[にょろにょろ工房]電子工作: LED Archives

■開発の段取り
USBの配線規格

汎用USB-IO
製品案内：各社の製品とその違い
MINI-EZUSB
cypressの開発環境
汎用USB-IO互換をモトに使用する
ファームをeepromから読み込む
ファームを書き換える

VBでテスト
ドライバ
DLL
サンプルアプリ

PIC
動作チェック
開発環境

EZ-USBとPICの通信方法
ピンアサイン
EZUSBのファーム変更
通信規格
動作電圧の違いの吸収

LEDの明るさの調整（疑似PWM制御）

RGB LED制御
FET
電流制限

バイブレーター
FET
電流制限
ノイズ対策

■参考情報
・USBコネクタの配線調査
５．参考資料 (USBの規格)
USBの規格
コネクタの形状，線材の仕様，ピンアサインなどのドキュメント
供給電圧は5V，最大電流はローパワーデバイスは100mA、ハイパワーデバイスは500mAまで．
具体的なピンアサインは以下の通り．
ピン番号 信号名 説明
1 VCC +5 VDC
2 D- データ -
3 D+ データ +
4 GND グラウンド
・USB-IOの情報
Morphy USB-IO の仕様
汎用USB-IO試用レポート
モルフィーの汎用USB-IO　VendorID = 0x0BFE　ProductID = 0x1003
Km2Netの汎用USB-IO　VendorID = 0x1352　ProductID = 0x0100
テクノキットの汎用USB-IO　VendorID = 0x12ED　ProductID = 0x1003
・テクノキット[USB-IVB]もどき作成
USB-IO動作テストプログラム
・beans-soft
・USBIOTEST
・Radioisotope：雑多部屋：USB-I/Oをいじる - とにかく動かしてみる
ソース付きサンプル

K-Kのぺ〜じのDLL（HSP USB-IO用プラグイン　Ver 0.1e）をVisualBasicで呼び出し、USB-I/O を制御(ソース) DLLの宣言をしている標準モジュールは
バケさんの趣味の部屋に掲載されている物(どれだ？)
・ActiveBasicサンプルソフト・VC++/VBのサンプルとEZ-USBの通信テスト（上記）

・MINI EZUSB

回路図

※同じ石を使った製品情報
USB＜−−＞シリアル（RS-232C）変換ケーブル


・EZ-USBファーム（USB-IO互換）
標準HIDデバイス対応で USB-IO 互換化

USB-IO 互換ファームウェア (14KByte LZH 圧縮) ....Product ID は 0x1004 として
PC 用制御サンプルプログラム (VisualBasic 5.0)
Ｃ言語でお手軽に開発する


・EZ-USB 24LC64のファーム書き込みテスト
・一度書き込んでしまった ROM のクリア方法

・先頭バイトをクリアする専用ファームウェア
■段取り
・VB環境のセットアップ

・FET回路周り（石の選定）

・RGB LEDコモン結線調査（アノード、カソード）

・EZ-USBファーム修正

・HUB 5Vバイパスの試験

・電流制限回路by「なふたふ新聞」
・バイブレーションモーターテスト

・PICピンの使い方（ ICP関連の共有部回路保護）
・PIC ICPの書き込みテスト
・PICリセット回路
・PIC-EZ-USB通信方法
・PIC-EZ-USB結線（3.3V-5V）
・PICプログラミング
・関連情報へのリンク、記録

picのメモ

USBプログラミング

EZ-USB でアマチュア USB 野郎になる

■ラフな構想
・LEDはRGBタイプのものを使って色を変えられるようにする。
・電源はUSBから供給される500mAを使う
・FlashからAciveX経由、またはDLL経由でマイコンと通信する。
・複雑なプログラムを書いている時間は取れなさそう。
・なるべく小さく作りたい。
・LEDの制御部分は扱いなれたPIC16Fで実装。ピン数多い877かな？

■構成のパターン

• 「USBN9603 + pic 877」
  後閑さんのプログラムを使って柏野さんの汎用DLLでVB上から制御
  基盤制作が必要
  


• 「EZ-USB(Cypress EZ-USB シリーズの AN2131QC )基盤 + pic877」
  いしかわきょうすけさんのプログラムでUSB-IO互換モードで使用（ファームの互換性、要確認）
  はがきPCで有名な三石印房から売りだされているActiveXで制御
  各マイコン、PC、機能の切り分けが簡単
  


• 「USB-IO( Cypress の CY7C63001A)基盤 + pic877」
  はがきPCで有名な三石印房から売りだされているActiveXで制御
  USB-IOの開発元は解散したモルフィー企画見たい。
  各マイコン、PC、機能の切り分けが簡単
  

■LEDと電球の違い

■LEDの使い方
LEDは直接電池や電源につなげると電流が流れすぎてすぐに壊れます。注意してください。

電気が流れる向き

向きが決まっています。
通常のダイオードとは違い、光を遮らないように電極が細いので、逆向きに電圧かけるとすぐ壊れます。
向きは足の長さや太さで見分けられます。長いほう、太い方がA（アノード）、短いほう、細い方がＫ（カソード）といいます。Aがプラス側、Kがマイナス側になります。
透明なものなら電極の形でもわかります。ただ、製品によって電極は違うので加工前に確認してください。

電圧降下について

トランジスタやダイオードは、電極の両側で一般的にはだいたい0.7V位電圧が降下します。
この分、電力を消費しているわけです。
LEDもダイオードですが、もう少し大きくなります。赤や黄色など波長の長い単色系のもので、1.75v位から2.3v位。青や青緑、青に蛍光を加えた白など、3v以上もあります。
カタログや店頭、ページで確認してください。
（実際にテスターではかってみると流れる電流で、若干変動していました。）

明るさは、LEDを流れる電流で決まります。
電流が多く流れると明るく、少ないと暗くなります。
ちょうどいい電流は、ものによっていろいろありますが、5mAから35mA程度までが対応範囲のようです。
各メーカーのページや部品屋の店頭に規格が出ているので、買うときにはメモしておきましょう。
実際には100mA程度は大丈夫みたいですが、寿命が短くなるようなので、なるべく規格以下の電流で使いましょう。

電流の制限の仕方

電圧がある程度一定でき、お安くあげる場合には抵抗を使い電流を制御します。
また、電圧が曖昧なときには定電流ダイオードCRDを使ったり、定電圧回路を使ったりします。

■例題を元に抵抗の値をを計算してみましょう。

条件
電源は9Vを考えてみます。
LEDは赤色、1.75v電圧降下する、30mA(0.030A)定格のものの使用（手元にあったので）。

計算
基本的にはオームの法則を使います。

抵抗は、LEDと電源の間に直列でつなぎます。
すでに書いたようにLEDの両端で電圧が下がります。残りを抵抗で消費させます。

ですから LEDが一つの場合は、残りの電圧は
9V - 1.75V = 7.25V
直列につなぐ抵抗の値は、オームの法則（電圧＝電流＊抵抗）により計算すると、
7.25V = 0.030A * 抵抗値　ですから
抵抗値 = 7.25V / 0.030A =241.6666....Ωになります。
実際にはこんな抵抗値のものは売っていないので、240Ωを使いましょう。

抵抗には、消費する電力の定格があるので、一応確認すると
電力 = 電流 * 電圧 = 0.030A * 7.25V = 0.2175W
となります。

安い抵抗（炭素皮膜）には1/4Wと1/2Wのものが多くありますが、
ここでは、 1/4W以下のものでぎりぎりセーフ。できれば1/2Wのものを使った方がいいでしょう。
（ちなみに、この電力、すべて発熱に回ります。抵抗が熱くなります。）

LEDと抵抗をあわせた回路全体での消費電力は
9V * 0.030A = 0.27W
です。

応用

LEDをたくさん使う場合には、電源からの電圧の範囲内で直列にすると、消費電力と発熱をおさえられます。
LED一つ足す毎に、電源電圧からLEDの降下電圧を引いていきます。

先ほどと同じ電源とLEDで、できるだけ多く直列に並べると
9V - (1.75V * 5個） = 0.25V
で５個並べられます。

先ほどと同じように抵抗値を計算します。
0.25V = 0.030A * 抵抗値ですから、抵抗値 = 0.25V / 0.030A =8.3333...Ωとなります。
抵抗で消費される電力はぐっと減って、
0.25V * 0.03A = 0.0075W

LEDと抵抗をあわせた回路全体での消費電力は先ほどと同じで、
9V * 0.030A = 0.27W
です。
熱になるエネルギーが光に変わっているので明るさ５倍で電力消費は一緒です。
かなりお得です。

実際には、 電源の電圧が安定しないことが多いのでマージンが必要です。
応用例では、8.75V以下に下がるとLEDが消えちゃいます。
（実際には定格の電圧降下値以下でも、なんとか光るものがあります。電球よりはシビアです。）

実電源の電圧は変動することが多いので、電圧の最小と最大を考えて計算します。
何とか点灯するところから、爆発しない範囲の間に納めます。
抵抗値やLEDを直列につなぐ数で調節したり、 電圧を安定させる回路を追加します。

CRDを使うと、かかる電圧にあわせて抵抗が変わり、電流を一定にできますが、
値段が高いことと、メーカーが少ないので15mAまでのものしかないようです。

試作では？
試作では懐中電灯は抵抗のみですが、ウィンカーは安定化電源回路も併せて組んでいます。
バッテリーレスのＳＲだと、測定値で6Vから18Vくらいまで電圧が変動していました。
抵抗だけでは、明滅しないようにできなかったのです。
ストップランプは電源用意しなかったので、エンジンの回転にあわせ明滅しています。

電球とは違い、オン／オフを繰り返しても全然平気みたいです。

より明るくしたい場合には、
直列につなげたLEDと抵抗の回路を、並列に並べます。

また、必ず、LEDと抵抗はセットにしてください。
そうしないとLEDの品質のばらつきで、電気が流れやすいところに電流が集中したりして、不具合が発生します。

掲載許可と、バイク向けに直したもの（オリジナルは24~48V仕様）考案中です。
有志？に試験、お願いしてます。回路図、そのうち載せます。
新兵器、FETを投入しています。
そのためバッテリーレスだと裏技、寝技が必要になりそうなので、うちの車両では使えなさそう。残念。
（FETは、ある程度電圧差がないと、効率がものすごく悪くなります。）

試作基板上では、LED120個、一日つけておいても、ぜんぜん平気な感じです。

途中なんですが、これをを参照。まだおかしなところあるんでご注意。
試作３
試作６

PIC16F628は16F84より電圧範囲が広いのでより動作が安定します。上がりかけたバッテリーでも安心？
ポジションの有無や点滅の周期、消え方など、組み付け後に変更可能なプログラムもセット。

本体は、部品数大幅減でかつ出力大幅アップ。
回路的な電流の制限をはずしたので 、レギュレータ内臓のリミッターが働くまで電気を流せます。
そのレギュレーターは高出力5Aまでいけるのですが、残念ながら発熱が増えちゃいました。
放熱対策が必要です。
材料費と組み立ては、部品のIC化を行ったので楽チンなはず。もうちょっとまっててね。

とりあえず、ウィンカーボディーの組み立ての部分だけアップ。

20MHz駆動。オーバークロックも可能。（意味無いですが）
４つのウィンカーを個別に制御することでハザードだけではなく、ヘッドライトとの連動や車幅灯を実現しつつ、パルス制御で明るさも16bit段グラデーションでなめらかに消灯。ウィンカー点灯時の無点灯時間を最小限に抑えました。
出力もトランジスタかレギュレーターが壊れるまで電流を流せる仕様に変更。（各ランプ1A、合計3Aまでは部品定格内。実際には組み付けによりますが半分以下でないと熱が怖いです）

部品は電線、コネクタを除いて秋葉原の秋月と千石で入手可能。

（注意）車種や配線により点火のノイズと思われる信号を拾うことが判明。
現在、解決策探索中です。ご注意ください。 PIC版のみです。
週末に簡単なノイズフィルターを装着実験する予定。さてさてどうなることやら。

→ノイズ対策の結果無事起動。1~2msecの長さの5~10V程度のパルスが点火コイルから....。

→ノイズ対策完了。無事に動いたみたい。後日方法は整理します。ちょっと一安心。同じ問題、ほかの車載マイコンシステム考えると必ず出てくるから。

pic版LEDのpicF84A版の回路図(（acrobat）190kb) 2003.1.29更新

上記のオリジナル回路図(（acrobat）130kb)
MPLAB用のソースコードなど一式（回路図込み、ZIP(134k)） 2003.1.29更新

エンジンの回転数やバッテリーの状態に影響されずに安定した明るさを保つ様になっています。

回路図はこちら（acrobat） 2003.2.1更新
部品リストはこちら 2003.2.1更新

■ストップランプなどを省略した簡略判回路も用意しました。
回路図はこちら（acrobat） 2003.2.5更新

LED化するときの問題はウィンカーです。単純に電球からLEDにすると、消費電力が減るので、純正部品のリレーが反応しなくなり動作しなくなります。リレーを変えるか、ライト以外の部分で電気を消費させるしかありません。ウィンカー一つで10Wから27Wくらいもあるので、消費する部分はほとんど電熱線状態です。これでは メリットが少なくなるので、リレーの部分を作り変えてみようと思います。

ポッシュやデイトナのミニウィンカーに詰め込める数１２個を基準に計算すると、LEDの場合には、片側の前後で0.6Wから1.2Wしか使いません。バイクの部品ではあまりに消費電力が少なくないために置き換えられるリレーが見あたりませんでした。
（バイクの部品ではなく、電子部品で探せばあるのですが、その場合には、コネクターや防水の問題をクリアしないといけません）
いっそのこと、機械部分が無い（その分長寿命な）回路を組んでみようと思います。

こちらはいろいろバリエーションが増えてきました。

■前提
基本的にはうちにあるSRとSRXとSerrowのバッテリーレス車を対象に考えてあります。

バッテリーがないので、電圧の変動が非常に大きくなっています。
12Vが規定ですが、測定すると6Vから18V程度までふれていました。

また、単気筒の振動でカスタムのウィンカーやストップランプがツーリングのたびに必ず切れます。ナンバープレートを落としたこともありました。 振動、恐るべしです。
また、特にセローはライトが暗いので信号系統で節電できれば、その分20W程度、明るいヘッドライトを搭載できるかも。
淡い期待です。
レギュレータの回路が発熱するので、 一応、 風の当たる場所に配置してください。

　→　いたちに手伝ってもらったウィンカーボディーとストップランプの組み立て写真はこちら。

簡単な修正と、しかるべき石の変更を行えば、バッテリー車でも使える回路がほとんどです。
ポイントは、マイコンやロジック回路は5Vで動かし、出力の部分を12Vにしてあげることです。
ロジックICのウィンカーは12V仕様なので、参考になるでしょう。

■お願い
こういう回路の組み方を専門的に習ったことがあるわけではないで、なにか大きな間違いがあるかもしれません。
見つけた方は是非ご指摘ください。

ご指摘はこちらからどうぞ。

詳しい解説は、できあがり次第、順次公開します。お待ちください。

あと、実際に作られた方、リンクされる方、ぜひ、お知らせを。

中尉どのの掲示板（リンク参照）に上げさせてもらっていたPDF、こっちにも載せておきます。

バッテリー付きようのテールランプ回路（acrobat）2003.3.6更新
リンク切れていたのは直ってます。実機では未試験。シミュレートのみ。
電源の振れ幅を15V-11Vから14Vから11Vへ、LEDへ流している電流を50mAから20mAの想定へ改定しました。
STOPのみ点灯時にナンバー灯が光らないようにダイオードを追加。
（鈴木さん、ご指摘ありがとう）
利用時は、実車の状態と使うLEDの定格に合わせ計算してください。

部品の準備

■LED
白色のLEDを用意しました。直径約5mmのものと約3mmのものがあります。

■電池
これを点灯するのに2V程度必要なものです。乾電池を２つ使えば3V用意できます。電気も使わないのでお手軽に手に入る単５を使います。併せて電池ケースも用意します。

■抵抗
必要な抵抗を計算してみます。
計算の基本はこちらを見てください。 LEDの基本
ちょっとへたったときを考えます。
2.5V - 2V = 0.5V
抵抗値 = 0.5V / 0.03A = 16.6..Ω.

ということで、手持ちの中から、近いものを探しました。
15Ωを使います。

■ケーブル
電池からLEDをつなぐための電線は、余り物のディスプレーケーブルがあったので、それをばらして同軸のケーブルを取り出します。 細くて柔軟な上に丈夫なの便利です。

■スイッチ
小型のものを用意しました。ケースに直にねじ止めできるタイプです。

電池ケース、スイッチ、抵抗を直列に半田付けします。
ケーブルの先にLEDを向きに気をつけて半田付けし、熱収縮チューブで止めます。
PPのケースにはんだごてとカッターで穴を開けます。

全部をつなげるとできあがり。
とっても簡単です。