Week10. Output Devices

• Authors: Jun Kawahara, , Kai Naito, Rico Kanthatham, Georg Tremmel, Yosuke Tsuchiya
• Created: 3/1/2019, Last Updated: 27/03/2025 by Yosuke Tsuchiya

Assignment

Assessment 2025 - Output Devices

• Group Assignment:

  • Measure the power consumption of an output device

• Individual Assignment:

  • Add an output device to a microcontroller board you’ve designed and program it to do something

Learning Outcomes

• Demonstrate workflows used in controlling an output device(s) with MCU board you have designed.

Agendas

• Class Review
• Assignment Review
• Lab Equiplments
• Schedule and Plan for lab works

Class Review

今週のテーマは電源管理。

• Input Devicesで扱ったセンサー類は、概ね3.3vから5Vで駆動するものがほとんどでしたが、Output Devicesでは、より大きな電力が必要となる
• キーポイントとして挙げられたのが以下の３つ
  • Electrical Safety
  • Power Supply（電源供給）
    • 通常のPCのUSBポートからの電源供給にも制限がある
  • Current Measurement（電流測定）

様々なOutput Devicesの紹介

• 大きく３つの系統のOutput Devicesを紹介される
  • LED（光り物）
    • RGB LED
    • Power LED
    • LED Array
    • ちなみに、LED１つ追加しただけではAssignmentクリアにはなりませんのでご注意ください。
  • ディスプレイ
    • LCD
    • OLED
    • TFT
    • VGA Video（授業では古いのでSkipされた）
  • モーター
    • DC Motor
    • Brushless DC motor
    • servo motor
    • stepper motor
    • MTMで重要になってきます

PWM

• パルス幅変調：パルスのON時間を調整することで電力を制御する技術。モーター制御や電源回路などで広く使われている。
• イメージ的には、アナログ信号の出力でOutput Devicesをコントロールする
  • Arduinoには、analogWrite()という関数があり、これを使ってLEDの輝度をコントロールすることができる
  • ESP32では別の関数(ledc)がある
• PWMを使う場合は、各マイコンのどのピンでPWMが利用可能かを確認（Pin Assignがある）
• ただし、敢えてPWMを使わなくても、モーターやLEDの制御は可能
  • 大抵の場合はArduinoにライブラリが用意されている。
  • DCモーターを使う場合は必要となる

Assignment Review

Group Assignment

Measure the power consumption of an output device

• アクチュエータをマイコンに繋いでプログラムでコントロールし、その際の電力供給具合を測定する
• Lab Equipments
  • 安定化電源
  • マルチメーター
  • オシロスコープ
• アクチュエータはなんでもいい。
  • わかりやすいのはモーター（サーボモーター、ステッパーモーター）を安定化電源で動作させる
  • モーター起動時、駆動時と静止時での電源供給具合の違い
  • LEDも1つで駆動している時と、個数を増やすごとに電力が増えていく（のを確認する）

Individual Assignment

Add an output device to a microcontroller board you’ve designed and program it to do something

自分でデザインした基板に何かOutput Deviceを追加する。それを動かすコードを作成し、Workすることを示す。

ラボにあるOutput Devices

• 各種LED
• RGB LED
  • 3本足のもの
  • Neopixel(WS2812B)
    • 参考1, XIAOでの回路
    • 参考2, テープカットしての利用法
• Power LED
  • 型式不明のもの
  • 花御堂さんから提供いただいたもの
• ディスプレイ
  • LCDディスプレイ
• モーター
  • サーボモーター
    • SG90マイクロサーボ
  • ステッパーモーター
    • MTM向けにマシンを自作するために用意しているもの
    • NEMA17形式のステッパーモーター
    • モータードライバは A4990, DRV8825が数個（回路図）
    • ドライバのVMOTに安定化電源からの9V~12Vを入力するが、1000uFのコンデンサーが必要（ラボにあるか未確認）
    • グループ課題で使うならCNCシールド+Arduino UNOで行った方が速いし、のちのMTMの勉強にもなる

インストラクター（槌屋）私物で貸せるもの

ディスプレイ

• フルカラーOLED SSD1331
• ILI9341 TFTディスプレイ

モーター

• DCモーター
• マブチモーター（ミニ四駆とかを動かすのに使うタミヤ製の）
• サーボモーター（上と同じ）
• ステッパーモーター
  • NEMA17 + DRV8825 + CNC Shield 3.0
• Neopixel

注意点

XIAOはどれも3.3vで動作するマイクロコントローラです

• 5vをかけると壊れるので注意を
• 5V系のOutput Devicesを動作させる際は回路と各ピンからの許容出力電流に気をつけること
  • GPIOピンは通常は2mA以下。

Schedule and Plan

• 各自どのOutput Deviceを使うか

• 今週のスケジュール

  • 日曜日は午前中はラボが利用できません。日曜日のラボ作業は午後からになります。

• Recitationは無し

• Midterm Review
  • Global Evaluatorとのミーティングの予定あり
  • ゆうかさんとのインタビューも設定させていただきます。