PSoCはアナログマイコンでは無いという考え方

アナログ・マイコン!? PSoCに目覚める本(28ピンDIP型PSoC&書き込み器&CD-ROM付き) (マイコンと電子工作)のタイトルには、PSoCを指してアナログ・マイコンと言う言葉を使っています。



マイコンというのは、そもそもデジタル回路なので、アナログ・マイコンとは一体なんなのだ?と読者に感じさせる興味深いタイトルです。
この本に限らずPSoCのアピールポイントを強調するために良くなされるのが「PSoCは普通のマイコンではない」とか「PSoCの主役はアナログブロックとデジタルブロックであってCPUでは無い」というような話です。

こういった説明は、今までに存在しなかった新しい存在に挑戦するワクワク感を与えます。

しかしながら、その反面、これまでPICやAVRといった「普通の」マイコンを何不自由なく使っていた方の中には、今更新しいものに手を出すのは面倒くさいや、と思う方もいるかもしれません。

そういった方には、むしろ以下の様な説明をするほうが気が楽かもしれません。
つまりPSoCは、(恐ろしく汎用的な)アナログブロックとデジタルブロックと呼ばれる、たった2種類の内部モジュールしか持たない普通のマイコンである、というものです。(厳密に言えばアナログブロックとデジタルブロックにもそれぞれ種類がありますし、これら以外にも内部モジュールはあるのですが)

こういった見方は「今までに無い新しいものを、無理やり既存の枠組みの中で解釈しようとする可哀想な考え方」なのかもしれませんが、ひとつの捉え方としては間違ってはいないはずですし、こういった考え方でPSoCを触ることに対するハードルが下がる人もいるのなら有意義だと思っています。

尤も、私自身はPSoC1しか触ったことが無いので、上位モデルはもっと別世界なのかもしれませんし、そのPSoC1にしてもほんの少ししか触っていないので、偉そうな事は言えませんが。

tag: PSoC 

1.5Vの電池1本でPICを動かす(2ちゃんねる PIC専用のスレ Part32 より)

2ちゃんねるPIC専用のスレ Part32より

318 名前:774ワット発電中さん[sage]:2011/03/23(水) 14:02:26.38 ID:MKG18tp3
電池1本 1.5Vで余裕で動く(仕様で動作範囲内の)PICって、
ありますか?
320 名前:774ワット発電中さん[sage]:2011/03/23(水) 17:24:11.82 ID:MKG18tp3
>>319
すみません、表現が悪かったでしょうか。
電源電圧が0.9V~3.3Vなど、1.5Vの電池1本でも動くPICって、あるでしょうか?
でした。説明が悪くてすみませんでした。


結論から言うと無いが答えになりますが、1.5Vの乾電池1本でマイコンを動かしたいという要求はよくあることだと思います。(参考:バッテリ動作のマイコン電源に関するメモ)
そういったときの考え方の参考になるかと思います。


根本的な問題:マイコンだけ動いてもしょうがない?


323 名前:774ワット発電中さん[sage]:2011/03/23(水) 18:37:32.81 ID:v/hY0Uy0
そんなにDCコンバータ嫌か?
324 名前:774ワット発電中さん[sage]:2011/03/23(水) 20:11:30.27 ID:4MONiu0r
ポケッタブルオーディオかラジオにでも入れるの?
325 名前:774ワット発電中さん[sage]:2011/03/23(水) 21:30:14.96 ID:gx5jzKvF
PICは動いても、さらに何か動かすものはいいのか


ほとんどの人が意識していないようですが、PICはPeripheral Interface Controllerの頭文字をとったもので、読んで字のごとく周辺機器接続制御のためのICです。
マイコン用の電源問題は悩ましいですが、回路上にその他の回路が存在しているなら、その周辺機器の電源も賄えないと意味がありません。

後に示す>>327さんは『電池アラームのLEDを動かすにしても、PICが動いてくれないと点滅もできない。』と書いていますが、PICが動作したとしてもLEDのVFを供給できなければやはりLEDを点灯させることは出来ません。

素直に昇圧コンバータを用意するのが結局のところベストな方法なのだと思います。

電池の本数・電源電圧問題


327 名前:774ワット発電中さん[sage]:2011/03/23(水) 23:51:38.30 ID:MKG18tp3
>>323-325
電池2本(3V)で動かす機器を作ったとき、PICでは最低が2V(だったと思う)、
しかもADを使うと2.2V以上必要ですよね。
ところが、電池を終止まで使うと1.8Vくらいになりますよね。
だとすると、2VのPICは使えないと思うんです。
電池アラームのLEDを動かすにしても、PICが動いてくれないと点滅もできない。

そういう意味では、1.5V(min)のPICがあれば、問題解決なんですが。
電源電圧=1.5Vの上で、
・ADが動いて、
・clock=4MHzくらいも使えて、
・内蔵の32.768kHzも出来て、
・BORもできて、
・WDTもできて、
・UART内蔵で、
・PWMできて、
・Input captureもできて、
・Vref(1.23Vくらい)を内蔵してて、
・OP AMP(入出力レールtoレール)、コンパレータが入っていて、
・I2Cモジュールが入っていて、
・消費電流が50uAくらいで、
これらの機能が載っていて、DIP8とSOP8の形状のあるPICは 無いかしら、と思ったのです。


俗に言う「ぼくのかんがえたさいきょうのぴっく」。


001_20090805175828.png
fig.1: PIC12F683の動作可能電圧範囲


実際のPICマイコンは、最低でも2V以上必要で、消費電流も実測では1mA近く必要になるようです。(参考:PICマイコンのNOPとGOTOの消費電力)

他のマイコンを使うという選択肢


330 名前:774ワット発電中さん[sage]:2011/03/24(木) 00:13:52.90 ID:rADQeVaJ
>>327
テキサスのMSP430が低電圧・低消費電力をウリにしてたはず。

ま、俺なら>>323>>329だが。
>>323 そんなにDCコンバータ嫌か?
>>329 オレならうまいこと普通のを使う
334 名前:774ワット発電中さん[sage]:2011/03/24(木) 02:53:55.94 ID:f+QLUzqf
>>330
コレの事だよね

0.9ボルト「完全」駆動マイコン「MSP430L092」
http://release.nikkei.co.jp/detail.cfm?relID=262214&lindID=1


MSP430は、超低消費電力・超低電圧動作可能マイコンとして有名ですが、アマチュア電子工作ではそこまでの性能が要求されない為か、あまりメジャーではありません。

入門書籍もほとんど名前を聞きません。MSP430 リファレンス・ガイドも以前は書店で見かけましたが・・・



また、PSoCはSwithch-mode pumpという昇圧型スイッチングレギュレータの制御ICとしての機能を内蔵しています。(参考:PSoC/SMP効率測定,PSoC/SMP電流増強の考察)

こちらは、必要充分な入門書がそろっています。詳しくはPSoCマイコン入門書籍を。

PICでも昇圧


342 名前:774ワット発電中さん[sage]:2011/03/25(金) 01:34:57.61 ID:qUC6fDBK
PICを1.5Vで動かす話で、どっかのHP (どこか忘れた)に
起動時電池2本を使って、動き出したら電池1本に切り替えて動かす話が
あったのを思い出したので、手持ちの12F683で試してみた。

・動作内容 INTRC_IO 31kHzで1秒おきにGP0をON/OFF

起動した後電圧下げていくと、1.2Vぐらいで出力動作停止。
でも、内部発振は一旦動き出せば、1V以下でもねばってる。
PICが1.5Vで動かないのは、この内部発振の起動にある程度の電圧がいるためらしい。
そこで電源ラインに適当なコイルを入れて、電源ON時のスイッチのチャタリングで
一瞬過電圧かかるようにしたら電源1.4Vでも動かすことは出来た。
時々起動に失敗するが、その場合パスコンの電荷が抜けきるまで再起動出来ないっぽいので、
Vdd-Vssを適当な抵抗かまして電荷抜ける様にした方が良さそう。

まあ、そのうちPIC壊しそうなのでオススメはできんな。


一連のレスの中で一番興味が引かれたのが上記のものです。
着眼点は、マイコンの動作に高い電圧が必要なのは起動時のみであるという点です。

ただ、いずれにせよ動作周波数も最低で何の外部機器との接続も無い状態で、動作がギリギリだとすると実用性はなさそうですね。

関連エントリ




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tag: PSoC PIC スイッチング回路 2ちゃんねる 

LTspiceで秋月インダクタンス計

コイルは『自分で巻く』ことにより希望する特性を実現できるため、大量生産で無いアマチュア用途では自作を薦められることも少なくありません。
インダクタンス測定を安価に行うためには、インダクタンス計の自作が必要です。
インダクタンス計の定番としては、秋月のデジタルLメータキットが売られていたようです。もはや絶版となってしまった回路ですが、LTspiceでシミュレーションを行いました。

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絶版秋月インダクタンス計


安価なデジタルマルチメータでも、多機能なものは抵抗値やキャパシタンスを測定する機能を持っています。しかしながら、インダクタンスの測定機能を持つ安価なデジタルマルチメータは、ほとんどお目にかかりません。
そこで、インダクタンス計の自作は、趣味の電子工作としては昔からメジャーな存在でした。

秋月電子通商でも、以前はデジタルインダクタンスメータキットを発売していましたが、今では絶版となり秋月電子通商キット取扱説明書回路図集のなかで回路図が見られるだけとなっています。

現在入手可能なインダクタンス測定可能な組み立てキットとしては、ストロベリーリナックスポケットL/Cメーターキット Ver.2が有名なようです。

ストロベリーリナックスのキットは、被測定インダクタンスと共振回路を構成することにより発振周波数からインダクタンスの値を見積もるという測定原理を採用しています。
これに対して、秋月のキットは位相検波方式を採用しており、原理上は直列に存在する寄生抵抗の影響を受けないといった特徴があります。
位相検波方式の詳細に関しては、位相検波ってなんだ?デジタルインダクタンスメータキットが詳しい説明があります。

このデジタルインダクタンスメータキットは、その完成度にかなりの自信があるらしくデジタルインダクタンスメータキットには
このキットより精度のいいLメータ(手前みそかもしれないが)というとかなり高価なものですので、相当恵まれた人しか現実ではありませんね。

と、あります。

今回のエントリでは、そんな夢のある秋月インダクタンスメータキットの回路をLTspiceを用いてシミュレーションすると共に、インダクタンスに存在する直列抵抗がどのように測定結果に影響するのかを調べてみました。

モデル化


各構成要素の回路はインダクタンス計カテゴリでシミュレーションしたものの組み合わせを基本としています。

アナログスイッチ4053のモデルとしては、電圧制御スイッチにON抵抗のみを設定したものを使いました。
また、各OPアンプのモデルにはLTspiceの標準デバイスでまにあわせるの考え方を基にUniversal Opamp2をデフォルトの設定で使っています。
これらふたつの簡略化に関しては、もう少し良く考えた方がいいかもしれません。

シミュレーション結果


以下にシミュレーション結果を示します。


001_20101126232841.png
fig.1: スケマティック(1024x768)

002_20101126232840.png
fig.2: 波形


直列抵抗の影響


この回路に対して、被測定インダクタンスにたいして直列に抵抗を挿入した場合の測定誤差をシミュレーションしました。


003_20101126232840.png
fig.3: スケマティック(1024x768)

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fig.4: 測定結果

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fig.5: 寄生抵抗の影響


寄生抵抗が100mΩを越えた辺りから誤差が大きくなるようです。

Appendix:独自に復刻する場合


このAppendixは、ほとんど自分用のメモです。

この秋月のインダクタンス計キットですが、回路図が公開されているので独自に復刻することは可能です。そして、実際に復刻している方もいらっしゃいます。(参考:デジタルLメータの復刻)

オリジナルの回路で復刻する場合に入手が難しいのは、チョッパアンプであるLTC1049だけですが、これはリニアテクノロジーへのサンプルリクエストから入手できました。
また、完全にもとの回路を再現することにこだわらなければ、必ずしも位相検波回路のOPアンプはLTC1049でなくてもよいのではないかと思います。(まじめに検討していませんが、直感的に言えばむしろこの回路にチョッパアンプは向いていないのでは?)

復刻する際に、デジタルインダクタンスメータキットから直接的に読み取れない情報もあります。それは、各ICの電源の関係―――とりわけ、アナログスイッチ4053の電源です。
これもまじめに検討していませんが、4053の制御信号電圧は負電源を許容していないので、おそらくVEE端子とVSS端子は同じノードに接続されていて、そのノードは回路上で最も電圧が低い電源ノードとなるはずです。

さらに、PSoCで位相検波方式のインダクタンス計を自作されている方もいらっしゃいます。

位相検波方式のインダクタンス計を完全にワンチップに押さえられない理由は、PSoCで電圧電流変換回路を構成するのが難しいから(と、既にアナログブロックの余裕も無いから)だと思います。

(アナログブロックの数はおいておくとすると)PSoCでLED正弦波電流駆動にて、PSoCを用いた電圧電流変換回路自体は実現可能であることが分かっています。しかしながら、電圧電流変換回路は発振しやすい難しい回路でもあるようです。実際のインダクタンス計として利用するためには、さまざまな負荷条件で安定に動作することが必要となります。

関連エントリ




参考URL




付録


このエントリで使用したLTspiceのシミュレーション用ファイルを添付します。ファイル名末尾の".txt"を削除して、"_"を"."に変更すれば使えるはずです。(参考:ねがてぃぶろぐの付録)


参考文献/使用機器




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tag: LTspice PSoC OPアンプ 

PSoCマイコン入門書籍

改訂 はじめてのPSoCマイコンが発売されました。



これで、現状入手可能なPSoCマイコン関連書籍は、改訂 はじめてのPSoCマイコンこれならわかる!PSoCマイコン活用術PSoCマイコン・スタートアップ[PSoC基板&書き込み器付き]PSoCマイコン・トレーニング・キットの4種類となりました。



そこで、これらのPSoCマイコン関連書籍を初心者・入門者を対象とする観点からの個人的評価をまとめてみました。

最も気楽にはじめられるのは、PSoCマイコン・スタートアップ[PSoC基板&書き込み器付き]です。

最も標準的な入門書は、改定 はじめてのPSoCマイコンだと思われます。ただし、MiniProg(書き込み器)などは付属しないため、PSoCマイコン・スタートアップ[PSoC基板&書き込み器付き]などのMiniProgが付属するものとあわせて購入するのがよいかもしれません。


考えるポイント


解説書の比較をするにあたって、考慮したポイントは以下の3点です。

  • ツールの解説
  • 付属するもの
  • コストパフォーマンス


まず、ツールの解説に関して。
ここで、ツールと言っているものは、プログラミングを行う際のパソコン側のソフトウエア、具体的にいうとPSoC Designerのことです。
ツールの解説が丁寧であること自体も大切ですが、バージョンが新しいことも大切です。
また、PSoC Designerは、GUIベースでより簡単にプログラムができるSystem Level Designという方法と言語ベースでより複雑なプログラムができるChip Level Designという方法の2種類の開発手法が存在します。
日本においては、後者がメジャーな開発方法なので、解説書の多くはChip Level Designのみを解説しています。

次に、付属するものに関して。
新しいマイコンをはじめるときには、どうしても書き込み器や評価基板が必要です。
PSoCマイコン・スタートアップ[PSoC基板&書き込み器付き]PSoCマイコン・トレーニング・キットには、純正の書き込み器が付属します。

最後は、お値段。
まあ、現実的にはあまり選択肢が無いジャンルの本なので、考えても仕方ないかもしれませんが。

改訂 はじめてのPSoCマイコン


2010年6月現在で、一番新しい本です。よって、ツールへの対応状況も最新のはずです。Chip Level Designで開発をすることを前提にまとめられた標準的な構成をしています。ツールの使い方の解説から、応用的な製作例まで入門者から中級者以上までをカバーする内容です。
書籍中で解説したプロジェクトや開発環境が入ったCD-ROMが付属します。MiniProg(書き込み器)などは付属しません。



これならわかる!PSoCマイコン活用術


OHM社のPSoCマイコン入門書です。私は持っていませんが、目次を見る限り、基礎的なツールの使い方からページを割いて解説しているようです。特に、より単純なSystem Level Designとより高度なChip Level Designの両方に触れている点は、他の書籍には無い特徴です。改訂 はじめてのPSoCマイコンと比較すると、より入門者向けかもしれません。
MiniProgなどは付属しません。



PSoCマイコン・スタートアップ


MiniProg(書き込み器)と評価基板が付属します。
MiniProgを単体で購入しようとすると、例えば秋月電子通商では6,000円するため、4,000円のこの書籍を購入する方がお得になると言うコストパフォーマンスに優れた本です。ただし、ツールの解説は日本ではマイナーなSystem Level Designのみである点が注意が必要です。
また、内容の大きなウエイトを占めるのは、CapSense(タッチセンサなど)の使い方です。CapSenseを使いこなすのは、かなり難しいので、中級以上の人にとっても良書となると思います。



PSoCマイコン・トレーニング・キット


MiniProg(書き込み器)、ブレッドボードをはじめ、書籍で解説している回路を実際に組んで試すために必要なほぼ全てのものが付属しているキットです。
コンパイラが有償だった頃は、恐ろしいコストパフォーマンスを誇った本です。当時ほどではないにせよ、現在でも悪く無いコストパフォーマンスです。
ただし、解説しているツールのバージョンは古く、また、書籍の内容もデータシートを大きく超えるものではありません。一般的なマイコンに対する一通りの知識を持った人が、PSoCをはじめて触るときに向くキットです。マイコン工作自体が始めてという人には、改訂 はじめてのPSoCマイコンこれならわかる!PSoCマイコン活用術との併読が必要でしょう。




で、結局どれを買えばいいの?


PSoCを最小限の投資で始めることを考えるならば、PSoCマイコン・スタートアップ[PSoC基板&書き込み器付き]がよいと思います。

ただし、これだけでは解説書として貧弱なので、改訂 はじめてのPSoCマイコンまたは、これならわかる!PSoCマイコン活用術とあわせて読むのがスタンダードではないかと思います。この場合は、PSoCマイコン・スタートアップ[PSoC基板&書き込み器付き]は、MiniProgを安価に入手するための裏技のような扱いですね。

最初からみっちりやることを前提としているならば、PSoCマイコン・トレーニング・キット改訂 はじめてのPSoCマイコンの組み合わせを選ぶのもよいと思います。

関連エントリ




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tag: PSoC 

動かしながら理解するCPUの仕組み

ブルーバックスから、加藤ただしさんの新刊が出ていました。



内容的にはZ80のシミュレータを用いて、Windows上で挙動を調べると言ったもののようです。


内容紹介


パソコンの心臓「CPU」の仕組みを、知りたいと思いませんか?

パソコンの中心で実際に計算している部分をCPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)と言います。本書は付属の古典的CPU「Z80」のシミュレータソフト(「Z-Vision 付録版」)を使い、Windows画面上で実際にZ80に命令し、その動きを確認しながらCPUの仕組みと働きを理解することができます。

第1章 インストールの前に
第2章 シミュレータをインストールする
第3章 プログラムを入れてみる
第4章 シミュレータでCPUを見る
第5章 プログラムを走らせる
第6章 CPUのことばを探る
第7章 さまざまな命令語をためす


CPUの入門書


ついでなので、CPUの動作を解説した入門書で私が面白かったと思ったものを列挙します。

もっとも入門者向けであるのは、CPUの創りかたです。この本は、非常に多くの方が推薦されているとおり、とても分かりやすい本です。これもさんざん言われている言葉ではありますが、表紙絵のかわいらしさからは考えられないほど、電子工作な本です。

専門書の様相を呈してきますが、パターソン&ヘネシー コンピュータの構成と設計(上)(下)も定番です。といいつつ、私は(上)しか持っていないのですが。
CPUの創りかたを読んでみて、CPUやマイコンの回路構成に興味を持ったならば読んでみるのがいいと思います。





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tag: PIC PSoC 

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