PWM

従来の面倒なやり方

今まではマイコンを使っていました。
毎回ソースを書き、コンパイル、焼き込んで、実験と、手間が多かった。
今回Raspberry PI ZEROを手に入れたので、簡単にPWM信号を出す事が出来る。
また、コマンドラインから直接制御出来るツールがあると言う。
今回はこれを使ってコマンドラインだけでPWMを操作する。

Raspberry PIのGPIO関係ツール

ラズパイにはGPIOと言われる40ピンのコネクタがある。
Raspberry Pi GPIO Pinout
電源ライン(+5V/+3.3V/GND)の他に、汎用I/Oポートがあり、一部機能割当てがある。
この割当が飛び飛びで覚えるのが難しい…。
尚、機能は
・PWM(0が２つ？逆相？と１)
・I2C(２組)
・SPI(２組)
・UART(１組)
の４つがある事を確認した。
但し、機能が回路化されているのは下３つだけなのか？
PWMは飽くまでも汎用I/Oの範疇とみなされている気がする。
同じような扱いにGCLKというのが０〜２まである。
クロックジェネレータなのか？今はまだ勉強不足です。

制御ソフト導入

gpioと言うコマンドがあるらしいが、標準では導入されて居なかった。
そこで調べ、参考資料を得た。
Raspberry-PiにおけるGPIO関係ツールのインストール方法 – Раздан-3
gitしてビルドする感じ。gitも入ってません。(；´Д｀)
ビルドは大丈夫だろうか？まずはgitを導入
sudo apt install -y git
git clone git://git.drogon.net/wiringPi
cd wiringPi
./build

~/RaspberryPI $ gpio -v
gpio version: 2.50
Copyright (c) 2012-2018 Gordon Henderson
This is free software with ABSOLUTELY NO WARRANTY.
For details type: gpio -warranty

Raspberry Pi Details:
Type: Pi Zero-W, Revision: 01, Memory: 512MB, Maker: Sony
* Device tree is enabled.
*--> Raspberry Pi Zero W Rev 1.1
* This Raspberry Pi supports user-level GPIO access.
ここまでOK。

ロジアナ

ロジアナは以前記事にした中華ロジアナです。
中華ロジアナを買った - Qiita
USBを接続するだけで、認識も問題なく、最近の中華は良く動きます。(笑)
変な爆弾がなければ最高ですね。(；´∀｀)

ソフトウェア

定番sigrokのPulseViewを使います。
sigrok

実験

実験風景

PWMの出力をロジアナのD0線で監視する…予定。

PWM出力

gpioコマンドを使ってwPI番号１をPWM動作させる。
※gpioコマンドではwPI番号を使う)
また、ラズパイのPWMは基本クロックが19.2MHzであり、
・基本周波数を決める分周カウンタを設定。(pwmr)
・１ピリオドを決める分周カウンタを設定。(pwmr)
・デューティーを設定する。(pwm)
今回は19.2MHzを２分周して9.6MHzとし、
基本周波数は9.6MHzを96分周した0.1MHz(100KHz)とした。
またこの場合、デューティーは０(0%)〜96(100%)が指定できる。
最初は24(25%)を指定した。
gpio mode 1 pwm
gpio pwm-ms
gpio pwmc 2
gpio pwmr 96
gpio pwm 24
この辺の話しは下記を参考にさせて貰った。貴重な情報ありがたい。
くたじんの鎌倉生活 RaspberryPiのPWM制御、周波数とデューティー比について
※ただこの方、基本クロック19.2MHzを２分周して9.1MHzと書かれた。
※typoか計算間違えか、9.6MHzなのだが、おや？と思いつつも知らぬ我が身、少し混乱してしまった。

sigrokの画面

正しく25%比の波形が出ている様に見える…がこれでは良く分からない。
そんな時はこの黄と緑のアイコンをクリック。プルダウンからPWMを選ぼう。
※その他にも多数の解析が出来る。これはなかなか良いツールかも知れない。

すると新しくPWMの線が追加される。PWMの所をクリックすると、この線に対して設定できる。

D0線を指定して、色は紫にしてみた。

しかし、数値がおかしい、随分25%からかけ離れている？
PWMの割合を48(50%)にしても好転しない…やはり中華か？
実はこれは解像度の問題。サンプリング用レンジとサンプリング周波数を引き上げると…

正しく48(50%)比が出る。
サンプル量は記録するメモリにも影響する。
あまり大きくすると、計測終了時に負荷が大きくなる事があり、たまにソフトの反応が消える。。。
概ね10Msamplesを目処に使っているが、PCの性能との兼ね合いだろう。
今回のPWMは基本周波数が100KHzなので、最低でもサンプリング周波数は10倍は欲しい。
細かく見たい時は80倍、8MHzもあればかなり細かく観測できる。
また、範囲の詳細を見たい場合は、このボタンを押すと、

範囲を指定して、詳細を見る事も出来る。またカーソル位置にマウスオーバーするとタイミングの委細も表示する。

10Mサンプリングレンジ・8MHzサンプリングならば、この通り、綺麗にPWM波形が観測できる。
デューティを1にしてみた。
ここまで来ると、サンプリング周波数を最大にあげてもオンタイム３回の計測しか出来ない。そろそろ限界だ。

しかしなかなか使えると思う。
もう少し低い周波数(PWMの基準周波数を10〜25KHz位)に落とせば結構な精度ではないだろうか？