電子工作向きの高性能ひずみゲージアンプADS122U04をM5Atomに接続しました。
今までは、mbed LPC1768に接続していたのですが、ADSのメリットである小型化を生かすためにM5Atomと組み合わせました。
●２０２４年８月 ３年ぶりにAD122U04の新基板とプログラム更新しました。
本記事は２０２１年９月ですが、この小さな基板は、コンセプトモデルで実験には使ってませんでした。３年ぶりに使ってみると
小型のターミナルブロックがねじ締が弱く、接触抵抗がばらついてダメでした。そこで、新基板を作成し、プログラムも更新しました。
今回は、CPUとアンプ基板は分離型です。
●ADS122U04についての紹介記事はこちら
シンプルで安くて小さくて精度と速度が速いというパフォーマンス抜群のアンプです。
TIの製品サイト https://www.tij.co.jp/product/jp/ADS122U04#top
【ひずみゲージアンプ】ADS122U04の動作その1＜UARTで楽ちん動作＞
【ひずみゲージアンプ】ADS122U04の動作その2＜2CHで370Hz出る＞
●用意するものとADS122U04の半田付けは、紹介記事に書いてあります。
●M5Atom用配線図
注意１）RESETを３．３Vにプルアップしておくこと
注意２）信号線に抵抗47Ωをいれておくこと
※ひずみゲージブリッジの接点との接続は、汎用なので覚えておく必要があります。
決まり１：1番ゲージー2番ゲージ－3番ゲージー4番ゲージ-1番ゲージと時計回りに周回接続します。
決まり２：接点①＝1番ゲージと4番ゲージ、接点②＝1番ゲージと2番ゲージ、接点③＝2番ゲージと3番ゲージ
接点④＝3番ゲージと4番ゲージ
決まり３：接点①＝電源＋(3.3v)、接点②＝AINpピン、接点③＝ＧＮＤ、接点④＝AINnピン
（ロードセルの線色：接点①赤、接点②緑、接点③黒、接点④白 が多いですが、例外もあります）
決まり４：4ゲージブリッジが基本です、1ゲージとか2ゲージは温度ドリフトが大きすぎて難しい。
決まり５：得られる電圧値∝(R1+R3)-(R2+R4)となるので、ゲージの伸び縮みを組み合わせて所望の分力を得る
（ゲージが伸びると抵抗は増える、ゲージが縮むと抵抗は減る）
決まり６：私の場合ターミナルブロックの結線順は、左から接点①赤、接点③黒、接点④白、接点②緑としてます。
●ピッチ変換基板
秋月に0.65mmピッチの１６ピンがなかったので、SSOP２０ピン基板を使ってます。
●丸ピンIC用連結ソケット両端連結ピン
ロジアナ オシロで観察するには両端ピンが便利です。
●０６５ｍｍピッチＴＳＳＯＰチップの半田付け方法
半田の濡れ促進のためフラックスを用意しないとできません、アマゾンで売ってます。
やり方は、こちらの動画がわかりやすいです。私の場合は、半田がブリッジになってショートしてしまうので
最後に半田吸い取り線で半田を除去しながらショートを回避してます。
【MFT2019】TSSOPの半田付け練習＜何とかできそう＞
●基板実装
小型のターミナルブロックを２CH分使って基板を小型化しました。
このターミナルブロックは、アマゾンで売ってます。
●デバッグ用に中国製格安ロジアナがあったほうがいいです。
プログラムとADS122U04が正常に動作しているかチェックするために、ロジアナを常用してます。ロジアナがないとプログラムのdelayタイミングの最適化ができません。紹介記事
レジスタの設定が良いかどうかも最終的にロジアナで確認します。
中国製ロジアナ千円程度ですが結構使えるので電子工作必携品です。
実行コードとデータ内容とタイミングが目視で確認できます。
ＡＤＳ１２２Ｕ０４のピンを上下に長い丸ピンで制作しておけば、ロジアナやオシロでチェックしやすいです。
●ADS122U04の基本動作
仕様書37ページの表１５が基本となります。
rrrは、レジスタ番号ですが、最下位ビットのｘは使ってないダミーですが
その分ビットシフトしますので、レジスタ番号がビットシフトします。
レジスタ00=0x00,レジスタ01=0x02,レジスタ02=0x04,レジスタ03=0x06
レジスタ04=0x08となるので注意です。
モードがたくさんあって混乱するのですが、ここで使っているのをご説明します。
★動作概要
マニュアルモード＝AUTOでなく、プログラムからSTART/SYNC命令をいれて、DRDYタイミング信号を開始します。タイミングは指定周波数で発生します。
データを取得する命令は、RDATAです。RDATAの直後にSerial2.read()を3回繰り返して3byteのデータを読み込みます。
・Manualモード：プログラムでSTART/SYNC RDATAを命令してからデータを取得します。
・Contiuousモード：START/SYNC命令を一回いれると以降連続してＤＲＤＹタイミングが発生します。ですので、RDATAをいれてデータを３バイトよむ動作を繰り返してデータを取得します。
対のSingleShotモードだと毎回START/SYNC命令をいれてからRDATAするので周期はプログラム次第で決まりますので、サンプリングレートの定義通りにはなりません。
・Normalモード：サンプリングレートのクロックが普通、倍速はULTRAモードです。
・割り込み：Ｍ５ＡＴＯＭのＧＰＩＯ２３ピンにＤＲＤＹ線が接続して、FALLで割り込み関数へ飛びます。
・割り込み関数：flip()は、毎回CH定義を交代させてます。偶数回ではAIN0p-AIN1nで１CH測定
奇数回では、AIN2p-AIN3nで２ＣＨ測定します。
●レジスタ設定例（設定しているコードにコメントが入ってます。）
①レジスタ０：CHとピン番号の定義とゲインを定義するレジスタ
割込関数flip()内のCH切り替えで使います。
偶数回：0000でAIN0p-AIN1nを１CHに定義します。
奇数回：0110でAIN2p-AIN3nを２CHに定義すます。
ゲインは１２８です。
②レジスタ１：DataRate定義とNormalモード、Contiunuousモード、電圧ref定義
レジスタ１は、モードだらけで混乱しやすいのですが、Normal,Continuous,refは、11とします。
③レジスタ２：DRDYとDCNT、INVERT,BCS 、IDAC定義
ここはdefaultとBCS onで０ｘ０８とします。BCS Off で0ｘ００とします。
④レジスタ３：切り替え機能IMUXの定義 マニュアルモード指定
defaultで０ｘ００でいいです。
⑤レジスタ４：ＧＰＩＯの方向と機能選定してＤＲＤＹ信号の定義します。
GPIO2にＤＲＤＹ信号出力を定義します。
GPIO2DIRは、OUTPUTになります。
GPIOSELは、DRDYとなります。
0100 1000=0x08となります。
●M5Atom用サンプルプログラム
https://gist.github.com/dj1711572002/d4802b5b6e1aedf3719584c40d725f61
配線図通りに配線すれば、あとはGISTにあるコードをM5Atomにコンパイルすれば動作します。
私がミスったのは、RESETピンを3.3Vにプルアップしてなかった点とRREGのレジスタアドレスを間違っていた点
で数時間トラブりました。
おかしかったら上記ロジアナでデバッグしてみてください。
概要１：２ＣＨ用プログラムです。
概要２：レジスタ設定は、600spsです。M5Atomの場合115200bpsでしかUSBシリアルが動作しないので1000SPSだと送信タイミングで遅延してしまうので速度があがりません。
=>USBシリアルでなくESP-NOWで無線送信すれば高速なので、遅延がないので後日改良します。
概要３：原理は、ＤＲＤＹ線をM5Atomのピン２３に接続して、ピン割り込みをかけてます。
pinMode(DRDY, INPUT_PULLUP);
attachInterrupt(DRDY, flip,FALLING);//DRDY 下がりエッジで割り込み関数flipへ飛ぶ
概要４：割り込み関数flip()は、偶数回目でＣＨ１奇数回目でＣＨ２を切り替え測定していて、ＣH間遅延が２msecほど発生してます。２CHの周期は、4msec丁度です。
遅延と周期はプログラム速度で決まりますので、最終的に測定してきまります。
●TeraTermでのログ例
[１Ch電圧,２Ch電圧,１CH時刻msec,2CH時刻msec] を２CHが終了した時点Serial.println出力してます。
| #include <M5Atom.h>
//—————-Texsus ADS122U04————————– //—–Register00[7:4(MUX)3:1(GAIN)0(PGA_BYPASS)]————————————————————– //—–Register01[7:5(DataRate)4:(OperationMode)3:(ConversionMode)2:1(VREF)0:(TemperatureSensor mode)]——— } //—–Register02[7:DRDY)6:(DCNT)5:4(CRC)3:(BCS)2:0(IDAC)]—————————————————– //—-Register03[7:5(I1MUX)4:2(I2MUX)1(RSERVED)0(AUTO)]—————————————————- delayMicroseconds(1000); //Serial.println(“====Start/Sync Go=============”); } void loop() { //==================InterruptIn DRDY==================== Serial2.write(0x55); Serial2.write(0x55); //Serial.print(“d0=%x,d1=%x,d2=%x,data=%d\n\r”,d0,d1,d2,data); //myled = !myled; |
●動作確認
3軸のロードセルユニットのFzとFxを接続して動作確認しました。
この２CH小型アンプユニットをスキーの曲率センサ用に使います。
