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2026/05/26（火）２・３・４限

★新・回路図の設計とその他もろもろ

新・回路設計

  • 前回発覚した問題点と追加点をすべて修正・追加

  • また追加でDRVのILIM抵抗の値がおかしかったので修正（120R → 32.4kR）

ILIM抵抗の計算

そもそもILIM抵抗とは

端的に言えばモータドライバ（以下DRV）に流れる電流を制限するための抵抗である。

もしLIMIT抵抗に不適切な値が設定されている場合、最悪の場合ICの破損や基盤の炎上が起きる可能性がある。そのためILIM抵抗には各種計算から導いた適切な値を設定する必要がある。なので何Aまで制限するかを決める。ストール電流は3.37Aだが、流すと確実に基盤、その他ICが爆散する可能性を秘めているので、モーターが正常に動き、ICその他基盤が破損せず、切りが良い電流を考えると2Aとなる。

計算

制限したい電流が決まったのでデータシート記載の公式からLIMIT抵抗の値の計算を行う

\(I_{\mathrm{TRIP}}(A) = \frac{64}{R_{\mathrm{ILIM}}(k\Omega)}\)

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv8871.pdf より引用

先程の公式を求めたいILIM抵抗（\(R_{\mathrm{ILIM}}(A)\)）が左辺になるように変形し、制限したい電流（\(I_{\mathrm{TRIP}}(k\Omega)\)）に\(2\)を代入する。そうすると答えが\(32\)となる。

\(R_{\mathrm{ILIM}} = \frac{64}{2} = 32\)

答えが出たので単位を入れて\(R_{\mathrm{ILIM}} = 32k\Omega\)となる。

部品選定

調べた所、32kRちょうどの抵抗が見つからなかったので32.4kRの抵抗で妥協することにする。一応32.4kRを先程の公式に代入して実際に制限される電流を計算すると電流は\(I_{\mathrm{TRIP}} \approx 1.98\)とわかる。

使用する抵抗：「RC0603FR-0732K4L」

追加部品とその詳細

前回追加しようと思った部品を今回の回路図更新で追加した。追加した部品についての詳細について記述する。

AHT20及びBMP280

温湿度及び気圧を図ることができる。必須部品ではないがかっこいいため採用。I2C通信。

VL53L0X

距離センサ。ロボットの前後左右に取り付けることで正確な距離を測ることができる。衝突防止処理などに活用していきたい。I2C通信だがアドレスの変更ができないためTCA9548APWRを経由して通信する形になる。

PJ85775P

温度センサ。一応STM32内にも温度センサがあるが、チップ内のため基盤自体の温度を知ることとができない。そのためPJ85775Pを追加することで基盤自体の温度を知ることができるようにする。I2C通信。

SSD1306 OLED 128x64

情報表示用のディスプレイ。操作パネルの表示などはACで行うがデバック中などで値を直接見たいときが必ずあるので追加する。I2C通信。

UDB-05LFPN

電子ブザー。PWM制御により音の周波数を変える事ができるので単音であれば様々な音楽を流せる。起動音やエラー時の音に使用予定。

USB Type-Cコネクター

USB-Cのコネクタ。このコネクタからUSBによるデバック、給電が行える。

AP2112K-3.3TRG1

USB-C関連。USB-Cからの給電は5vなのでALEOのロジック電圧である3.3vまでのレベル変換に使用する。

CH213K

USB-C関連。理想ダイオード。電流の流れを一方向にするのに加えて過電流保護、短絡保護、逆極性保護機能を備えているダイオード。USB-CとDCDCから給電する際に微妙な電圧差で片方の電流源に電流が流れ込むのを防ぐ部品。

8MHz XT324

水晶発振子。本設計ではUSB通信を使用するため、高精度なシステムクロックが要求される。USB通信では48MHzクロックに対して±0.25%程度の精度が必要であり、内蔵RC発振器（HSI）は温度・電圧変動の影響により精度が不足する場合がある。そのため外部水晶発振子（HSE）を追加し、PLLにより安定したクロックを生成することで、USB通信の安定動作を確保する。

資料作成

以下の資料を作成した。

具体的な図は後のページを参照。

通信構成図

システム内の各デバイス間で使用される通信方式と接続関係を示す図である。I2CやCANなどのバス構成を整理し、通信競合や設計ミスを防ぐために必要となる。

ソフトウェア構成図

プログラムのモジュール構造とその関係性を示す図である。機能分割の妥当性を確認し、保守性や拡張性を向上させるために必要である。

感想

部品追加をすることによって作業量が増加するので時間と優先順位を見極めてしっかり取捨選択を行って行きたい。また*や*がわかるような前提知識も含めたわかりやすい資料の作成を心がけたい。

次回やること

  1. PCB基盤の設計

  2. 基盤に乗る部品の数計算

  3. 基盤に乗せる部品の優先順位決め