加してきました。

平日開催でしたが、何と言っても無料なところがステキです。
休憩抜いて約6時間の講座で、基本的にMicrochip製品の紹介ですが、いろいろためになる講座でした。
とにかく、印象的だったのが、低消費電力に力を注いでいる点と、評価ボードではタッチセンサがデフォルトな点です。
つまり、エコと直感操作という2つの点に大きく焦点を合わせています。

今回は、「nanoWatt XLP」について紹介します。


XLPとは、eXtreme Low Powerの略です。
セミナーでは、最近スーパーなどでよく見かけるESL(電子式陳列ラベル)を例に取り、他社製品に比べ圧倒的に低消費電力であることをアピール。
スリープモードの他に、ディープスリープモードがある点が大きく異なる点です。
ディープスリープモードは、消費電流が極小であるのが大きな特徴。
その代わり、RAM保持もしないし、周辺機器からのWake UPができない、Wake UPに時間がかかるという性質があります。
なので、Wake Upイベントの周期が短い場合はディープスリープモードは使えませんが、周期が長い場合はその周期が長いほどディープスリープモードの恩恵を受けます。


↓ちょっと長いですがデモ動画です。


クドイくらい電流値を繰り返していますが、
TIのUltra-Low PowerのMSP430と比較して、Deep sleep mode や Real Time ClockありのDeep sleep modeが数倍低消費電流であるということを言っています。

PICマイコンのDeep Sleep電流 まとめ
Deep sleep mode 20nA
with Watch Dog Timer 400nA
with Real Time Clock and Calendar 500nA


おそらく、sleep時の消費電流の低さは、Wake Up時間の長さとトレードオフの関係にあると思いますので、そこら辺も考慮する必要があると思います。

tag : nanoWatt XLP Microchip PIC

PICマイコン #2

では、具体的に何があれば、PICマイコンの開発ができるのでしょうか?

(09_08_01) PICマイコン
写真はICD2

PICマイコンそのもの
当たり前ですね。
秋月電子マルツで1個70円くらい~手に入ります。


周辺回路部品
ワンチップマイコンですので、ROMやRAMなどは内蔵されているので不要です。
PICマイコンの種類にもよりますが、クリスタルやセラロックなども不要で内蔵発信回路で用が足ります。
外付けで唯一必要なのは電源くらいでしょう。
5Vや3.3Vの3端子レギュレーターが1つあればOKです。
あとは、PICマイコンをつかって何を制御するのかによります。
(例:LED光らせるのであれば、LEDと抵抗が必要だし、PCと接続したいのであれば、UART-RS232C変換ICとDサブ9pinコネクタ など)

※その他、性能確保の面で、セラミックコンデンサ(0.1μF)は持っておいた方が良いでしょう


統合環境(PCソフト)
Microchip社が提供している統合環境「MPLAB IDE」があります。
HPより無料でダウンロードできます。
何者かというとエディター(プログラムを記述するソフト)やアセンブラ(asmファイルをHEXファイルに変換)が搭載されたソフトです。
ライターやCコンパイラも、この環境に連携させることが可能です。


ライター(書き込み機)
PCで作られた機械語データ(HEXファイル)をPICマイコンに書き込む装置です。
純正のライタであれば、ICD2というものがあります。(一番最初の写真)
エレバカもこれを使っています。ただし、高価です。

同じく純正の廉価版でPICKit2というものがあります。
ICD2に比べ、一部のマイコンではデバッグ機能が限定されているようです。

PIC12/16/18シリーズなどをICP(基板にマイコンを実装したまま、マイコンに書き込み)を使わずに、手軽にマイコン単体での書き込みをしたい場合は、秋月電子のHPで探してみてください。
最近は、MPLABでPICkit2として認識でき、ISP書き込みができる(つまり、PIC24やdsPICなども書き込める)新しいバージョンも発売されているようです。

(09_08_01) PICマイコン2


C言語コンパイラ
短いプログラムであれば、MPLAB IDE上でアセンブラを記述すればよいので、C言語は不要です。
ですが、継続的にPICマイコンをやるのであれば、Cコンパイラは必須でしょう。

PIC24/dsPIC用には「MPLAB C30」という有料ソフトがあります。
しかし、インストールから60日経つと機能レベルが下がる無料版があるのでこれをオススメします。
「機能レベルが下がる」とありますが、何が変わったのか全く気づかず影響なく使えます。

PIC32MX用にも同様に「MPLAB C32」が出ているようです。

上記以外の一番良く使われていたPIC16、PIC18シリーズは、ちょっと前までなぜか有料のコンパイラしか存在しませんでした。このシリーズのコンパイラはいくつかのサードパーティーが有料版を発売していたことから、Microchipも無料化に踏み出せなかったという政治的なシガラミがあります。

ですが、最近Microchip社がHi-Tech社を買収して、HI-TECH社のCコンパイラがフリーになったようです。
これで全てのシリーズが無料でCコンパイル可能になりました。すごいっすね。


何を参考にして作ればよいのか・・・?
ずばり、ここです。
電子工作の実験室
ここにはPICマイコンの神様が住んでいます。
非常に多くのPICによる電子工作品が掲載されているだけなく、回路図、プログラムソース、具体的な解説が惜しげもなくオープンに公開されています。
国内において、PICマイコンで、この人の右に出る人はいません。


さあ、PICマイコンを始めてみよう!

PICマイコン #1

PICは、Peripheral Interface Controllerの略で、周辺機器を制御するためのコントローラーという意味です。
アメリカ Microchip Technology社製のワンチップマイコンです。
日本ではホビー用途のイメージが強いですが、実際は自動車のエアバックやワイパー制御、産業機器やOA機器など、実際の製品に使われています。

(09_07_31) dsPICマイコン
写真はdsPIC33F (面実装 64pin)


ラインナップは多彩です。

PIC16シリーズ
電子工作を始めるのに適したシリーズ。8bitマイコン
Timer、A/D、USART、SPI、I2C、PWMなどが使用可能。
主に20pin前後のものが多いです。
PIC16F84Aはエレバカも良く使いました。最も良く使われているシリーズではないでしょうか。
何と言っても、UARTが使えるようになるとRS-232Cに変換ができ、パソコンと通信が可能になります。ここから電子工作の世界は一気に広がります。

PIC10/12シリーズ
小ピン(6pin、8pin)で低消費電力。
最小限のソフトで動く製品にはぴったり。

PIC18シリーズ
プログラムメモリがPIC16シリーズに比べ多くなり、処理速度も速くなりました。
さらに下記のシリーズがあります。
USB2.0対応モジュール内蔵PIC(ただし、Hostではなく、Function。フルスピードまで)
イーサネット内蔵PIC(ただし10Base-Tまで)

PIC24シリーズ
16bitマイコン

dsPICシリーズ
16bitマイコン
その名の通り、DSP計算処理能力をもったPICマイコン

PIC32MXシリーズ
ついにPICも32bitマイコンが出るようになりました。
USBもOTG対応でHostマイコンが可能に。
イーサネットも100Base-Tまで対応できるようになるとか。


続きはこちら

ワンチップマイコン

ワンチップマイコンとは、ICチップ一つでCPU、RAM、ROM、入出力装置を搭載したマイコンです。

(09_07_30) PICマイコン

いわゆるIntel系のマイコンとは異なります。
昔のパソコンや電子工作ではZ80と呼ばれるZilog社製のマイコンが使われていました。
これらは、外付けRAMやROMがなくては動作しません。

一方のワンチップマイコンは、パソコンのCPUのように大規模で汎用的な処理はできませんが、特定機能の処理において、多くの装置に組み込まれています。
(例:炊飯器、自動車の制御システム、マウスやキーボード)

このワンチップマイコンは、非常に扱いやすい上に、安く、一般ユーザーも手に入るようになってきてますで、現代の電子工作において必須のアイテムとなっています。

主に、PICマイコン、AVRマイコン、H8/R8Cマイコンあたりが有名です。。
開発言語は、アセンブラかC言語がほとんどだと思います。
PC上の開発環境は無料ダウンロードで揃いますが、ライター(プログラムを書き込むもの)は自作するか有料のものを買うかになります。

H8
ルネサステクノロジが作っているマイコン。
「H」は「Hitachi」の頭文字です。
ルネサスは、日立と三菱の半導体部門が合併した会社で、NECエレクトロニクスと経営統合予定です。Intel、Samsungに次いで世界3位の半導体メーカーに成長予定。

R8C
こちらもルネサス製。「R」は「Renesas」の頭文字。
H8に比べ、処理性能や機能は低いが、低消費電力。
逆にH8より高機能なSHマイコンがあります。

AVR
ATMEL製。
クセがなく、開発環境も安く整う。
唯一のデメリットとしては、日本語の資料が少ない事。
最近有名なArduinoにはAVRマイコンが載っている

PIC
Microchip製。
AVRに比べと、ちょっとクセがあるとか。
しかし、日本語の資料が豊富なので、初心者がマイコン始めるにはぴったり。

その他
最近ではPsocというCypress社のマイコンがあります。
従来マイコンの外部に必要なアナログ回路(オペアンプなど)や、デジタル回路を内蔵し、プログラミング可能。
内部構成を変えることが出来るワンチップマイコンで、FPGAと異なり、CPUから直接レジスタ設定で動作中にダイナミックに切り替えられる。



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プロフィール

エレクトリックバカ

Author:エレクトリックバカ

ポケコンでプログラミングに目覚め、PICマイコンで電子工作に希望を抱き、来たるべきUGDの時代を夢見て眠る。
そんな うだつが上がらないサラリーメン。
先生、電子工作はおやつに入りますか?




Electric Baka

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