電子工作 ３４ – HPWMの３８KHｚ搬送波を使ってリモコンの赤外線パルスパターンを作成する試み [16F628A/12F683]
概要
Web上をさまよっているとリモコンに必要な38KHzの搬送波（carrier）を16F628AとPICBasic Proで発生させるプログラムを発見した。前に赤外線リモコンをいじくったので搬送波を安定的にかつ簡単に発生させる方法が気になっていた。この搬送波を基準に使いプログラムでリモコンの任意のキーに相当する赤外線パルスパターンを発生させる方法を検討してみた。
１） 16F628A に備わっているHardware PWM （pulse-width modulation、パルス幅変調）を使う。この機能は一度動作させると同じPICに同居する他のプログラムルーチンに影響されずに動作し続ける。実際、3個のLEDを次々と連続的に点灯させるルーチンをプログラムの中に同居させオシロで38KHzの出力波を見たところ全く影響を受けないことが分かった。
２） 以下の７行の記述で安定した38KHzのパルスをPB3 （CCP1, Pin 9） から発生させることが出来る。
|
CMCON=7 VRCON=0 TRISB=%11110110 PR2=25 CCPR1L=13 CCP1CON=%00001100 T2CON=%00000100 |
コンパレータ不使用 A/D 参考電圧不使用 PWM （RB3）を出力ポートに設定 PWM を 38KHzに設定 PWMのduty cycleを 50%に設定 PWMモードの選択（ON/OFF） Timer2 ON + 1:1 プリスケーラ |
(16F628A. 4MHz Internal)
動作原理
74HC08というANDゲートを使う。 16F628A
のPB3 （Pin 9）からの38KHzの搬送波を１個のANDゲートの端子２に入力し、また、もう一方のANDゲート端子１にプログラムによって制御された信号をPB0
（Pin 6）より導入する。すると、このANDゲートの出力は２つの入力が両者とも “H” の時だけ “H'” なり、他のすべての組合せでは ”L” となる。つまり、出力の“H'”
と “L” の状態と、その状態の長さ（時間）はプログラムで制御できる。この出力端子はIR-LEDに接続されている。
74HC08のANDゲートの真理値表
|
Input 1 |
Input 2 |
Output |
|
L |
H |
L |
|
H |
L |
L |
|
L |
L |
L |
|
H |
H |
H |
回路図
ボード上に以下のような回路を組んだ。２個のUP/DOWNスイッチが設けてあり、押すと“テレビ・ビデオ”／“電源”キー（リモコンFUNAI RC-7 電子工作３２）のそれぞれの類似パルスパターン（後述のプログラムで作成した）がIR-LEDより発射される。これをIR receiver moduleで受信しその出力をオシロで観察した。また現在使用中のトライアック調光器（電子工作３３）のIR受信部に発射して動作を検討した。
実験＆結果
写真は実験の様子を示す。上部にIR-LEDとIR
receiver moduleが見える。下方の２個のボタンのいずれかを押すとIR-LED
から赤外線パルスパターンが左方向に発射されてIR receiver moduleのみならず約１０メートル先の現在使用中のトライアック調光器
(電子工作３３)にまで到着しそれを動作させる。
１６F628AのRB
3（CCP1,Pin 9）より出てくる実験に使った３８KHｚの搬送波である。大変安定していて波形もきれいである。
同居する他のプログラムルーチンに影響されない。
スイッチDOWN（”電源“キー相当）を押した時１６F628AのPB０（Pin 6）より７４HC08のPin１へ入るプログラムでつくったパルスパターン。
反転してしることに注意。
下は７４HC08のPin３からIR-LEDへ入力された合成パルスパターン。ピークの電圧は１．３V程度で拡大して見るとかなり乱れた波形です。
上のパルスパターンがIR receiver moduleに入ると、下のようなきれいなパルスパターンが出力される（実験ボード上の
IR receiver moduleの出力ピンで測定）。内蔵されているアンプなどが効いているのであろう。良く再現されていることが分かる。
反転していることにも注意。
実際、上のパルスパターンはリモコン（FUNAI RC-7、電子工作３２）の“電源”キーを押した時に発生する下の様なパルスパターンを
モデルとして、各種のパルス幅を実際に測定し、それらと同じような幅や並びになるように後述のプログラムで作成したものである。
両者は良く類似し上のパルスパターンは良く再現されていると言える。
同様にリモコンの“テレビ／ビデオ”キーを押すと下の様なパルスパターンが出力される。これを模したものを作成する部分も
プログラムに含めた（UPスイッチに対応、ただし作成された図はここでは省略）。
動作実験
３８KHｚの搬送波を使いプログラムで作成した類似パルスパターンが正しく動作するかどうか実験した。すなわち作成した回路のIR-LEDから信号を発射し、約１０メートル離れた電子工作３３―リモコンで動作するトライアック調光器の製作の機器が動作するかどうか試した。その結果全くリモコン（FUNAI,
RC-7）と同様に動作することが分かった。
プログラム
リモコンから出るパルスには上向きと下向き合わせて６種のパルス幅 (40-ms, 3.5-ms, 3.35-ms, 2.5-ms, 1-ms, 0.85-ms) が存在する。 これらの時間作成には多少精度が落ちるが大変便利なPause
と Pauseus を使った。例えばHigh PORTB.0 -> Pauseus 3500とすると、IR receiver moduleからの出力パルスは3.5-ms幅の下向きパルスである。それとサブルーチンを多用した。プログラムの大まかな流れは、電源ONでスイッチ入力を待つルーチンに入り、どちらかのスイッチから入力があると、そのスイッチに対応したパルスパターン発生ルーチンに飛び、スイッチ押している間そのパルスパターンを繰り返し発生し続ける。離すとスイッチ入力を待つルーチンに戻る。 受信側 （トライアック調光器） の受信したパルスを処理する原理がパルス幅を範囲設定して分類するという独特なものなので、パルス幅に対する許容度は比較的大きいと思われる
'******
'プログラミング備忘録 ********
'PWMtestAA1.bas 2009.6.1
Producing "DENGEN" & "TV/VIDEO" key pulse patternｓ
'PIC16F628A
+ 74HC08(AND gate)
'******
Pin connection ******
'16F628A - 74HC08
'B0(P6)
- Pin1
'B3(P9)
- Pin2
'B1(P7) SWdown --> pull-up (to 5V) via 4,7K -->
to GND if pressed
'B2(P8) SWup --> pull-up (to 5V) via 4,7K --> to GND if
pressed
'*******
Program ******
CMCON=7
'No comparator
VRCON=0
'A/D voltage reference disabled
TRISB=%11110110 'B.3=PWM output, B.0=Control output, B.1&2=Keyin
PR2=25
'Set PWM for 38KHz
CCPR1L=13
'Set PWM for 50% duty cycle
CCP1CON=%00001100 'PWM mode selection
T2CON=%00000100 'Timer2 ON + 1:1 prescale
Control var PORTB.0 'Pulse pattern shape control
SWdown var PORTB.1 'SWdown for the generation of pulse patterns
SWup var PORTB.2 'SWup for the generation
of pulse patterns
Start:
Keyin:
'Wait SWdown &
SWup entry.
If
SWdown=0 then Plspattern1
If
SWup=0 then Plspattern2
Goto
Keyin
Plspattern1: 'DENGEN" key of Funai RC-7 remote controller “電源”キー
Gosub
w40msH '40-ms H pulse
Gosub
w3p5msL '3.50-ms L pulse -
3p5ms=3.5-ms
Gosub
w3p35msH '3.35-ms H pulse + 1-ms L pulse
Gosub
w0p85msH '1, 850-us H pulse + 1-ms L pulse - 1-24 パルス２４本の番号
Gosub
w0p85msH '2, 850-us H pulse + 1-ms L pulse
Gosub
w0p85msH '3, 850-us H pulse + 1-ms L pulse
Gosub
w2p5msH '4, 2.5-ms H pulse + 1-ms
L pulse
Gosub
w0p85msH '5
Gosub
w2p5msH '6
Gosub
w0p85msH '7
Gosub
w0p85msH '8
Gosub
w0p85msH '9
Gosub
w0p85msH '10
Gosub
w0p85msH '11
Gosub
w2p5msH '12
Gosub
w2p5msH '13
Gosub
w2p5msH '14
Gosub
w2p5msH '15
Gosub
w0p85msH '16
Gosub
w2p5msH '17
Gosub
w0p85msH '18
Gosub
w2p5msH '19
Gosub
w2p5msH '20
Gosub
w2p5msH '21
Gosub
w2p5msH '22
Gosub
w2p5msH '23
Gosub
w0p85msH '24
Goto
Start
Plspattern2: 'TV/VIDEO" key of Funai RC-7 remote controller “テレビ／ビデオ”キー
Gosub
w40msH '40-ms H pulse
Gosub
w3p5msL '3.50-ms L pulse
Gosub
w3p35msH '3.35-ms H pulse + 1-ms L pulse
Gosub
w0p85msH '1, 850-us H pulse + 1-ms L pulse - 1-24パルス２４本の番号
Gosub
w0p85msH '2, 850-us H pulse + 1-ms L pulse
Gosub
w0p85msH '3, 850-us H pulse + 1-ms L pulse
Gosub
w2p5msH '4, 2.5-ms H pulse + 1-ms
L pulse
Gosub
w0p85msH '5
Gosub
w2p5msH '6
Gosub
w0p85msH '7
Gosub
w0p85msH '8
Gosub
w0p85msH '9
Gosub
w0p85msH '10
Gosub
w0p85msH '11
Gosub
w0p85msH '12
Gosub
w2p5msH '13
Gosub
w2p5msH '14
Gosub
w2p5msH '15
Gosub
w0p85msH '16
Gosub
w2p5msH '17
Gosub
w0p85msH '18
Gosub
w2p5msH '19
Gosub
w2p5msH '20
Gosub
w2p5msH '21
Gosub
w2p5msH '22
Gosub
w2p5msH '23
Gosub
w2p5msH '24
Goto
Start
'Subroutines
---
w40msH: ’40-ms H
pulse at IR receiver module’s output pin
Low
PORTB.0 ‘L（０V）の時間を４０ｍｓつくりPORTB.0より出力する
Pause
40
Return
w3p5msL: ‘3.5-ms L pulse
at IR receiver module’s output pin
High
PORTB.0 ‘H(5V)の時間を3.35msつくりPORTB.0より出力する
Pauseus
3500
Return
w3p35msH: ‘3.35-ms H pulse at
IR receiver module’s output pin
Low
PORTB.0
Pauseus
3350
High
PORTB.0 ‘1-ms L pulse at IR
receiver module’s output pin
Pauseus
1000
Return
w0p85msH: ‘0.85-ms H pulse at
IR receiver module’s output pin
Low
PORTB.0
Pauseus
850
High
PORTB.0 ‘1-ms L pulse at IR
receiver module’s output pin
Pauseus
1000
Return
w2p5msH: ‘2.5-ms H pulse
at IR receiver module’s output pin
Low
PORTB.0
Pauseus
2500
High
PORTB.0 ‘1-ms L pulse at IR receiver
module’s output pin
Pauseus
1000
Return
End
'******
End of program ******
'Note:
'AKI Programmer's configurations:
'FOSC –
INTOSC_GPIO, WDTE – Enable, PWRTE – Disable, MCLRE – Internal, BODEN – Enable,
'LVP-RB4:GPIO,
CPD – Not_Protect, CP – Not_Protect
結論など
１） PWM由来の38KHzの搬送波と外付けのANDゲート１個を使い、プログラムでリモコンのパルスパターン（今回は“電源”と“テレビ／ビデオ”）を発生させることが出来た。
２） ANDゲートの出力が弱いのでTRでの増幅やIR-LEDを２個にしている記事も見たが、今回は１個のIR-LED直結で約１０メートル先のリモコン受信装置を動かすことが出来た。
３） 同じPWM由来の38KHzの搬送波を使ってANDゲートなし１６F628A丈でパルスパターンが発生できるはずだがそこまではジジイ！の知恵がまわらなかった。
４） しばらくぶりでロジックICの７４シリーズを使ったが、７４HCｘｘなどと高性能化し、しかも安い。エレキの進歩は速いと実感。
５） 大した電子工作ではなかったような気がするが、それでも何となく楽しい。次なにすんべ。
ANDゲートなしで１６F628Aのみでパルスパターンが出るように改良（２００９．６．５）
PWMで３８KHｚの搬送波を出す機能を検討したところ、PWMを設定するパラメータの内レジスタCCP1CONがPWMをON/OFFするのに係わることを発見した（英文マニュアルp.55 CCP1CON Register表）。つまり３８KHｚの搬送波の発生モードCCP1CON=%00001100 （１２ in decimal）を CCP1CON=%0000００00 （０）に変えてやると搬送波の発生は停止する。したがって上記のプログラムのサウブルーチン中にCCP1CON=１２ と CCP1CON=０ を適当に入れてやることによって外付け７４HC08のANDゲートなしで１６F628Aのみで目的のパルスパターンを発生させることが出来るようになる。 結局今回やったことは；
１） ANDゲートを除いて簡素化した回路にした（下に示す）。
２） プログラムの改良
そしてこの簡素化したバルスパターン発生回路は上記のものと全く同じように動作することが分かった。 何よりの収穫は３８KHｚ搬送波の発生をON/OFF出来ることを知ったこと。
改良したプログラム
プログラム中に作成するパルスパターンの位相（HとL）は上記のものと同様にIR receiver moduleの出力に対して反転していることに注意。
'****** 'プログラミング備忘録 ********
'PWMtestBB1.bas 2009.6.5 modified program
'PIC16F628A
'****** Pin connection ******
'16F628A
'B3(P9) - Output of 38KHz data
'B1(P7) SWdown --> pull-up (to 5V) via 4,7K --> to GND if pressed
'B2(P8) SWup --> pull-up (to 5V) via 4,7K --> to GND if pressed
'******* Program ******
CMCON=7 'No comparator
VRCON=0 'A/D voltage reference disabled
TRISB=%11110110 'B.3=PWM output, B.0=Control output, B.1&2=Keyin
PR2=25 'Set PWM for 38KHz
CCPR1L=13 'Set PWM for 50% duty cycle
CCP1CON=%00001100 'PWM mode selection PWMのON/OFF
T2CON=%00000100 'Timer2 ON + 1:1 prescale
SWdown var PORTB.1 'SWdown for the generation of pulse patterns (SW=switch)
SWup var PORTB.2 'SWup for the generation of pulse patterns
Start:
CCP1CON=12 '=%00001100 PWM enable
Keyin: 'Wait SWdown & SWup entry.
If SWdown=0 then Plspattern1
If SWup=0 then Plspattern2
Goto Keyin
Plspattern1: '"DENGEN" key of Funai RC-7 remote controller “電源”キー
Gosub w40msH '40-ms H pulse
Gosub w3p5msL '3.50-ms L pulse
Gosub w3p35msH '3.35-ms H pulse + 1-ms L pulse
Gosub w0p85msH '1, 850-us H pulse + 1-ms L pulse - 1-24 パルス２４本の番号
Gosub w0p85msH '2, 850-us H pulse + 1-ms L pulse
Gosub w0p85msH '3, 850-us H pulse + 1-ms L pulse
Gosub w2p5msH '4, 2.5-ms H pulse + 1-ms L pulse
Gosub w0p85msH '5
Gosub w2p5msH '6
Gosub w0p85msH '7
Gosub w0p85msH '8
Gosub w0p85msH '9
Gosub w0p85msH '10
Gosub w0p85msH '11
Gosub w2p5msH '12
Gosub w2p5msH '13
Gosub w2p5msH '14
Gosub w2p5msH '15
Gosub w0p85msH '16
Gosub w2p5msH '17
Gosub w0p85msH '18
Gosub w2p5msH '19
Gosub w2p5msH '20
Gosub w2p5msH '21
Gosub w2p5msH '22
Gosub w2p5msH '23
Gosub w0p85msH '24
Goto Start
Plspattern2: '"TV/VIDEO" key of Funai RC-7 remote controller “テレビ／ビデオ”キー
Gosub w40msH '40-ms H pulse
Gosub w3p5msL '3.50-ms L pulse
Gosub w3p35msH '3.35-ms H pulse + 1-ms L pulse
Gosub w0p85msH '1, 850-us H pulse + 1-ms L pulse - 1-24 パルス２４本の番号
Gosub w0p85msH '2, 850-us H pulse + 1-ms L pulse
Gosub w0p85msH '3, 850-us H pulse + 1-ms L pulse
Gosub w2p5msH '4, 2.5-ms H pulse + 1-ms L pulse
Gosub w0p85msH '5
Gosub w2p5msH '6
Gosub w0p85msH '7
Gosub w0p85msH '8
Gosub w0p85msH '9
Gosub w0p85msH '10
Gosub w0p85msH '11
Gosub w0p85msH '12
Gosub w2p5msH '13
Gosub w2p5msH '14
Gosub w2p5msH '15
Gosub w0p85msH '16
Gosub w2p5msH '17
Gosub w0p85msH '18
Gosub w2p5msH '19
Gosub w2p5msH '20
Gosub w2p5msH '21
Gosub w2p5msH '22
Gosub w2p5msH '23
Gosub w2p5msH '24
Goto Start
'Subroutines --- これらのサブルーチンが肝心要の部分
w40msH: ’40-ms H pulse at IR receiver module’s output pin
CCP1CON=0 ‘=%00000000 PWM disable PWMをOFFにする＝搬送波は出ない（重要）
Low PORTB.3 ‘L（０V）の時間を４０ｍｓつくりPORTB.3より出力する
Pause 40
CCP1CON=12 ‘=%00001100 PWM enable PWMをONにする（元にもどす）
Return
w3p5msL: ‘3.5-ms L pulse at IR receiver module’s output pin
CCP1CON=12 ‘PWMをONにして38KHｚ搬送波でH（５V）の時間を３．５ｍｓつくる（重要）
Pauseus 3500
Return
w3p35msH: ‘3.35-ms H pulse at IR receiver module’s output pin
CCP1CON=0 ‘PWMをOFFにする（重要）
Low PORTB.3 ‘L（０V）の時間を3.35ｍｓつくりPORTB.3より出力する
Pauseus 3350
CCP1CON=12 ‘PWMをONにして38KHｚ搬送波でH（５V）の時間を１．０ｍｓつくる（重要）
Pauseus 1000 '1-ms L pulse at IR receiver module’s output pin
Return
w0p85msH: ‘0.85-ms H pulse at IR receiver module’s output pin
CCP1CON=0 ‘PWMをOFFにする（重要）
Low PORTB.3 ‘L（０V）の時間を0.85ｍｓつくりPORTB.3より出力する
Pauseus 850
CCP1CON=12 ‘PWMをONにして38KHｚ搬送波でH（５V）の時間を１．０ｍｓつくる（重要）
Pauseus 1000 '1-ms L pulse at IR receiver module’s output pin
Return
w2p5msH: ‘2.5-ms H pulse at IR receiver module’s output pin
CCP1CON=0 ‘PWMをOFFにする（重要）
Low PORTB.3 ‘L（０V）の時間を２．５ｍｓつくりPORTB.3より出力する
Pauseus 2500
CCP1CON=12 ‘PWMをONにして38KHｚ搬送波でH（５V）の時間を１．０ｍｓつくる（重要）
Pauseus 1000 '1-ms L pulse at IR receiver module’s output pin
Return
End
'****** End of program ******
'Note:
'AKI Programmer's configurations:
'FOSC – INTOSC_GPIO, WDTE –
Enable, PWRTE – Disable, MCLRE – Internal, BODEN – Enable,
'LVP-RB4:GPIO, CPD –
Not_Protect, CP – Not_Protect
追加：１２Ｆ６８３でＨａｒｄｗａｒｅ ＰＷＭを使い３８ＫＨｚ搬送波を出す（２０１０．６．４）
１５０円で手に入る８ピンの１２Ｆ６８３がＨａｒｄｗａｒｅ ＰＷＭ機能を備えていることを知った。上で述べた16F628Aと同じようの動作するか試してみた。テストに使った回路図を下に示す。ＰＷＭの出力はＧＰ２（Ｐｉｎ５）からだけに限定される。
プログラム
'ＨＰＷＭを発生させる設定は上述の16F628Aのそれとほぼ同じである。すなわち、CMCON=7を除いたこと、TRISIOのビット数が６に減ったことなどが違う点である。、
‘********************************
'12F683HPWM.bas 2010.6.4 38.75KHz-PWM output from GP2 (Pin5) Works OK!
'12F683 with internal clock 4MHz
'******** Pin connection ***********
'Pin 1: Vdd (5.0V)
'Pin 8: Vss (GND)
'Pin 7: GPIO.0: input - connected to Vdd(+5V) and GND
via 5k-VR
'Pin 5: GPIO.2: output - 38KHz PWM
'Pin 4: GPIO.3: input - connected to MCLR via 4.7kR
to Vdd
'********** Program **********
VRCON=0
'A/D voltage reference disabled
TRISIO=%111000 'GP2 - PWM output
PR2=25
'Set PWM for 38KHz (24 for 40KHz)
CCPR1L=13
'Set PWM for 50% duty cycle
CCP1CON=%00001100 'PWM mode selection
T2CON=%00000100 'Timer2 ON + 1:1 prescale
'********* End of program *********
'Note:
'melabs U2 Programmer's configurations:
'OSC - INTOSCIO; WDTE - Enable;
Power-up Timer - Disable
'MCLRpin –
Reset ; BODEN - Enable; Internal External Switch Over-Enable, Fail-Safe Clock
Monitor - Enable, Code – Not Protect, Data EEPROM- Not Protect
上のプログラムを走らせると以下のような連続波が出力され、その周波数は３８．７５ＫHzであった。オシロのＤＣ出力モードで測定。
上の連続波を拡大したもので、Ｄｕｔｙ Cycleがぼぼ５０％であることが分かる。測ってみたら理論通り１つの方形波の波長が２５mｓ前後であった。
