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モータ制御学習キット e-nuvo BASIC
電子部品から、H8組込みプログラミングまで モータ制御 学習キット e-nuvo イ ー ヌ ー ボ ー BASIC Ver. 1.1 電子回路 組込み プログラミング HDL ハードウェア 記述言語 CPLD拡張基板 H8 CPU CPLD（FPGA） HDL学習パッケージ（オプション） 抵抗・トランジスタ 電子部品の基本から 抵抗値の読み方、半固定抵抗の特性、トランジ スタのスイッチング作用、LEDなど、電子部品の 特性を、実験を通して、ひとつひとつ確認する基 礎カリキュラム。 ブレッドボードを使った基本回路演習 回路演習の基本は、ブレッドボード上で回路を組 む実践から。プリント基板だけでは、単なる半田 付け演習になりがちです。簡単な回路はブレッド ボードで、発展的な回路は専用基板で。 回路図を理解し、基板パターンを追う Hブリッジは、FET 4つを文字通りH字型に配置。 回路図からパターンを追いかけることで、回路と 実装を関連付けます。半田付けキットですが、あ くまで、その後の繰り返し演習がポイントです。 H8 CPUを用いたプログラミング演習に 組込みプログラミングには、ソフトだけでなく、 ハードに関する基礎知識が必要です。一般的な H8マイコンを用いて、ブレッドボードで実験した LEDを操作する。基礎からの演習に最適です。 モータ制御カリキュラム 別冊教科書 車輪型も二足歩行ロボットも、モータ制御部は全 く同じ。 C言語によるDCモータの制御は、メカト ロニクスの基本中の基本です。A/D変換、割込 み処理、エンコーダ、PWM、そしてPID制御まで。 業界標準の開発環境を無償利用可能 H8マイコンのルネサステクノロジが提供する統 合開発環境HEWは、プロの組込みエンジニアも 利用する業界標準のプログラミング環境です。実 習授業でも、将来、実際に使えるツールを。 アルテラ製MAX II CPLD搭載 ソフトウェアが得意な領域は、H8マイコンで。 ハードウェアが得意な領域は、CPLD（FPGA）で。 産業界で広く使われているアルテラ製CPLDを用 いて、ハードウェア設計の基本を学習します。 新開発！オリジナルCPLD拡張基板 e-nuvo BASICにスタックするCPLD拡張基板を 新開発。CPLDを用いて、ハードウェアでモータ 制御（H-Bridge制御、角度センサA/D変換等）が できるだけでなく、H8 CPUとの通信も可能です。 HDLを用いた回路設計 別冊教科書 AND・ORの論理演算から、デコーダ、セレクタ、 フリップフロップと、基礎を順を追って学習します。 後半は、カウンタ、ステートマシン、信号処理など、 最終的にはフィードバック制御を目標とします。 ©2009 ZMP INC. All Rights Reserved. 5 ■ モータ制御学習キット e-nuvo BASIC の基本構成 e-nuvo BASIC 基本パッケージ 汎用CPU基板 ブレッドボード H8/Tiny CPU ルネサス テクノロジ製 E8エミュレータ 接続ポート （デバッグ用） シリアルポート ・FW書込み ・ログ書出し e-nuvo WHEELと共通のCPU基板。 汎用なので、取り外して好きな実験に も活用できます。 電子部品の基本は、ブレッドボード上 で、自ら配線することから。ポテンショ メータの特性や、LEDの極性など。 外部入出力ポート 統合開発環境HEW 開発環境として、ルネサステクノロジの 統合開発環境HEWをサポート。E8エ ミュレータによるデバッグにも対応。 H8 CPU、及びCPLDの空きポートを、 外部入出力ポートとして、公開してい ます。ジャンプワイヤで接続します。 （HEW、E8エミュレータは含まれません） HDL学習パッケージ （オプション） Hブリッジ回路 センサ基板（オプション） CPLD アルテラ製 MAX II ジャイロセンサ 村田製作所製 ENC-03 簡易実験用の スイッチやLED 2種類の角度センサ 実験用入出力ポート （スイッチ、LED） ポテンショメータ （半固定抵抗） エンコーダ 加速度センサ Analog Devices 製ADXL322 CPLDを活用することで、HDL（ハード ウェア記述言語）を用いたハードウェア 設計についても、実験できます。 ジャイロセンサや、加速度センサを活 用した発展的な実験も可能です。 4つのFETスイッチをH型に配置した、 最もわかりやすいHブリッジ回路です。 電流測定の為のシャント抵抗も搭載。 アナログ「ポテンショメータ＋A/D変換」 CPUディジタル入出力の基礎実験用 と、ディジタル「エンコーダ＋パルスカウ に、Push SW（×1）、Dip SW（×3）、 ンタ」の基本を、実験を通して学びます。 LED（×8）等を備えています。 ■ e-nuvo BASIC 学習カリキュラムシリーズ （ソフトウェア学習カリキュラム） 組み込みプログラミングの基礎① ∼モータ制御基礎編∼ （ハードウェア学習カリキュラム） 組み込みプログラミングの基礎② ∼PID制御実装編∼ (1) 電子部品の基礎 (2) 組み込みプログラミング ・開発環境の構築 ・ポートの入出力（SW，LED） ・割り込み処理（エンコーダ） ・PWM生成（モータ駆動） ・角度制御（ON/OFF制御） (1) 組み込みプログラミング ・タイマー ・シリアル通信（送受信） ・バッファを用いたシリアル通信 (2) PID制御の実装 ・PID制御（浮動小数点演算） ・PID制御のチューニング 組み込みプログラミングの基礎③ ∼PID制御器の設計と実習∼ (1) フィルタの実装 ・一次遅れフィルタ (2) PID制御の実装と設計 ・モデルベース制御 ・電流フィードバックの実装 （整数演算を用いたPID制御） ・PID制御のチューニング Verilog HDLを用いた回路設計 ∼HDL基礎編∼ (1) CPLD開発環境 (2) HDL基礎編, 実践編 ・デコーダ、セレクタ ・Dラッチ，フリップフロップ ・フルアダー ・カウンタ、ダイナミック点灯 ・ステートマシン、時計、電卓 ■ 実習カリキュラム教本 総監修： 水川 真（みずかわ まこと） 1975年早稲田大学大学院理工学研究科修士課程機械工学専攻修了、1987年工学博士（早稲田大学）。1975年から2000年まで日本電信電話公社（NTT）に勤 務。この間（1981∼82年）、米コロンビア大学客員研究員。1988年からNTT新分野事業推進部担当部長、1992年から同社ヒューマンインタフェース研究所知能ロ ボット研究部主幹研究員・研究グループリーダー。2000年から芝浦工業大学工学部電気工学科教授。その後、大学院工学研究科修士課程、博士課程の教授を 兼ねる。2009年より工学部長就任。日本機械学会フェロー。世界初の人間型ロボット「WABOT」を皮切りに、数多くののロボット研究・開発に従事。日本ロボット学 会理事、日本機械学会ロボティクスメカトロニクス部門部門長、計測自動制御学会常務理事、同制御部門部門長およびシステムインテグレーション部門部門長な どを歴任。 ■ モータ制御学習キット e-nuvo BASIC の主な仕様 モータ制御学習キットe-nuvo BASIC ver.1.1 （イーヌーボー・ベーシック） 商品名 ZMPオリジナル汎用CPU基板（×1） ・ルネサステクノロジ製H8 Tiny （HD64F3687FP） CPU CPLD （オプション） ZMPオリジナル汎用CPLD基板（×1） ・アルテラ製MAX II EPM240T100C5 アクチュエータ マブチ製DCモータ RE-280RA センサ 角度センサ ・エンコーダ 分解能4[pulse/rev] （基本/2逓倍/4逓倍） ・ポテンショメータ（半固定抵抗5kΩ ） 電流センサ シャント抵抗 0.22Ω 姿勢センサ （オプション） 加速度センサ （オプション） 付属品 PCインタフェース 電源 ZMPセンサ ACアダプタ（オプション） 推奨開発環境 統合開発環境 ■ e-nuvo WHEELへの発展 e-nuvo BASICで学習した組み込みプ ログラミングの技術を応用して倒立二 輪ロボットe-nuvo WHEELの制御が可 能になります。さらなる発展学習として ご活用ください。同じH8マイコンと同じ CPLDを採用していますので、開発環 境が同じであることによる教育効果が 期待できます。 製造元： ブレッドボード、ジャンプワイヤ、ワニグチクリップ、CPU書込み用ハー ネス、その他予備部品 株式会社ゼットエムピー 〒112-0002 東京都文京区小石川5-41-10 住友不動産小石川ビル6F TEL: 03-5802-6901 FAX: 03-5802-6908 URL: http://www.zmp.co.jp E-Mail: [email protected] RS-232C （フラッシュ書込み用） 販売代理店： ZMPオリジナルジャイロセンサ基板（×1） ・ジャイロセンサ：村田製作所製ENC-03RC×1 ZMPオリジナル加速度センサ基板（×1） ・加速度センサ：ANALOG DEVICES製ADXL322JCP 制御用 CPU5[v]、CPLD3.3[v] （1.2[v]充電池×3を昇圧） モータ用 3.6[v] （1.2[v]充電池×3を直接入力） 3.3[v]、 2[A] ルネサステクノロジ製HEW（High-performance Embedded Workshop） フラッシュ書込みツール ルネサステクノロジ製FDT（Flash Development Toolkit） ※ 予告なく内容を変更する場合がありますので、ご了承ください。 ©2009 ZMP INC. All Rights Reserved. 6