2017年6月10日の日記
さて，今週は先週までに作った，PIC版のPFM&PWMコントローラのソフトを修正します。
修正項目としては，
☆最低デューティを２～3%とする
前回は最低デューティを1％としていましたが，やはり停車時に若干，前照灯が暗いので，少し最低デューティをupして明るくしたいと思います。
☆PFM⇔PWM切り替えデューティの変更
前回は5％のデューティでPFMからPWMに切り替えるようにしていました。KATOのコアレスモータ搭載機は大体，4～8％くらいで起動するので，できればPFMモードのうちに起動させたいと思い，今回，モード切替デューティを10％とします。このため，最高スイッチング周波数も50kHzから100kHzに変更となります。
☆フルPFMモードの追加
今までは考えていなかったのですが，前回製作したタイマIC555を使ったハードウェア版が非常にスローがよく効いて，性能がよかったので，PIC版でもフルにPFMのモードで動くようにし，スイッチで切り替えできるようにしたいと思います。ただ，この場合，うまく動作するかは微妙なのですが.....。
☆A/D変換は10bitとする
12F1822は通常のPIC同様，8bitのA/D変換器がついていますが，やはり分解能が低く，少し階段状にLEDの明るさが変わるように見えるのと，4倍分解能の高い10bitのA/D変換器も持っているので，今回，10bit版を使うことにして，なめらかにデューティが変化するようにします。言うまでもありませんが，8bit版だと0～255の段階ですが，10bitだと0～1024の間で変化します。
なお，今回，12F1822のA/D変換は10bitを使っていますが，ややこしいので，以下，通常のPICが持っている8bitのA/D変換機能のまま説明します。
【PFM&PWMモード】
まずは前回同様，PFM&PWMモード版についてですが，デューティおよびスイッチング周波数は▼の通り変化します。
デューティおよびスイッチング周波数の変化
このとき，PFMはoff期間の時間を調整してデューティを調整します。t_offはoff期間を示します。
最低デューティは3%とします。さすがに4％台にしてしまうとコアレスモータは起動してしまうので，ギリギリのところです。PFM⇔PWM切り替えデューティは10％としましたので，12F1822のA/D変換機能を使って，ボリウムの電圧をA/D変換した結果が3（8bitの場合。10bitだと102）を超えたところでPWMモードに移行するようにします。
PFMモードのまま，デューティが10％を超えるとPWMモードとなり，100kHzでスイッチングします。以後，パルスの幅が太くなって最終的にデューティ100％となります。
PFM⇔PWM切替時（PFM最大，PWM最小）
ほぼ10％でPFMからPWMに移行します。
PWMモードに移行すると，パルスの数は増えず，幅が広くなっていきます。最終的に100％となって，完全な直流となります。
【フルPFMモード】
さて，次はフルPFMモードです。こちらはうまくいくかどうか，ちょっと不安な点があります。
そもそもPICがどれだけの周波数を出力できるか，と言うことなんですが，一応，今回，12F1822は32MHzで動作させますので，Microchip社の規格表を見る限り，12F1822は最高，333kHzでスイッチングできるようですが，本当にこの通り動くかどうかというのは不安がありますので，実験して調べてみます。
残念ながら予想どおりで，最初，最高333kHzとなるようにPFMのソフトを組んだのですが，やはりうまく動きませんでした。
最初，最高周波数333kHzで計算して，パルス幅3μs，最低デューティ3％で動作させてみたのですが，最高周波数は250kHzくらいで止まってしまいます。そのとき，デューティも80％くらいです。
オシロを見ていると，大体，240kHzくらいで突然波形が変わり，以後，75kHzくらいになってしまいました。なんで低くなるのかよくわからないのですけど....。
もちろん，最高周波数を240kHzとして動作させてみてもいいのですが，この場合，最低のスイッチング周波数は10kHzを下回ってしまいます。これだと機関車からピーッと音が聞こえちゃうので不可です#58944;
うまくいきませんね.......。せめて333kHzでちゃんと動いてくれればいいのですけど.....。
しかたないので禁断の封じ手を.....。ソフトをいじっちゃいました.....(^^;)。
すでに最高周波数の時にデューティが80％を超えているので，それ以上のA/D変換入力が来たときはデューティ100％とするようにソフトを組んじゃいました。具体的には252（10bitだと1020）以上の時には強制的に100％とします。
こんなことしちゃ，いけないんですけど......，iruchanはごまかしちゃいました。一応，iruchanも本職は技術者? 単なる事務屋という話もありますけどなので，こんなことやっちゃいけないのはわかってはいるんですけど......。
と言う次第ですが，まあ，この時点でほぼ最高速になっているし，コントローラのつまみもほぼ右一杯，という状況だし，▲のグラフを見てもこんな状況になっているので，運転していて気づくことはないと思います 気がつかないからと言ってやっていいか，と言うことはあるのですけど......。
さて，これでオシロで再確認します。
今回，最低デューティは3％を狙いましたが，少し太めでした.....。でも，これならコアレスモータは回転しないので大丈夫です。
ここから先，デューティ100％に飛んじゃいます......(^^;)。
さて，ソフトの方ですが，フルPFMモードを追加した最終版を載せておきます。例によってso-netはテキストファイルしかupできないので，拡張子は.txtとしてありますが，これを.hexに書き換えてPICkit3などのライターで12F1822に書き込めば使えます。
（ソフトは改訂しました。最後に載せました）。
回路については，前回のブログに載っているこの回路を使ってください。
なお，最後になりましたが，フルPWMモードをつけるかどうか，ということが考えられるのですが，PWMだとスローがあまり効かないし，常点灯範囲も狭いのでやめました。それにモードが3つだと，ロータリーSWが必要になっちゃいますしね。もっとも，PICだとタッチスイッチを使えるものもあるので，そんな風にして切り替えるとかっこよいとも思えますが......(^^;)。
あとはちょっとメモ書きです。
今回，フルPFMとPFM+PWMモードの切り替えができるようにしましたが，PORTA.3を使って切り替えています。
一応，Microchipの規格表を見ると，PORTA.3（#4ピン）はプルアップされているので，そのまま，スイッチを入れてGNDに接続するかどうかで切り替えができると最初，思っちゃったんですが，動きません。
何のことはない，PICのプルアップというのは中に抵抗が内蔵されているわけじゃなく，Trでポートのプルアップの設定をしているので，このTrを内部でonさせないとこのプルアップが有効とならないのでした.....orz。
でも，これ，非常に面倒です。いろいろレジスタの切り替えが必要で，半日つぶれちゃいました。これなら外付けで10kΩくらいの抵抗を#４ピンにつけてVccにつないでおく方がはるかに簡単でした。
下記のコマンドの記述が必要です。' 以下はREM文です。
#config MCLRE=off '#4ピンはデジタル入力
set OPTION_REG.7 off 'OPTIONレジスタ7bit（WPUEN）ビットクリア
set WPUA.3 on 'RA3弱プルアップ有効
こうして，なんとかPIC版のPFMコントローラが完成しました。いずれケースに入れてちゃんとしたコントローラにすることにします。モードがわかるようにLEDもつけておきましたしね.....#58942;。
2017年7月16日に追記
きちんとケースに入れました。記事をこちらでご紹介しています。
2017年8月13日追記
驚いたことに，6月に発売されたKATOのC12は想定より最低デューティを小さくしないと停車しないことがわかりました。D51と同じソフトじゃ，動いてしまうんです#58944;
しかたないのでソフトを書き換え，最低デューティを1.5%としました。ようやくこれでC12が止まるようになりました#58942;
ソフトは下記の通りです。so-netはhexファイルをupできないのでテキストファイルにしておきます。.txtを.hexにして書き込んでください。