ＩＯサブボード

概要

　Ｉ／ＯＳＵＢボードは、超音波センサ回路、ＰＷＭ回路、赤外線センサ回路の３ つの回路を搭載した回路である。

回路構成

超音波センサ回路

　超音波センサ回路の機能は大きく分けて、トリガが送られて来ると周波数40[kHz]の矩形を0.4[ms]の間、送信回路に出力する機能と、受信信号を受け取ると、割り込み要求信号をＭＰＵに送る機能の二つがある。また、正しく距離計測を行うために、回りこみ波を無視する機能も備え付けられている。
距離計測はタイマのカウンタ値を読む事で行う。このタイマは、トリガを受け取ってから受信を感知するまでの間回し続けるのでカウンタ値と音速より障害物迄の距離を知ることができる。

（１）発振回路

　この回路はコンデンサの放電を利用し、ゲートと組み合わせて構成した簡単な発振回路である。超音波センサ回路のメインクロックともなる重要な回路だがこの方法で正確に40[kHz]の周波数を作り出すことは難しい。また、ＩＣにＣＭＯＳを使用しているので、回路自体がデリケートなこと、コンデンサの放電を利用しているので、少しの状況の変化（接触や、端子の先のＲの値）によって、発振したりしなかったりと言うこともある。中央の抵抗値によって周波数が変化するので、最初は可変抵抗で抵抗値を変化させながらオシロスコープで、周波数を調べ丁40[kHz]の周波数を示した時、その時の可変抵抗の抵抗値にできるだけ近い値（約5.6kΩ）を持つ抵抗を付けた。

（２）ワンショット回路

　図．３にＰＬＤにプログラムされたワンショット回路構成図を示す。ワンショット回路は、６４進カウンタと制御回路で、構成されており、ＰＬＤを２つ使っている。
　この回路から、トリガ一回毎に、ガードパルス、タイミングパルス、送信用ワンショットを一回づつ出力する。送信用ワンショットとＣＬＫとのＡＮＤをとって幅0.4[ms]、周波数約40[kHz]のパルスを送受信回路に出力する。ガードパルス、タイミングパルは、比較回路の項で述べる事にする。

（３）タイマ制御部

　ＰＩＴ内部のタイマを動かしたり、止めたりする部分である。タイマのカウントはトリガが送られて来てから、受信、又はタイマのオーバーフローが起こるまでの間行われる。この制御はＲＳ−ＦＦで行い、タイマのスタート信号のＯＮ／ＯＦＦ制御をする。
　ＰＩＴ内蔵のタイマは、設定によりいろいろ選べるが、この回路ではオーバーフローを検出できるDevice.Watchdog」と言うタイマを選んだ。図．４にこのタイマの動作を示す。

（４）比較回路

　比較回路では主にノイズの除去と回り込み波による影響の無視を行う。受信回路から送られて来た受信波と、基準電圧をコンパレータで比較し、基準電圧より低い電圧の信号を除去する。
　また、回りこみ波の除去については送信してから、一定時間基準電圧のレベルを上げる事で対処する。この時間はタイミングパルスによって決められる。

（５）基準電圧発生部

　超音波は波の性質を持っているため、スピーカから送信された超音波が、直接マイクで受信されてしまう。
　このため、障害物からの距離に関係なく、同じタイミングで受信が起きる事になる。回り込み波を受信する時間さえわかっているなら、その間だけ基準電圧を５Ｖに引き上げれば、回り込み波による影響をコンパレータによって、打ち消す事が出来る。この基準電圧発生部は、コンデンサの放電を利用して、タイミングパルスから基準電圧を作り出す部分である。

（６）マルチプレクサ（ＭＸ）

　搭載されている４対のセンサの内、一度に距離計測が出来るのは１対だけである。計測を行うときには４対の内１対を選ばなければならない。
　マルチプレクサは、コネクタを通じて４つの送受信回路と直結しており、ＰＩＴから送られてくるセンサ選択信号により、使用する１対のセンサを選択する。
　センサにはそれぞれ０から３まで番号がつけられていて、センサ選択信号もそれに対応して００から１１迄の２ビットの信号より成り立っている。

ＰＭＷ回路

　この回路は、モータを制御する信号であるＰＷＭ信号を作り出し、方向データと共に出力する回路である。速度データとカウンタのカウント値との比較によりＰＷＭ信号を形成している。この信号のDuty比は、速度データで128段　階に変化させている。図．５にＰＷＭ回路の構成図を示す。

ＰＭＷ回路構製図

　右速度・方向データは68230のportAから、左速度・方向データはportBから送られてくる。カウンタのＣＬＫは、68230のToutから得る。
　ＰＷＭ信号発生回路は、カウンタより得られた8bitのカウント値と7bitの速度データとの比較によりＰＷＭ信号を形成している。ＰＷＭ信号波形形成原理図を図．６に示す。図．６からもわかる様に今回設計製作した基板は、Duty比が0％〜50％までのＰＷＭ波形を出力するようにしたものである。

赤外線センサ回路

　 赤外線センサ回路は、赤外線センサ信号処理回路と外部回路である赤外線周辺回路から成る。この回路は、赤外線周辺回路から送られてくるHigh level もしくは Lowlevelの信号を処理し、信号に状態変化がおきた時に、割り込み要求信号をＭＰＵに送る機能を有する。またそのときの各受光素子の状態は後述のレジスタを読むことにより得る。
　I/OSUBボードに搭載されているこの信号処理部は主に周辺回路からの赤外線信号の同期をとる信号同期部と68230に割込み要求をする割込み信号発生部からなる。信号同期部は74LS574が3個割込み発生部は74LS688,74LS00各１個ずつで構成する。

各基板の部品の詳細

実装図は前ページを参照

ＣＮ１：PCN10ｼﾘｰｽﾞDIN41612(準拠) 　　　　VME-busｺﾈｸﾀ

ＣＮ２：PS-50PE-D4LT1-PN1(航空電子) 　　50ﾋﾟﾝｺﾈｸﾀ

超音波センサ回路

ＩＣ１０：４０５２（マルチプレクサ）

ＩＣ１１：４０６９（ＣＬＫ発振用ＩＣ）

ＩＣ１２：１６Ｖ８（ＰＬＤ）

ＩＣ１３：μＰＣ３３９（コンパレータ）

ＩＣ１４：１６Ｖ８（ＰＬＤ）

ＩＣ１５：ＬＳ００（ＡＮＤ）

ＩＣ１６：ＬＳ０４（ＮＯＴ）

ＩＣ１７：ＬＳ２７９（Ｒ-Ｓ　ＦＦ）

Ｃ１０〜Ｃ１７：（バイパスコンデンサ）

ＶＣＣとＧＮＤ間のノイズ除去の為に取り付ける。

Ｃ１８：（発振用コンデンサ）>

発振回路にあるコンデンサ。>

Ｃ１９：（ガード回路コンデンサ）

コンパレータの入力に取り付けられたコンデンサ。

Ｒ６　：発振回路用抵抗

Ｒ７　：発振回路用抵抗

Ｒ８　：プルアップ抵抗

Ｒ９　：基準電圧用抵抗

Ｒ１０：基準電圧用抵抗

Ｒ１１：プルアップ抵抗

Ｄ１　：タイミングパルスを通すダイオード。

ＣＮ３：航空電子１６ピン(ｱﾝｸﾞﾙﾀｲﾌﾟ)

６−２　ＰＷＭ回路

ＩＣ１：7407

（ｵｰﾌﾟﾝｺﾚｸﾀ出力　buffer×６１４ﾋﾟﾝ）
　　２０[mm]×６[mm]

ＩＣ２・ＩＣ４：74LS684

（8bit comparater×１　２０ﾋﾟﾝ）
　　２５[mm]×６[mm]

ＩＣ３　：74LS590

（８bit　counter×１　１８ピン）
　　１９[mm]×６[mm]

ＩＣ１８：74LS04

(NOT × ６　１４ﾋﾟﾝ）
　 　　２０[mm]×６[mm]

Ｃ１〜Ｃ４：104

（ﾊﾞｲﾊﾟｽｺﾝﾃﾞﾝｻ）

ＣＮ５　：MOLEX　5ﾋﾟﾝｺﾈｸﾀ　（5046-05A)ｱﾝｸﾞﾙタイプを使用

６−３　赤外線センサ回路

ＣＮ４　：航空電子１６ピン(ｱﾝｸﾞﾙﾀｲﾌﾟ)

ＩＣ５,6,7：７４ＬＳ５７４
　　８入力Ｄ　ＦＦ
　　／ＯＣはＧＮＤにおとしておく

ＩＣ８　：７４ＬＳ６８８
　　８ビットデジタルコンパレータ

ＩＣ９　：７４ＬＳ００
　　ＮＡＮＤ×４

Ｃ５，６，７，８，９：バイパスコンデンサ

超音波センサ回路

＊６８２３０から本ボードへの方向は”→”で表す。

ＣＮ３ピンアサイン
コネクタ：16ﾋﾟﾝｺﾈｸﾀｱﾝｸﾞﾙﾀｲﾌﾟPS-16PLB-D4LT1-FL1(航空電子)

No.	ピン名称	方向	信号
１	Vcc		Vcc
２	S0(センサ0)	→	送信信号
３	S1(センサ0	←	受信信号
４	GND		GND
５	Vcc		Vcc
６	S0(センサ1)	→	送信信号
７	S1(センサ1)	←	受信信号
８	GND		GND
９	Vcc		Vcc
１０	S0(センサ2)	→	送信信号
１１	S0(センサ2)	←	受信信号
１２	GND		GND
１３	Vcc		Vcc
１４	S0(センサ3)	→	送信信号
１５	S0(センサ3)	←	受信信号
１６	GND		GND

３−４−２ＰＷＭ回路
ＣＮ５ピンアサイン

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

３−４−３赤外線センサ回路
ＣＮ４ピンアサイン

No.	ピン名称	方向	信号
１	ｌ１	←	赤外線信号
２	Vcc	→
３	ｌ２	←	赤外線信号
４	GND	→
５	ｌ３	←	赤外線信号
６	Vcc	→
７	ｌ４	←	赤外線信号
８	GND	→
９	ｌ５	←	赤外線信号
１０	Vcc	→
１１	ｌ６	←	赤外線信号
１２	GND	→
１３	ｌ７	←	赤外線信号
１４	Vcc	→
１５	ｌ８	←	赤外線信号
１６	GND	→