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新回路に使うIC(74HC595)が雑音に影響されちゃう理由を調べた

2011-03-21 21:29:04 | 日記

 いまは鉄道模型を自動制御で動かすための回路の設計と実行検証用の
準備をしています。この回路の部品として信号の直列・並列変換をする
74HC595というICを実際に使ってみたときの注意点をまとめてみました。

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(1)マイコンの出力ピンが足りなくて困った

 マイコンからの出力信号はピン数による限界がある。
今使っているマイコンはPIC18f2550というタイプで
出力は最大で19本だ。

 今回は鉄道模型の列車の移動方向と速度を
選択指定するために40ビット、分岐ポイント
の方向を指定するために32ビット、合計で
72ビットを出力する計画で設計を進めている
のでマイコンのピン数が足りない


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(2)シフトレジスタ「74HC595」を買ってきた

そこで出力の周期が1秒間に数千回ぐらいまで
ならばマイコン側からはデータを1本のピンで
順に出力する「直列(シリアル)出力」をして、
マイコンの外部にこのデータを順序良く覚えて
並列(パラレル)に取り出せるようにする。

 このときに使うICがシフトレジスタ(または
シリアル・パラレル変換器というらしい)で
代表的なものが74HC595だ。

 今回は東芝セミコンダクタ社の74HC595を
10個入手した。1個につき8ビットのデータが
入るので合計80ビットだ。

 データを1ビットずつ入れてはシフトする(=ずらす)
ことを繰り返すことで動作する賢いやつだ。

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(3)シフトレジスタ「74HC595」が雑音で誤動作しちゃう

 さっそく10個の74HC595を説明書を読みながら回路をつなぎ
マイコンからテストデータを流し込んでみた。これは
(予想に反して?)うまくいった。

 ところがデータを流し込んだあとにほかの処理をマイコンが
進めていると流し込んだデータが一部化けたりリセットされて
消えたりするときがあるのだ。

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4、原因は雑音?

 東芝セミコンダクタ社の説明書(=データシート)には
対処法が書いていない。たぶん雑音を回路の電線がアンテナに
なってひろっているようにみえるのだがどう対策すればいいのだ?

 検索サイトで調べたところ74HC595の入力ピン(特にリセットピンと
ラッチピン)に雑音が入りにくいように追加の保護回路をつけておくと
よいことがわかった。

 でも保護回路って小さな容量のコンデンサつけるだけだよね?
あとは各入力ピンのプルアップ・プルダウンをしっかりやって
0でも1でもない信号が発生しないようにしよう。

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5、雑音対策したら元の動作ができなくなった

 まず、マイコン側のリセットピンとラッチピンに雑音対策用のコンデンサ
(0.1μF)を0[V]の信号との間にそれぞれ追加してみた。さらにリセットピンは
プルアップ用の抵抗を追加した。

 するとマイコンから74HC595へデータが送られなくなってしまった。
あれれ?さっきまでできてたのに?

 どうやらコンデンサを回路に追加したので、このコンデンサを充電・放電する
時間の分、信号波形が丸まってしまったらしい。マイコンのプログラムのラッチ
指定動作を0.001ミリ秒だったのを千倍の1ミリ秒程度指定するように変更して解決。
(最適の値は後で探すことにしよう。)

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6、うまくいった

 これで再度テストをしてみると‥成功!
雑音を拾わずに動作が安定しているぞ!
(=正確には、雑音は拾っているけど誤動作をさせてないぞ!)

 これで好きなだけ出力データをマイコンから送ることが
できるようになった!これで新回路の設計に74HC595が使える準備ができた。
雑音対策の基礎も今回の経験でちょっとわかったぞ。

おわり






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