MIRS9901 ロータリエンコーダボード取扱い説明書

沼津高専電子制御工学科

ロータリエンコーダボード取扱い説明書
MIRS9901-ELEC-2011

改訂記録

版数

作成日

作成者

承認

改訂内容

A01

2001.2.2

岩田

菅谷

初版

ロータリーエンコーダの信号処理であるカウント機能
カウンタのリセット機能
タッチセンサによるスイッチ割り込み機能
割り込みサイクルに必要になる割り込みVector発生機能
ソフトウェアによる割り込みマスク機能
初期化機能

２　回路構成

　ロータリーエンコーダボードは、大別してロータリーエンコーダ信号処理回路とタッチセンサ信号処理回路、そしてVIPC310とのインターフェイスのための制御回路からなる。以下にその詳細を示す。

①ロータリーエンコーダ信号処理回路: 　ロータリーエンコーダ信号処理回路は、ロータリーエンコーダの２相の信号からロータリーエンコーダの回転数と回転方向を測定し、CPUの命令にしたがってデータの出力をおこなう。
　回路はロータリーエンコーダ接続回路とカウンタ回路、カウンタリセット回路から成る。
　ロータリーエンコーダ接続回路はロータリーエンコーダの出力波形が論理回路の"H"、"L"レベルを満足するような振幅を設定するためのものである。
　カウンタ回路は、ロータリーエンコーダの信号をカウントし、２相の信号の位相差から回転方向を判断する。これには、マウス制御用カウンタＩＣ（μＰＤ４７０１）を使用した。このＩＣは、カウンタと方向判別回路の両方の回路を備えていて、ロータリーエンコーダが２つつけられる。またマウスのボタン入力ピンをタッチセンサに応用できるためとても都合がよい。
　カウンタリセット回路は、カウンタのリセット信号を発生させる回路である。μＰＤ４７０１Ａの２つのカウンタは独立にリセット機能を持つため、回路も２つのカウンタを別々にリセットできるようにした。
②タッチセンサ信号処理回路: 　タッチセンサ信号処理回路は、タッチセンサの信号からスイッチ割り込みの割り込み要求をおこなう。回路は、タッチセンサのチャタリング防止回路と割り込み信号発生回路、タッチセンサステータス出力回路、割り込みVECTOR発生回路から成る。
　タッチセンサの信号処理にも、μＰＤ４７０１Ａを利用する。タッチセンサはＲＳフリップフロップを用いてチャタリングを除去し、その信号をμＰＤ４７０１Ａに取り込む。そして、μＰＤ４７０１Ａの持つスイッチフラグ信号を利用して割り込み信号発信回路で割り込みを発生させる。タッチセンサの状態は、μＰＤ４７０１Ａのカウント値とまとめて出力されるため、別にタッチセンサステータス出力回路を設計する必要はない。
　割り込みVECTOR発生回路は、割り込みサイクル時にVIPC310-IP間のデータバス(Internal Data Bus)に８ビットの割り込みVECTORを載せる回路である。IPからのデータバスには通常μＰＤ４７０１Ａの出力データが載せられているため、バス上にμＰＤ４７０１Ａの出力データと割り込みVECTORが同時に載るようなことのないよう、３ステートのバッファを用いて割り込みVECTORの出力を制御する。割り込みVECTORの設定は、８ビットディップスイッチによっておこなう。IPをVIPC310に搭載したまま割り込みVECTORの設定を行えるよう、ディップスイッチは横向きのものを使用した。
③インタフェイス仕様と制御回路: 　制御回路は、CPUからの命令の解読とVIPC310とのI/Oのタイミングの制御の役目を持つ。
　ここで、VIPC310とIPとのインターフェイス仕様のうちで特にロータリーエンコーダボードの設計に重要なものを示す。
　IPが可能なデータ入出力のサイクルには、表１に示した８種類がある。それぞれのサイクルは４つのセレクト信号(IOSel*,MemSel*,IntSel*,IDSel*)とR/W*、DMAck*により決定される。
　すべてのサイクルで４つのセレクトサイクルのうちの１つだけactiveになる。１つのサイクルは、セレクト信号がactiveになってからIPがAck*を返すまでである。
　図１に、最短の場合のInput、Outputサイクルのタイミングチャートを示す。
　また、図２にタイミングの規定を示す。なお、図２中のIP CarrierはVIPC310である。
　制御回路は以下のような仕様を満たすように設計しなければならない。
　制御回路では、セレクト信号、アドレス、データなどをデコードしてCPUからの命令を解読し、CLKと同期をとり、ロータリーエンコーダ信号処理回路やタッチセンサ信号処理回路に必要な信号を送ったり、命令に応じたデータをCPU側に返したりする。IPの大きさを考慮して、回路をPLDで作成する。
　次にこれらの回路の詳細を述べる。

カウンタ部
　カウンタ部では、ロータリー縁コーダの信号処理を行う。縁コーダ用カウンタＩＣμＰＤ４７０１Ａ（以後カウンタＩＣと呼ぶ：ＮＥＣ）を用いて、ロータリーエンコーダの回転数をカウントする。この時、ロータリーエンコーダの信号がカウンタＩＣのスレッショルドレベルを満たすように抵抗値（Ｒ１からＲ６）を設定する。この値は使用するロータリーエンコーダによって変わる。

スイッチ部
　カウンタ部に用いたカウンタＩＣで、タッチセンサの信号処理も行う。タッチセンサには、チャッタレススイッチを用いる。チャタリング除去回路にはＲＳフリップフロップを用い、74LS279で作成する。カウンタＩＣによりタッチセンサの状態を読み取り、スイッチフラグ（以後SF*）を発生させる。なお、このSF*を制御回路に取り込んで割り込み信号を発生させる。

制御回路
　制御回路部では、I/Oボードとのインターフェイスを行う。その役目は、CPUからの命令解読とタイミングの制御、割り込み信号の発生、バスリセット時にはカウンタをリセットし、タッチセンサの割り込みを禁止する。回路の小型化のために、PLD（16V8）２個を用いて作成する。

割り込みVECTOR発生回路
　割り込み時のVECTORはロータリーエンコーダのカウント値を出力するのと同じデータバスに載せるので、カウント値と割り込みVECTORの出力の切り替えに３ステートバッファを用いる。回路はを74LS244を用いて作成する。割り込みVECTORの設定用に８ビットのディップスイッチを用いる。スイッチはロータリーエンコーダボードをI/Oボードに搭載したままでも操作できるように横向きのディップスイッチA6DR-8を用いる。

３．インターフェース

Ｉ／Ｏ　Ｓｕｂボードのインターフェイスをここに示す。

Ｊ３（Ｉ／Ｏボードへ）

No.	ピン名称	方向	内容	No.	ピン名称	方向	内容
1	GND	-	ＧＮＤ	26	GND	-	ＧＮＤ
2	CLK	IN	クロック(8MHz)	27	Vcc	IN	+5V
3	BRESET*	IN	CPUリセット信号	28	PWR*	IN	Read,Write Select
4	D00	-	データ0ビット	29	IDA*	IN	ID PROM Select
5	D01	-	データ1ビット	30	H1	IN	high level入力
6	D02	-	データ2ビット	31	MEMSELA*	IN	Memory R,W Cycle信号
7	D03	-	データ3ビット	32	H2	IN	high level入力
8	D04	-	データ4ビット	33	INTSELA*	IN	Interrupt Cycle信号
9	D05	-	データ5ビット	34	H3	IN	high level入力
10	D06	-	データ6ビット	35	IOSELA*	IN	I/O Cycle信号
11	D07	-	データ7ビット	36	H4	IN	high level入力
12	D08	-	未使用	37	ADDR1	IN	Address1ビット
13	D09	-	未使用	38	H5	IN	high level入力
14	D10	-	未使用	39	ADDR2	IN	Address2ビット
15	D11	-	未使用	40	H6	IN	high level入力
16	D12	-	未使用	41	ADDR3	IN	Address3ビット
17	D13	-	未使用	42	IRQA0*	OUT	Interrupt信号(割込みレベル4)
18	D14	-	未使用	43	ADDR4	IN	Address4ビット
19	D15	-	未使用	44	IRQA1*	OUT	Interrupt信号(割込みレベル5)
20	BS0*	IN	バイトリセット(下位)	45	ADDR5	IN	Address5ビット
21	BS1*	IN	バイトリセット(上位)	46	H7	IN	high level入力
22	V-	IN	-12V	47	ADDR6	IN	Address6ビット
23	V+	IN	+12V	48	ACKA*	OUT	Acknowledge
24	Vcc	IN	+5V	49	+5PSTBT	IN	未使用
25	GND	-	ＧＮＤ	50	GND	-	ＧＮＤ

Ｊ５（Ｉ／Ｏボードを通過し、ロータリエンコーダ・タッチセンサへ） <

No.	ピン名称	方向	内容	No.	ピン名称	方向	内容
1	GND	-	ＧＮＤ	26	GND	-	ＧＮＤ
2	GND	-	ＧＮＤ	27	RRa	IN	右ロータリーエンコーダa相信号
3	GND	-	ＧＮＤ	28	GND	-	ＧＮＤ
4	GND	-	ＧＮＤ	29	RRb	IN	右ロータリーエンコーダb相信号
5	GND	-	ＧＮＤ	30	GND	-	ＧＮＤ
6	GND	-	ＧＮＤ	31	Vcc	OUT	Ｖｃｃ
7	GND	-	ＧＮＤ	32	GND	-	ＧＮＤ
8	GND	-	ＧＮＤ	33	RLa	IN	左ロータリーエンコーダa相信号
9	GND	-	ＧＮＤ	34	GND	-	ＧＮＤ
10	GND	-	ＧＮＤ	35	RLb	IN	左ロータリーエンコーダb相信号
11	GND	-	ＧＮＤ	36	GND	-	ＧＮＤ
12	GND	-	ＧＮＤ	37	Vcc	OUT	Ｖｃｃ
13	GND	-	ＧＮＤ	38	GND	-	ＧＮＤ
14	GND	-	ＧＮＤ	39	TRs*	IN	右タッチセンサON信号
15	GND	-	ＧＮＤ	40	GND	-	ＧＮＤ
16	GND	-	ＧＮＤ	41	TRr*	IN	右タッチセンサOFF信号
17	GND	-	ＧＮＤ	42	GND	-	ＧＮＤ
18	GND	-	ＧＮＤ	43	TMs*	IN	中央タッチセンサON信号
19	GND	-	ＧＮＤ	44	GND	-	ＧＮＤ
20	GND	-	ＧＮＤ	45	TMr*	IN	中央タッチセンサOFF信号
21	GND	-	ＧＮＤ	46	GND	-	ＧＮＤ
22	GND	-	ＧＮＤ	47	TLs*	IN	左タッチセンサON信号
23	GND	-	ＧＮＤ	48	GND	-	ＧＮＤ
24	GND	-	ＧＮＤ	49	TLr*	IN	左タッチセンサOFF信号
25	GND	-	ＧＮＤ	50	GND	-	ＧＮＤ

ＣＮ５（モータ制御ボード）

No.	ピン名称	方向	内容
1	Vcc	IN	Ｖｃｃ
2	S0	OUT	右方向信号
3	S1	OUT	右PWM信号
4	S2	OUT	左方向信号
5	S3	OUT	左PWM信号

４．ソフトウェアビジビリティ

（注：アドレスのＸＸはIOボードのジャンパーによる設定により定まる。

Address A₈A₇A₆A₅A₄A₃A₂A₁A₀	Read/Write	DATA D₇D₆D₅D₄D₃D₂D₁D₀	MEMO
0XXXX0001	Read	2⁷2⁶2⁵2⁴2³2²2¹2⁰ 右ロータリエンコーダ・カウンタ下位8ビット	一定時間毎読む
0XXXX0011	Read	SF L R M 2¹¹2¹⁰2⁹2⁸ 右ロータリ・エンコーダ　カウンタ上位4ビット＋スタートデータ	SF:スイッチフラグ(SF=L+R+M,active high) L:左スイッチ(active high) R:右スイッチ M:中央スイッチ一定時間毎,スイッチ割り込み時に読む
0XXXX0101	Read	2⁷2⁶2⁵2⁴2³2²2¹2⁰ 左ロータリエンコーダ・カウンタ下位8ビット	一定時間毎読む
0XXXX0111	Read	SF L R M 2¹¹2¹⁰2⁹2⁸ 左ロータリ・エンコーダ　カウンタ上位4ビット＋スイッチデータ	SF:スイッチフラグ(SF=L+R+M,active high) L:左スイッチ(active high) R:右スイッチ M:中央スイッチ一定時間毎,スイッチ割り込み時に読む
0XXXX1001	Write	(カウンタリセット) XXXXXX01 右ロータリエンコーダカウンタリセット XXXXXX10 左ロータリエンコーダカウンタリセット XXXXX11 左右カウンタ同時リセット	右カウンタ読み込み後に行う左カウンタ読み込み後に行うスタート時に行う

ＦＣＸＸ４７を設定するときはＦＣＸＸ４１を全て０にしてから行う事
＊　は赤外線センサボードを参照

制御フロー

目次

１．はじめに

２．機能・性能

３．インターフェース

４．ソフトウェアビジビリティ