半田トレーニングとして、今回は熊ちゃんのランプを作りましょう。
完成品はこのようなものです。
■回路図
LED基板
■パーツリスト
抵抗 | 680KΩ*1、220KΩ*1、2.2Ω*1 | R1,R2,R3 |
汎用整流用ダイオード | 1N4007*4 | D1,D2,D3,D4 |
LED | 3mm赤*1 | LED |
LED | 5mm白*12 | LED1～LED12 |
フィルムコンデンサ | 334／400V*1 | C1 |
スイッチ | *1 | K1 |
蓄電池 | *1 |
|
基板 | *2 |
|
ランプシェル | セット*1 |
■SCCB紹介
SCCB (Serial Camera Control Bus) は、OmniVision社のシリアル カメラ バス プロトコルです。OV7670 などの OV で始まるカメラ モジュールは、SCCB プロトコルを使用します。I2C プロトコルと類似しているため、SIO_C、SIO_DをSCL、SDAと呼びます。
本文は2線式SCCBプロトコルの内容とプログラム実装を中心に解説します。
■回路図
2線式SCCBに対して、SIO_CとSIO_Dだけを接続すればよいです。
■プロトコルの内容とプログラム実装
2 線式 SCCB バス
プロトコル解析
<1>送信開始フラグ: 送信 (データの読み取りまたは書き込み) ごとに、下図に従って SIO_C と SIO_D に指定されたHIGH-LOWレベルを出力する必要があります。対応するレベルを受け取ると、Slaveは転送開始が判ります。次のように操作します。SIO_CがHIGHのままでSIO_DをHIGHからLOWに変換して、SIO_CをLOWに戻ります。
void SCCB_Start(void) {
SCCB_SDA = 1;
SCCB_SCL = 1;
delay_us(50);
SCCB_SDA = 0;
delay_us(50);
SCCB_SCL = 0;
}
<2>送信完了フラグ：Slaveに送信完了を通知します。次のように操作します。SIO_CがHIGHのままでSIO_DをLOWからHIGHに変換します。
void SCCB_Stop(void) {
SCCB_SDA = 0;
delay_us(50);
SCCB_SCL = 1;
delay_us(50);
SCCB_SDA = 1;
delay_us(50);
}
<3>伝送フェーズ
<4>書き込み
フェーズ1：SCCBプロトコルは複数のSlaveに転送ができるため、Slaveの番号が伝える必要があります。実際のIDアドレスは8bitで、bit7～bit1はSlaveの番号ですが、0～127のトータル128のSlaveに転送が可能です。bit0はSlaveにデータを書き込み(0)か読み取り(1)かを示しています。9bit目はDon't
careビット（上図Xのビット）です。例えば、OV7670の場合、Masterから 8bitのデータを受信した後、SIO_C=1の期間にSlaveはSIO_DピンにLOWをセットします。この間、MasterはSIO_Dのレベル情報を読み取って判断する、LOWレベルを読み取った場合は、Slaveはフェーズ1の最初8bitを正常受信したことを示して、送信は成功します。それ以外の場合、送信は失敗します。
フェーズ2：データが書き込まれるレジスタの番号をスレーブに送信します。レジスタの番号は、OVセンサーのデータシートに記載されています。レジスタの番号も 8bitのデータです。
同様に、フェーズ2の9bit目もDon't careビットであり、このbitの説明はフェーズ1と同じです。
u8 SCCB_WR_Byte(u8 dat) { // 一つフェーズを書き込み
u8 j, res;
for (j = 0; j < 8; j++) {
if (dat&0x80) SCCB_SDA = 1;
else SCCB_SDA = 0;
data<<=1;
delay_us(50);
SCCB_SCL = 1;
delay_us(50);
SCCB_SCL = 0;
}
SCCB_SDA_IN(); // 或いはpinMode(SDA, INPUT); Slaveは値をセット可能
delay_us(50);
SCCB_SCL = 1; // SCLをHIGHにする、Slaveはデータを受信した後、SDAをLOWに
delay_us(50);
if (SCCB_READ_SDA) res = 1; // SDAはHIGHの場合、送信失敗
else res = 0; // 送信成功
SCCB_SCL = 0;
SCCB_SDA_OUT(); // あるいは pinMode(SDA, OUTPUT);
Return res;
}
三つフェーズを書き込みの関数：
u8 SCCB_WR_Reg(u8 reg, u8 data) {
u8 res = 0;
SCCB_Start();
If (SCCB_WR_Byte(SCCB_ID)) res = 1; // OV7670の場合は0x42
delay_us(100);
if (SCCB_WR_Byte(reg)) res = 1;
delay_us(100);
if (SCCB_WR_Byte(data)) res = 1;
SCCB_Stop();
return res;
}
<5>読み取り操作
Slaveのレジスタから 1 バイトのデータを読み取る時、次の 2 つのデータ送信プロセスが必要です。
①2 フェーズ書き込み送信プロセス：MasterからSlaveに2フェーズを送信します。最初のフェーズは、スレーブの ID 番号を示します。 2 番目のフェーズは、スレーブのどのレジスタから読み取るかを示します。
void SCCB_No_Ack(void) {
delay_us(50);
SCCB_SDA = 1;
SCCB_SCL = 1;
delay_us(50);
SCCB_SCL = 0;
delay_us(50);
SCCB_SDA = 0;
delay_us(50);
}
２フェーズを読み取り関数
u8 SCCB_RD_Byte(void) {
u8 temp = 0, j;
SCCB_SDA_IN();
for (j = 8; j > 0; j--) {
delay_us(50);
SCCB_SCL = 1;
temp = temp << 1;
if (SCCB_READ_SDA) temp++;
delay_us(50);
SCCB_SCL = 0;
}
SCCB_SDA_OUT();
return temp;
}
レジスタから読み取り関数：
u8 SCCB_RD_Reg(u8 reg) {
u8 val = 0;
SCCB_Start();
SCCB_WR_Byte(SCCB_ID);
delay_us(100);
SCCB_WR_Byte(reg);
delay_us(100);
SCCB_Stop();
SCCB_Start();
SCCB_WR_Byte(SCCB_ID|0x01);
delay_us(100);
val = SCCB_RD_Byte();
SCCB_No_Ack();
SCCB_Stop();
return val;
}
■周波数
PWMとは、Pulse Width Modulationの略で、波長のような制御を行います。
細かい部分で見ると、ONとOFFを一定間隔で繰り返しているだけです。
ここで周波数といった名前が登場しますが、ONの長さの事を指します。
ブザーにとっての周波数とは、ドレミの音階を指定することができることになります。
ESP32では、PWM制御の関数が用意されております。（ledcSetup、ledcAttachPin、ledcWriteTone）
■音階
音階は、「音を高低の順番に並べたもの」あり、音の高低は周波数で表します。
音は、周波数が半分になると１オクターブ低くなり、周波数が倍になると１オクターブ高くなります。
１オクターブには１２の音があり（①ド、②ド＃（レ♭）、③レ、④レ＃（ミ♭）、⑤ミ、⑥ファ、⑦ファ＃（ソ♭）、⑧ソ、⑨ソ＃（ラ♭）、⑩ラ、⑪ラ＃（シ♭）、⑫シ）、
その１２の音は、隣り合う半音間での周波数の比率が同じです。（音階に対して等比数列的に増える）
音階と周波数の関係は下記サイトをご参照ください。
■配線図
■プログラム
#define BUZZER_PIN 2 // ブザーのピン番号#define BUZZER_CHANEL 0 // ブザーのチャネル番号#define BEAT 250 // 音の長さ（0.25秒間隔）#define G3 196 // ソ3#define C4 261.6 // ド4 1#define D4 293.665 // レ4 2#define E4 329.63 // ミ4 3#define F4 349.228 // ファ4 4#define G4 391.995 // ソ4 5#define A4 440 // ラ4 6#define B4 493.883 // シ4 7#define C5 523.251 // ド5 ivoid playTone(double tone, int num) {ledcWriteTone(BUZZER_CHANEL, tone);delay(BEAT * num);}void playTone(long tone) {playTone(tone, 2);}void playMusic() {// 1 2 3 1 | 1 2 3 1 | 3 4 5 - | 3 4 5 - |// 56543 1 | 56543 1 | 3 5 1 - | 3 5 1 -playTone(C4);playTone(D4);playTone(E4);playTone(C4);playTone(C4);playTone(D4);playTone(E4);playTone(C4);playTone(E4);playTone(F4);playTone(G4, 4);playTone(E4);playTone(F4);playTone(G4, 4);playTone(G4, 1);playTone(A4, 1);playTone(G4, 1);playTone(F4, 1);playTone(E4);playTone(C4);playTone(G4, 1);playTone(A4, 1);playTone(G4, 1);playTone(F4, 1);playTone(E4);playTone(C4);playTone(E4);playTone(G3);playTone(C4, 4);playTone(E4);playTone(G3);playTone(C4, 4);}void setup() {ledcSetup(BUZZER_CHANEL, 12000, 8);ledcAttachPin(BUZZER_PIN, BUZZER_CHANEL);}void loop() {playMusic();delay(1000);}
■問題
ARDUINO環境で、ESP32-C3の開発ボードに書き込み時、下記エラーが出てます。
A fatal error occurred: Invalid head of packet (0x47)
■原因
新発行のESP32-C3開発ボードに対して、ARDUINOはまたサポートしておりません。
解決方法としては最新のLIBをインストールする
■インストール手順：
・最新版ARDUINOをダウンロード＆インストールする
https://www.arduino.cc/en/software
・最新のESP32LIBを切り替える
https://github.com/espressif/arduino-esp32から、ESP32をZIPでダウンロードする
に解凍する
解凍後はこのイメージです
■ESP32-C3開発ボード
ESP32-C3はLEDコントローラーが持っています。これを使って、簡単に雰囲気ランプ効果ができます。
今回は、ESP-C3-32開発ボードを利用します。下記ようなものです。
上図をみると、IO3、IO4、IO5のいずれもRGB LEDを繋がっています（それぞれはR、G、Ｂです）から、サンプルとして、今回はIO3（赤色）を利用しましょう。
PWMをコントロールするために、下記設定が必要です：
１、タイマーを配置： のDuty比率を指定する
２、チャネルを配置：PWMデータ出力のGPIO
３、ハードウェアのFadeOn機能を利用し、LEDの明るさを変更する
楽鑫は相応の構造体を提供しました。提供している構造体を利用してやりやすいです。
ledc_timer_config_t ⇒ タイマー配置用
ledc_channel_config_t ⇒ チャネル配置用
■プログラム
ledcはESP32のLED用高精度PWM機能です。通常のPWMだけでなく、ledc_set_fade_with_timeとledc_fade_startを使えば自動的に指定秒数でfadeしてくれて大変便利。
#include <stdio.h>#include "freertos/FreeRTOS.h"#include "freertos/task.h"#include "driver/gpio.h"#include "driver/ledc.h"#include "sdkconfig.h"#include "driver/ledc.h"#define BLINK_GPIO_R 3#define BLINK_GPIO_G 4#define BLINK_GPIO_B 5#define LEDC_TEST_DUTY 1000#define LEDC_TEST_FADE_TIME 2000ledc_timer_config_t ledc_timer;ledc_channel_config_t ledc_channel;void setup() {ledc_timer.duty_resolution = LEDC_TIMER_10_BIT; // PWM Dutyledc_timer.freq_hz = 1000; // PWM信号の周波数ledc_timer.speed_mode = LEDC_LOW_SPEED_MODE; // タイマーモード(低速)ledc_timer.timer_num = LEDC_TIMER_0; // タイマー インデックスledc_timer_config(&ledc_timer);ledc_channel.channel = LEDC_CHANNEL_0;ledc_channel.duty = 0;ledc_channel.gpio_num = BLINK_GPIO_R;ledc_channel.speed_mode = LEDC_LOW_SPEED_MODE;ledc_channel.timer_sel = LEDC_TIMER_0;ledc_channel_config(&ledc_channel);ledc_fade_func_install(0);}void loop() {ledc_set_fade_with_time(ledc_channel.speed_mode, ledc_channel.channel, LEDC_TEST_DUTY, LEDC_TEST_FADE_TIME);ledc_fade_start(ledc_channel.speed_mode, ledc_channel.channel, LEDC_FADE_NO_WAIT);vTaskDelay(LEDC_TEST_FADE_TIME / portTICK_PERIOD_MS);ledc_set_fade_with_time(ledc_channel.speed_mode, ledc_channel.channel, 0, LEDC_TEST_FADE_TIME);ledc_fade_start(ledc_channel.speed_mode, ledc_channel.channel, LEDC_FADE_NO_WAIT);vTaskDelay(LEDC_TEST_FADE_TIME / portTICK_PERIOD_MS);}
■最終結果
ledc_channel_config_t ledc_channel[3];ledc_channel[0].channel = LEDC_CHANNEL_0;ledc_channel[0].duty = 0;ledc_channel[0].gpio_num = BLINK_GPIO_R;ledc_channel[0].speed_mode = LEDC_LOW_SPEED_MODE;ledc_channel[0].timer_sel = LEDC_TIMER_0;ledc_channel[1].channel = LEDC_CHANNEL_1;ledc_channel[1].duty = 0;ledc_channel[1].gpio_num = BLINK_GPIO_G;ledc_channel[1].speed_mode = LEDC_LOW_SPEED_MODE;ledc_channel[1].timer_sel = LEDC_TIMER_1;ledc_channel[2].channel = LEDC_CHANNEL_2;ledc_channel[2].duty = 0;ledc_channel[2].gpio_num = BLINK_GPIO_B;ledc_channel[2].speed_mode = LEDC_LOW_SPEED_MODE;ledc_channel[2].timer_sel = LEDC_TIMER_2;ledc_channel_config(&ledc_channel[0]);ledc_channel_config(&ledc_channel[1]);ledc_channel_config(&ledc_channel[2]);
