PYNQからAXIバスのレジスタを触って、PWMを弄ってみた

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PYNQのMMIOを使ってAXIバスのレジスタを変更してみました。

PWMのdutyを変えて、Lチカ・DCモータを制御しています。

プログラムからテスト動画含めて紹介します。

 

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PYNQからAXIバスのレジスタを触って、PWMを弄ってみた

PYNQのMMIOを使ってAXIバスのレジスタを変更してみました。

使用したFPGAボードはKV260です。

PWMのdutyを変えて、Lチカ・DCモータを制御しています。

 

プログラムからテスト動画含めて紹介します。

 

テスト環境

テスト環境は以下の通りです。FPGAのファイルは下記環境で作成しています。

  • Vivado, Vitis, PetaLinux…2023.1

使用評価ボードはKV260です。

 

自作のLED基板

LEDをテストした基板に関しては、下記記事で発注した旨を紹介しています。

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回路図の基板データ・実装部品に関しては、下記リポジストリに詳細を残しています。

GitHub - iotengineer22/PCB-KV260-PMOD-TEST: PCB-KV260(KR260)-PMOD-INOUT
PCB-KV260(KR260)-PMOD-INOUT. Contribute to iotengineer22/PCB-KV260-PMOD-TEST development by creating an account on GitHu...

 

自作のモータドライバ基板

テストしたモータドライバ基板に関しては、PCBGOGOで基板作成したものです。

その際のブログ記事は下記です。

モータドライバの回路を自作してみる(DCモータ編)

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回路図の基板データ・実装部品に関しては、下記リポジストリに詳細を残しています。

GitHub - iotengineer22/PCB-DRV8833-TEST: DRV8833-PCB-KiCad-DATA
DRV8833-PCB-KiCad-DATA. Contribute to iotengineer22/PCB-DRV8833-TEST development by creating an account on GitHub.

 

ICのDRV8833としては、2つのDCモータ・1つのステッピングモータを制御できます。

今回はDCモータでPWM制御を試してみました。

 

今回はDCモータで突入電流も大きく、USBの5V供給ではテスト動作が出来ませんでした。

そのため、外部バッテリの5Vをモータドライバの電源としています。

 

DCモータ+クランクボックス

DCモータとクランクボックス含めたアーム機構は下記TAMIYAのキットを使っています

 

下記コンテストで改造使用したものです。

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オシロスコープ

オシロスコープは下記で紹介しているRIGOLの趣味向けの4ch品を使用しています。

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PYNQのMMIOモジュールからAXIのレジスタ変更

今回この記事を書いた理由はPYNQのMMIOモジュールをテストしたかったためです。

PYNQのMMIOを使うことで、AXIバスのレジスタを変更できます。

今回FPGAを合成する上でレジスタは把握できています。

 

今回使うIP(Timer)の公式ドキュメントは下記です。

 https://docs.amd.com/v/u/en-US/pg079-axi-timer

 

下記のような形でプログラムしました。PWMのレジスタを変更しています。

 

以前にMMIOではなくオーバレイのdictから情報を読み取る方法でも対応しました。

下記コンテストでKR260で実施した内容です。

 https://www.hackster.io/iotengineer22/control-pwm-dc-motor-from-pynq-and-kr260-bb0296

どちらが楽か確認してみたかったのも理由があります。

 

両方試した感想としては、下記イメージでいます。

  • しっかりレジスタ把握しているならば前者
  • 雑に把握しているIPから、楽にデータ取得したいなら後者

 

実際のテストプログラム

実際にKV260で試したプログラムは下記GitHubに置いています。

kv260-ubuntu-test/jupyter_notebooks/pynq-pwm at main · iotengineer22/kv260-ubuntu-test
This repository present solution for my KV260 Ubuntu test - iotengineer22/kv260-ubuntu-test

 

もしKV260で同様に試したい場合は、下記のようにjupyter_notebooksのフォルダにコピーします。

 

PWMのdutyを変えて、Lチカ+オシロの波形

KV260とオシロスコープを使って、PYNQからPWMのdutyを変える様子を確認します。

テスト動画は下記です。

 

既にjupyter notebookのプログラムは用意しています。

FPGAの.bitファイルをオーバレイしてプログラムを実行していきます。

 

MMIOモジュール経由でレジスタ設定をしています。

最初は10%のPWM駆動をしています。LED光量も小さいです。

波形も殆どがLowで、僅かにしかHighになっていないことが分かります。

 

次にPWMを50%に修正してみます。LED光量も大きくなりました。

波形もLowとHighが50%-50%になっています。

 

最後にPWMを90%にしてみます。LEDも相当光るようになりました。

波形も殆どがHighとなっています。

 

PWMのdutyを変えて、DCモータ+アーム動作

KV260とDCモータを使って、PYNQからPWMのdutyを変える様子を確認します。

テスト動画は下記です。

 

最初に90%のPWMでDCモータ+アーム動作を確認しました。スムーズに動作します。

 

PWMを50%にしても、アーム動作しますが動きが遅くなります。

 

PWM10%だとパワーが足りず、モータとアームは回転できませんでした。

PWM30%だと何とか回ったという形になります。

 

まとめ

PYNQのMMIOを使ってAXIバスのレジスタを変更してみました。

PWMのdutyを変えて、Lチカ・DCモータを制御できています。

 

よろしければ、皆様もLチカやDCモータをPWMで遊んでみてください。

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