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SoftOscillo2でPWM波形観測

作成したライントレースーカーは直流回路であり、テスターさえあれば、期待通りの電圧や電流になっているかは確認できます。しかし、モーター制御用のPWMだけは本当に設定通りのパルス波形になっているのかが分かりませんでした。自作オシロスコープはまだ完成していませんが、簡易な自作ケーブルとSoftOscillo2というソフトで波形を見ることができます。これを使ってライントレースカーのPWM波形を調べたので、紹介します。

SoftOscillo2

トランジスタ技術の2007年4月号や8月号に、SoftOscillo2というパソコンのサウンド入力を使用したオシロスコープソフトが付いています。下図のように、オーディオのライン入力(LEFTとRIGHT)を使用して、二つの波形を同時に見ることができます。サウンド入力ですので、40~48KHzぐらいまでのサンプリングが可能です。波形だけでなく、FFTの機能もあるので、バンドパスフィルタの効果なども確認できます。気になる点は、直流成分がカットされるため、直流電圧だと0Vなのかそれなりの電圧が出ているのかを区別できないことぐらいです。トランジスタ技術を買わなくても、似たようなソフトとしてハンディオシロスコープというフリーのソフトウェアもあります。

当然、ソフトウェアだけでは測定できないので、プローブが必要です。オシロスコープ用のいいプローブを利用するのはもったいないので、ステレオミニジャックのケーブルとテストクリップ(引っ掛けるタイプのクリップ)で安っぽいプローブもどきを作りました。このケーブルをPCのライン入力に繋げば上のような波形を見ることができます。

余談ですが、このケーブルを作成している際、黒のクリップがポロンと取れてしまいました。恐らく何かに引っかかりケーブルを強く引っ張ったせいだと思います。クリップの中を分解し、もともと付いていた半田や切れた線を取り除いて、また半田付けするのは結構面倒くさいです。クリップは引っ掛かると簡単に壊れるみたいなので、外すときは気をつけた方がいいと思いました。

前回の実験では、PC側サウンドボードの音量、録音レベルの設定がよくなかったようで、少し波形がおかしかったようです。PWM出力は5Vであり、特に録音コントロールのライン入力レベルを下図のようにかなり小さくすることで正しい波形が出力されるようになりました。

以前は、デューティ比が大きい程、パルス幅が小さくなるみたいな変な現象が出ていましたが、上のようにサウンドボードの再生・録音レベルを再度調整しなおしたら、デューティ比が大きい程、パルス幅も大きくなり、期待通りの結果になりました。そのため、SoftOscillo2の図を全面的に差し替えました。

ライントレースカーのPWM波形

早速、ライントレースカーのモーター速度を制御しているPWMの波形を見ることにしました。クリップは左右のモーターIC(TA7291P)のIN1端子(正回転の端子)に付けて観測しました。赤が右モータ、青が左モーターになります。黒はアースです。ライントレースカーを走行させると計測がやりにくいので、モーターの電池は外しました。

PWMの周期は2msecで、デューティ比50%時の波形は次のようになっていました。横軸(時間軸)の目盛りは1msecです。出力はNチャンネル・オープン・ドレインなので、少し自信がなかったのですが、期待通りの波形になっています。

FFTで周波数を見ても、500Hzをメインとする周波数分布になっています。

ついでに、トランジスタ技術9月号の付録基板で、dsPIC30FのPWM波形も観測しました。赤と黒のクリップはアースに、青クリップはdsPIC30FのOC2端子(OUTPUT COMPARE端子)に接続しています。

表示される波形は次のようになりました。ライントレースカー同様、周期2msec、デューティ比50%です。こちらも期待通りの波形になっています。

前回の実験では、サウンドボードの音量・録音レベルの設定がよくなく、PWM波形が反転したようになっていましたが、上で述べたように再度設定しなおしました。ライントレースカーで左カーブするような場合、右のモーターを速くし、左のモーターを遅くします。右をデューティ比80%(下図で赤の波形)、左をデューティ比30%(下図で青の波形)にしたところ、次のような波形となりました。いい感じの波形になっています。


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