Ｎ　Ｎゲージ列車のデジタル運転（1）　　〜PWMパワーパック

ｂｙ　ｆｊｋ

　鉄道模型では列車の走行をパワーパックを使って制御している。昔はアナログ12Vの電圧を制御していたが、最近は電圧を12Vと一定でデジタルパルスの幅を制御するPWM制御がよく使われている。そこで、PICのパルス発生機能を使って列車の走行を制御するパワーパックを作ってみる。
　PICのパルス発生方法は、全てプログラムで作成する手法が簡単だが、正確な波形を作るのは難しい。そこで。ハードウェアとしてPICに内蔵しているCIP（周辺モジュール）を使うのが一般的である。PICにはそのためのモジュールとして�@CCP、�AECCP、�BPWM、�C16bit-PWM、�DCWG、�ECOG、�FNCOなど（詳細は後述の「おまけ」を参考）がある。

1．パワーパック回路図と試作電子回路

PICは16F18325で2チャンネルのCCP(PWM)、列車のDCモーターには12V1A程度の電源が必要なので、大電流に耐えうるモータードライバー（TB6643Q）を用いた（12V2A_ACアダプタ利用）。

パワーパック回路	ブレッドボードで試作

2．MCCによる環境設定

MCCで以下のモジュールを準備しGenarate
●システムクロック：HFINTOSC、32MHz

●ADC：（CoversionTime = 23uS、割込有り)

●TMR2：（Time Period = 32uS)

●PinModule：(SW_A2、AN_A4、LED_A5、WPU無し)

●PWM5、PWM6：（SelectTimer = Timer2）

3．制御プログラム

　LEDの明るさ制御と異なり、列車の運転中に電流が流れている状態で方向転換すると、トラブルの元になるので、方向転換スイッチが変わったら、速度ボリュームが0Vになるまでパルス出力を停止し、赤色LEDを点灯している。その後、速度ボリュームが0Vで赤色LEDは消灯し、再びパルス出力が可能となる。すなわち、パルス発生（運転）中に進行方向のスイッチを切り替える（またはリセットスイッチを押す）と緊急停止となる。
　変数"aVal"はデバッグ用にグローバル変数としたが、main関数内に記述しても良い。
　速度ボリュームを回して0Vから電圧を上げてゆくと、PWMのパルス幅が広がり、12VのPWMパルスが出力され、列車が走行した。緑または黄LEDも点灯するので、出力を確認できる。
　が・・・、＝＝＞続く。（5/27追加）
　

main.c

#include "mcc_generated_files/mcc.h" uint16_t aVal; void stop_wait_Vr_Zero(void){ LED_A5_SetHigh(); PWM5_LoadDutyValue(0); PWM6_LoadDutyValue(0); do{ }while(ADC_GetConversion(AN_A4) > 0); LED_A5_SetLow(); } void main(void) { SYSTEM_Initialize(); INTERRUPT_GlobalInterruptEnable(); INTERRUPT_PeripheralInterruptEnable(); uint8_t drc; uint8_t d_sw; drc = SW_A2_PORT; stop_wait_Vr_Zero(); while (1) { d_sw = SW_A2_PORT; if(d_sw != drc){ stop_wait_Vr_Zero(); drc = d_sw; } aVal = ADC_GetConversion(AN_A4); if(drc == 0){ PWM5_LoadDutyValue(aVal); PWM6_LoadDutyValue(0); }else{ PWM5_LoadDutyValue(0); PWM6_LoadDutyValue(aVal); } } }

PWM波形例(10〜50%) （上：PWM5、下：PWM6）	R103で列車の走行テスト (車両はBトレインshorty）

※本レポートの参考・利用は、あくまでも自己責任でお願いします。

〜〜〜〜＜おまけ（PICのCIP)＞〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜
　PICマイコンでコアから独立した周辺モジュール(CIP)はハードウェアで構成される周辺モジュールで、クロック速度、消費電力、ソフトウェアの複雑さを低く抑え、応答時間を短縮しながら、8ビットアプリケーションの性能を向上できる（PICがスリープ中でも信号の出力・処理が可能）。
　パルス発生に関係する主なモジュールは、

�@ CCP(Caputer/Compare/PWM）

16ビットのカウンタで構成され、パルスのカウント、カウンタの比較、パルス幅変調（PWM)の3機能がある。ただし、PWMは最大8＋2の10ビットで動作。

�A ECCP（Enhanced CCP）

CCP機能のPWMモードを強化したもので、単純なパルス矩形波のみならず相補出力信号出力（デッドタイム設定、シャットダウン機能付き）を追加したもの。

�B PWM（Pulse Width Modulation）

CCP機能からPWM機能だけを分離したもの

�C 16bit-PWM

PWM波形の位相や同期の設定、センターアラインなどの機能が追加されている。

�D CWG (相補波形ジェネレータ、Complementary Waveform Generator)

ECCP機能から（1つの入力信号からの）相補出力信号部分を分離したもので、ハーフブリッジ、フルブリッジ、およびステアリングのPWM波形を生成する。ECCP機能との下位互換性がある。

�E COG　(相補出力ジェネレータ、Complementary Output Generator）

CWGより高度な相補波形モジュレータで、イベントドリブン方式で信号を生成。

�F NCO （数値制御オシレータ、Numerically Controlled Oscillator）

20ビット幅のアキュームレータと加算機からなり、固定デューティモード（FDG)および周波数パルスモード（PF)の2種類のパルス波形を生成。

�G COMP （アナログコンパレータ、Comparator:）　（シャットダウン用電圧の比較など）

内部や外部からの入力される2つのアナログ電圧を比較しH又はLを出力。

�H FVR　（定電圧リファレンス、Voltage Reference:）

1.024Vの定電圧電源があり、この1，2、4倍の電圧をPIC（DACやCOMPなど）に供給できる。

�I DAC（Digital-to-Analog Converter）

5/8/10ビットのデジタルアナログ変換器。（FVRと一緒に用いて任意の基準電圧を作成）

�J ADC（Analog-to-Digital Converter）

10/12ビットのアナログデジタル変換器　（アナログVR入力でパルス幅の制御）

�K CLC（Configurable Logic Cell）

プログラム可能なロジック回路をPICに内蔵したもの。

�L PPS（Peripheral Pin Select）

PIC内部の機能を柔軟にピンに割り当てる機能。

−−−−　クロック発生用　（参考）−−−

・TMR0（Timer）

基本的な16ビットタイマー。カウントアップのみ。

・TMR1,3,・・

ゲート付きの16ビットカウンタ

・TMR2,4,・・　　（パルス発生用ベースクロックに用いる）

プリセット・リセット機能付き8ビットカウンタ

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キャンピングカー構造要件の変更 PWMパワーパック おまけ（PICのCIP)

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