沼津高専 電子制御工学科
MIRS0102エレクトロニクス詳細設計書
MIRS0102-ELEC-0001
改訂記録
版数 作成日 作成者 承認 改訂内容
A01 2002.5.23 マヨラン,田代、望月 マヨラン 初版

目次

  1. はじめに
  2. 概要
  3. 構成
    1. 概略ブロック図
    2. 電源系統図
  4. 機能性能
    1. 標準MIRS基板
  5. インターフェース
    1. CPUボードーFPGAボード
    2. FPGAボード−LCD
    3. FPGAボード−ドータボード
    4. ドータボード−ロータリエンコーダ
    5. ドータボード−タッチセンサ
    6. ドータボード−超音波センサ
    7. ドータボード−赤外線センサ
    8. ドータボード−Motor Power回路
    9. ドータボード−Power Distributor
    10. Power Distributor−CPUボード
    11. Power Distributor−Motor Power回路
    12. Power Distributor−バッテリー
    13. Motor Power回路−Motor
  6. 各部の詳細
    1. 標準MIRS基板
    2. MIRS0102で作る基板、回路
      1. FPGA内で構成する回路データ
        1. FPGA回路ブロック図
        2. 各ブロックの機能
        3. モジュール間インターフェイス
        4. ソフトウェアビジビリティ
      2. ドータボード
        1. 外形
        2. 詳細ブロック図
        3. タイミングチャート
        4. 主用部品
        5. 製造仕様書ツリー
  7. 消費電力
  8. 参考資料


1.はじめに

本ドキュメントは、MIRS0102エレクトロニクス部の各回路基板の製造仕様書の作成に必要な事項を述べる。

2.概要

MIRS0102のエレクトロニクス部は、主としてAT互換シングルボードコンピュータとISAバスに接続されるIO制御ボードおよびセンサ回路からなり、IO制御のための回路はそのほとんどがFPGAボード上のFPGAで実現される。

3.構成

  1. 概略ブロック図


    図1に概略ブロック図を示す。
    図1.概略ブロック図
    ブッロク図名:
    REロータリーエンコーダ MPCモータパワー制御ボード FDフラッシュディスク LCD液晶ディスプレイボード
    DBドーターボード USS超音波センサボード TENテンキー FPGAFPGAボード
    IRS赤外線ボード TS:TSタッチセンサ PD電源ボード Mモータ
    CPU:CPUボード

    各インターフェースについての詳細


    図2にFPGA内部回路のブロック図を示す。
    図2.FPGA内部回路ブロック図

    <各モジュールの詳細>
  2. 電源系統図


    図3に電源系統図を示す。
    図3.電源系統図



4.機能性能

  1. 標準MIRS基板
    以下の基板、ボードについては標準MIRS基板を使用する。標準MIRS基板の仕様についてはMIRSデータベース(DBMD)参照。

  2. IO制御ボード
    IO制御ボードはISAバスを経由してCPUからセンサおよ び回路の制御を行う機能を具備する。MIRS0102ではIO制御ボードをFPGA内に構成し た回路データとドータボードで構成する。



5.インターフェース

  1. CPUボード−FPGAボード

    • FPGA回路データのダウンロードをする。
    • MB-CABLE
    • 株式会社アリテック製

  2. FPGAボード−LCD


  3. FPGAボード−ドータボード


  4. ドータボード−ロータリエンコーダ
  5. ドータボード−タッチセンサ
  6. ドータボード−超音波センサ
  7. ドータボード−赤外線センサ
  8. ドータボード−Motor Power回路
  9. ドータボード−Power Distributor
  10. Power Distributor−CPUボード
  11. Power Distributor−Motor Power回路
  12. Power Distributor−バッテリー
  13. Motor Power回路−Motor


6.各部の詳細

  1. 標準MIRS基板

    • CPUボード仕様(現在作成中)
    • 可逆モータパワー変換ボード仕様
    • 赤外線センサボード取り扱い説明書
    • 超音波センサボード取り扱い説明書
    • 電源ボード(PD)取り扱い説明書
    MIRSデータベースDBMDを参照。
  2. MIRS0102が作成する基板、回路

    IO制御ボードはFPGA内に構成した回路データとドータボードで構成される。
    1. FPGAボード内に構成する各モジュールの回路データ


      図4.FPGA内回路ブロック図
      各ブロックの機能
      • 1. アドレスデコーダ : 16bitのアドレスデータからモジュールセレクタ信号を作り出し、AEN信号に合わせて各モジュールに出力する。また、各モジュールが16bitのデータ入出力を行えるように IOCS16 信号を制御する。
      • 2. 液晶ディスプレイ制御モジュール : CPUから送られてくる8bitの液晶ディスプレイボード制御信号の出力制御を行う。
      • 3. モータパワー制御モジュール : CPUから送られてくる速度データをPWM変換し、同じくCPUから送られてくる方向データと共に出力する。
      • 4. ロータリーエンコーダ制御モジュール : ドーターボードを通して送られてくるロータリーエンコーダのデータを用いて、方向データ、カウント値を出力する。
      • 5. 超音波センサ信号処理モジュール : CPUから超音波センサ選択信号を受けると、2bitの超音波センサ選択信号、超音波の送信信号となる幅0.4[ms]、周波数約40[kHz]のパルスと、回りこみ除去回路へのタイミングパルスである受信タイミング信号を出力する。又、超音波センサから受信信号を受けとると、割り込み信号を、割り込み信号のリセットを行うまでCPUへ出力し続ける。
      • 6. タッチセンサ、白線探知センサ、 パワーオン信号処理モジュール : 5bitのタッチセンサ信号、1bitの白線探知センサ信号、1bitのパワーオン信号を16bitのTP信号としてCPUに出力する。 上記の2種類の信号に変化が生じた時に、CPUから割り込みリセット信号が来るまでCPUに割り込み信号を出力する。
      • 7. 赤外線センサ信号処理モジュール : 赤外線センサにポストからの信号入力が入った時割り込み信号を出力し、要求があれば符号化された信号を12bitのパラレルデータとしてCPUに出力する。
      • 8. ダミーモジュール : ISAバスの信号の内、ATLMIRS用の各モジュールで使用しない信号をハイインピーダンスに接続する。


      モジュール間インターフェース
      1. ISA バス
        ISA バスのインターフェースについては ISA バスの仕様書、およびマイコンビルダーの仕様書を参照のこと。

      2. アドレスデコーダ
        Table.7_c_2 アドレスデコーダのインターフェース
        信号名
        I/O
        機能
        SA 0 to 15
        OUT
        16bit アドレスバス
        AEN
        IN
        アドレス開放
        IOCS16
        OUT
        16bit I/Oサイクルに 1 ウェイトで応答
        LCD_ADD
        OUT
        LCD_Mセレクタ信号
        MPC_ADD
        OUT
        MPC_Mセレクタ信号
        RE_ADD
        OUT
        RE_Mセレクタ信号
        USS_ADD
        OUT
        USS_Mセレクタ信号
        TIP_ADD
        OUT
        TP_Mセレクタ信号
        IRS_ADD0…3
        OUT
        IRS_M0…3セレクタ信号

      3. 液晶ディスプレイ制御モジュール
        Table.7_c_3 液晶ディスプレイ制御モジュールのインターフェース
        信号名
        I/O
        機能
        SD 0 to 15
        OUT
        16bit データバス
        IOR
        IN
        I/Oリード・ストローブ
        IOW
        IN
        I/Oライト・ストローブ
        RESET
        IN
        システム・リセット
        CLK
        IN
        システム・クロック 8MHz デューティ50%
        RS
        OUT
        レジスタ・セレクト
        R/W
        OUT
        リード・ライト
        E
        OUT
        イネーブル信号
        DB 0 to 7
        INOUT
        入出力データ

      4. モータパワー制御モジュール
        Table.7_c_4 モータパワー制御モジュールのインターフェース
        信号名
        I/O
        機能
        SD 0 to 15
        OUT
        16bit データバス
        IOR
        IN
        I/Oリード・ストローブ
        IOW
        IN
        I/Oライト・ストローブ
        RESET
        IN
        システム・リセット
        CLK
        IN
        システム・クロック 8MHz デューティ50%
        R_DIR
        OUT
        右方向信号。オープンコレクタ出力
        R_PWM
        OUT
        右PWM信号。オープンコレクタ出力
        L_DIR
        OUT
        左方向信号。オープンコレクタ出力
        L_PWM
        OUT
        左PWM信号。オープンコレクタ出力

      5. ロータリーエンコーダ制御モジュール
        Table.7_c_5 ロータリーエンコーダ制御モジュールのインターフェース
        信号名
        方 向
        対 象
        概 要
        RE_X
        IN
        アドレスデコーダ モジュールセレクタ信号(Xカウンタ選択用)
        RE_Y
        IN
        アドレスデコーダ モジュールセレクタ信号(Yカウンタ選択用)
        SD 0 to 15
        INOUT
        ISA-Bus 16bit データバス
        IOR
        IN
        ISA-Bus I/Oリード・ストローブ
        IOW
        IN
        ISA-Bus I/Oライト・ストローブ
        RESET
        IN
        ISA-Bus システム・リセット
        CLK
        IN
        ISA-Bus システム・クロック 8MHz デューティ50%
        X_A,X_B
        IN
        ドーターボード Xカウンタ用2相信号入力端子
        Y_A,Y_B
        IN
        ドーターボード Yカウンタ用2相信号入力端子

      6. 超音波センサ信号処理モジュール
        Table.7_c_6 超音波センサ信号処理モジュールのインターフェース
        信号名
        I/O
        機能
        SD 0 to 15
        OUT
        16bit データバス
        IOR
        IN
        I/Oリード・ストローブ
        IOW
        IN
        I/Oライト・ストローブ
        RESET
        IN
        システム・リセット
        CLK
        IN
        システム・クロック 8MHz デューティ50%
        IRQ3
        OUT
        割り込み要求。オープンコレクタ出力
        U0
        OUT
        送信信号
        U1
        IN
        受信信号
        UA,UB
        OUT
        超音波センサ選択信号
        UTIM
        OUT
        受信タイミング信号

      7. タッチセンサ、パワーボード信号処理モジュール
        Table.7_c_7 タッチセンサ、パワーボード信号処理モジュールのインターフェース
        信号名
        I/O
        機能
        SD 0 to 15
        OUT
        16bit データバス
        IOR
        IN
        I/Oリード・ストローブ
        IOW
        IN
        I/Oライト・ストローブ
        RESET
        IN
        システム・リセット
        CLK
        IN
        システム・クロック 8MHz デューティ50%
        IRQ6
        OUT
        割り込み要求。オープンコレクタ出力
        PO
        IN
        パワーオン信号
        TS 1 to 6
        IN
        タッチセンサ信号

      8. 赤外線センサ信号処理モジュール
        Table.7_c_8 赤外線センサ信号処理モジュールのインターフェース
        信号名
        I/O
        機能
        SD 0 to 15
        OUT
        16bit データバス
        IOR
        IN
        I/Oリード・ストローブ
        IOW
        IN
        I/Oライト・ストローブ
        RESET
        IN
        システム・リセット
        CLK
        IN
        システム・クロック 8MHz デューティ50%
        IRQ7
        OUT
        割り込み要求。オープンコレクタ出力
        IRS 0 to 3
        IN
        赤外線センサ信号

      ソフトウェアビジビリティ
      1. 液晶ディスプレイ制御モジュール
        Table.7_d_1_1 液晶ディスプレイ制御モジュールのソフトウェアビジビリティ
        アドレス
        D15
        D14
        D13
        D12
        D11
        D10
        D9
        D8
        D7
        D6
        D5
        D4
        D3
        D2
        D1
        D0
        R/W
        機能説明
        0100H
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        0
        0
        0
        0
        0
        0
        0
        1
        W
        表示画面をクリア後、アドレスカウンタにDD RAMの0番地をセットする。
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        0
        0
        0
        0
        0
        0
        1
        *
        W
        アドレスカウンタにDD RAMの0番地をセットする。
        シフトしていた表示も元に戻るが、この時DD RAMの内容は変化しない。
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        0
        0
        0
        0
        0
        1
        I/D
        S
        W
        データ書き込みおよびデータ読み出し時にカーソルの進む方向、
        表示をシフトするかどうかの設定を行う。
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        0
        0
        0
        0
        1
        D
        C
        B
        W
        全表示のON/OFF(D)、カーソルのON/OFF(C)、
        カーソル位置の文字のブリンク(B)をセットする。
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        0
        0
        0
        1
        S/C
        R/L
        *
        *
        W
        DD RAMの内容を変えずカーソルの移動、表示のシフト動作を行う。
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        0
        0
        1
        DL
        N
        F
        *
        *
        W
        インターフェース長(DL)、表示桁数(N)、文字フォント(F)を設定する。
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        0
        1
        Acc
        W
        CG RAMのアドレスをセットする。この後送受するのはDD RAMのデータ。
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        1
        Add
        W
        DD RAMのアドレスをセットする。この後送受するのはDD RAMのデータ。
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        BF
        AC
        R
        内部動作中を示すビジーフラグ(BF)およびアドレスカウンタの内容を読み出す。
        0102H
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        Write Data
        W
        DD RAMまたはCG RAMにデータを書き込む。
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        Read Data
        R
        DD RAMまたはCG RAMにデータを読み出す。

        * I/D ・・・ '1' : インクリメント '0' : デクリメント * S ・・・ '1' : 表示のシフトを行う '0' : 表示のシフトを行わない
        * S/C ・・・ '1' : 表示のシフト '0' : カーソルの移動 * R/L ・・・ '1' : 右シフト
        * DL ・・・ '1' : 8bit '0' : 4bit * N ・・・ '1' : 2行目 '0' : 1行目
        * F ・・・ '1' : 5 x 10ドット '0' : 5 x 7ドット * BF ・・・ '1' : 内部動作中 '0' : インストラクション受付可
        * DD RAM ・・・ 表示データRAM * CG RAM ・・・ キャラクタジェネレータRAM
        * Acc ・・・ CG RAMのアドレス * Add ・・・ DD RAMのアドレス、カーソル番地に対応する
        * AC ・・・ DD RAM、CG RAMの両方に用いるアドレスカウンタ
        * Writeデータ , Readデータ ・・・ 以下の文字コード表を参照

        Table.7_d_1_2 文字コード表

      2. モータパワー制御モジュール
        Table.7_d_2 モータパワー制御モジュールのソフトウェアビジビリティ
        アドレス
        D15
        D14
        D13
        D12
        D11
        D10
        D9
        D8
        D7
        D6
        D5
        D4
        D3
        D2
        D1
        D0
        R/W
        機能説明
        0110H
        * * * * * * * * L26 L25 L24 L23 L22 L21 L20 LD W
        方向データ、速度データから方向信号、PWM信号を生成する。
        * * * * * * * * L26 L25 L24 L23 L22 L21 L20 LD R バッファの内容を送る。(ラッチされているか確認するため)
        0112H
        * * * * * * * * R26 R25 R24 R23 R22 R21 R20 RD W 方向データ、速度データから方向信号、PWM信号を生成する。
        * * * * * * * * R26 R25 R24 R23 R22 R21 R20 RD R
        バッファの内容を送る。(ラッチされているか確認するため)

        * L2X ・・・ 左速度データ * R2X ・・・ 右速度データ
        * LD ・・・ '1' : 左タイヤ正転 '0' : 左タイヤ逆転 * RD ・・・ '1' : 右タイヤ正転 '0' : 右タイヤ逆転

      3. ロータリーエンコーダ制御モジュール
        Table.7_d_3 ロータリーエンコーダ制御モジュールのソフトウェアビジビリティ
        アドレス
        D15
        D14
        D13
        D12
        D11
        D10
        D9
        D8
        D7
        D6
        D5
        D4
        D3
        D2
        D1
        D0
        R/W
        機能説明
        0120H
        D115
        D114
        D113
        D112
        D111
        D110
        D19
        D18
        D17
        D16
        D15
        D14
        D13
        D12
        D11
        D10
        R
        ロータリーエンコーダのカウント値を読みこむ
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        1
        W
        ロータリーエンコーダ1のカウントデータのリセット
        0122H
        D215
        D214
        D213
        D212
        D211
        D210
        D29
        D28
        D27
        D26
        D25
        D24
        D23
        D22
        D21
        D20
        R
        ロータリーエンコーダのカウント値を読みこむ
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        1
        W
        ロータリーエンコーダ2のカウントデータのリセット

        * D2x,D3x ・・・ ロータリーエンコーダカウント値データ

      4. 超音波センサ信号処理モジュール
        Table.7_d_4 超音波センサ信号処理モジュールのソフトウェアビジビリティ
        アドレス
        D15
        D14
        D13
        D12
        D11
        D10
        D9
        D8
        D7
        D6
        D5
        D4
        D3
        D2
        D1
        D0
        R/W
        機能説明
        0130H
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        21
        20
        W
        D1,D0で選択したセンサに40μsecの間送信信号を送信する。
        0132H
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        M
        R
        W
        超音波センサモジュールの割り込み信号(IRQ3)のマスク、アンマスク、リセットを行う。

        * M ・・・ '1' : 割り込み信号のマスク '0' : 割り込み信号のアンマスク * R ・・・ '1' : 割り込み信号のリセット

      5. タッチセンサ、パワーオン信号処理モジュール
        Table.7_d_5 タッチセンサ、パワーオン信号処理モジュールのソフトウェアビジビリティ
        アドレス
        D15
        D14
        D13
        D12
        D11
        D10
        D9
        D8
        D7
        D6
        D5
        D4
        D3
        D2
        D1
        D0
        R/W
        機能説明
        140H
        PO
        '0'
        TS3
        TS2
        TS1
        TS0
        WLS3
        WLS2
        WLS1
        WLS0
        '0'
        '0'
        '0'
        '0'
        '0'
        '0'
        R
        POはパワーオン信号、WLSは白癬探知センサ、TS*はタッチセンサの状態をそれぞれ示す。
        0142H
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        M
        R
        W
        TIP_Mの割り込み信号(IRQ6)のマスク、アンマスク、リセットを行う。

        * PO , TS* ,WLS ・・・ '1' : ON '0' : OFF * M ・・・ '1' : 割り込み信号のマスク '0' : 割り込み信号のアンマスク
        * R ・・・ '1' : 割り込み信号のリセット

      6. 赤外線信号処理モジュール
        Table.7_d_5 赤外線信号処理モジュールのソフトウェアビジビリティ
        アドレス
        D15
        D14
        D13
        D12
        D11
        D10
        D9
        D8
        D7
        D6
        D5
        D4
        D3
        D2
        D1
        D0
        R/W
        機能説明
        150H
        IRS1
        IRS2
        IRS3
        F
        ID11
        ID10
        ID9
        ID8
        ID7
        ID6
        ID5
        ID4
        ID3
        ID2
        ID1
        ID0
        R
        赤外線センサIRS0の状態を示す。
        ID*は各ポスト特有の信号を示す。
        0152H
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *
        *

        R
        W
        IRS0のリセット、TIP_Mの割り込み信号(IRQ6)のマスク、アンマスク、リセットを行う。

        IRS *・・・'1' : ON '0' : OFF ID * ・・・IRS0の符号データ F : FLAG・・・'1'未読 F : FLAG・・・'0'既読


    2. ドータボード
      1. 外形
        図5.ドータボード外形図
        標準MIRSのドータボードの基板をそのまま使用するが、実装するコネクタの数は赤外線センサ4つ、超音波センサ3つ、タッチセンサ5つに合わせて減らす。よって、製造仕様書などはATLMMIRSのものを参照する。


        7.消費電力

        エレクトロニクス部:
        Model Spec 消費電力
        CPUボード AT-461VREP単一3.5(A)
        フラッシュメモリPQI/DiskOnMeodule 65(mA)
        各ボード
        不明

        合計ピーク時電流3565+α(mA)
        このとき、電源が4[A]であるため、全体として4[A]以下に抑えるよう各ボードを作成する。

        Motor関係
        回路系最大消費電流:4[A]
        モーター駆動部分・・・1500×2=3000[mA](最大連続電流時)
        13400×2=26800[mA](起動時)
        1076[mA](最大効率時)

        関連文書