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E133C_3D.png

概要 anchor.png

DXSHIELDはDynamixelシリーズと通信するためのI/F(RS-485・TTL)をArduinoに増設するシールドです。両I/Fのコネクタに電源を分配する機能も合わせ持ちます。
また、DXSHIELDのI/Fで通信できるデバイスであれば、Dynamixel以外のサーボモータにも適用できます。

※本製品は半田付け作業を要求します。
※旧バージョンのBTE074に対してジャンパの追加やI/F部分のモジュール化などの仕様変更がなされています。
※文中でUNOとだけ記述している場合はArduino UNO R3未満を指します。

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仕様 anchor.png

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同梱内容 anchor.png

型式等数量備考
本体1E133C
I/F変換ボード1TTL2DXIF
電源コネクタキット1式ハウジング JST VHR-2N x1
コンタクト JST SVH-21T-P1.1 x2
ベース付ポスト JST B2P-VH-B x1
ジャック CUI PJ-047AH x1
シールド用ピンソケット1式6P x1, 8P x2, 10P x1
ジャンパ3個 
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基本仕様 anchor.png

品番BTE074B
PCBリビジョンE133C (2層)
動作温度範囲0~60℃ 結露なきこと
外形寸法約52x53mm
重量
電源CN1/CN12:DC6~24V (Dynamixelが要求する電源)
内部ロジック:DC5V±5% (Arduinoより供給)
コネクタ等JST B4B-EH x5
JST B3B-EH x5
各I/F仕様TTL2DXIFに準拠

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内部簡略ブロック anchor.png

E133C_block.png
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外観・レイアウト anchor.png

topside
3D
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E133C_SIDEp.png
E133C 3D pdf
※ダウンロードした上でAcrobat Readerで閲覧の事

※出荷時にピンソケット・電源用コネクタ・TTL2DXIFは未装着

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回路図 anchor.png

※D1・D2・U1・J1~8・CN1・CN12・CN13~16・C2は未装着

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各機能詳細 anchor.png

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J1,J5 anchor.png
E133C_J1_5.png
  • 2.54mmピッチ 10ピンシングルラインヘッダ用ランド
  • J1とJ5の各端子は相互に接続
  • Arduinoと接続する際はJ1に任意のピンソケット等を装着
    Pin No.NameUsed in DXSHIELD
    1IO8yes
    2IO9yes
    3IO10/SSno
    4IO11/MOSIno
    5IO12/MISOno
    6IO13/SCKno
    7GNDyes
    8AREFno
    9AD4/SDAno
    10AD5/SCLno
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J2,J6 anchor.png
E133C_J2_6.png
  • 2.54mmピッチ 8ピンシングルラインヘッダ用ランド
  • J2とJ6の各端子は相互に接続
  • Arduinoと接続する際はJ2に任意のピンソケット等を装着
    Pin No.NameUsed in DXSHIELD
    1IO0/RXyes
    2IO1/TXyes
    3IO2no
    4IO3no
    5IO4no
    6IO5no
    7IO6no
    8IO7no
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J3,J7 anchor.png
E133C_J3_7.png
  • 2.54mmピッチ 8ピンシングルラインヘッダ用ランド
  • J3とJ7の各端子は相互に接続
  • Arduinoと接続する際はJ3に任意のピンソケット等を装着
    Pin No.NameUsed in DXSHIELD
    1-no
    2IOREFno
    3RESETno
    43V3no
    55Vyes
    6GNDyes
    7GNDyes
    8Vinyes
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J4,J8 anchor.png
E133C_J4_8.png
  • 2.54mmピッチ 6ピンシングルラインヘッダ用ランド
  • J4とJ8の各端子は相互に接続
  • Arduinoと接続する際はJ4に任意のピンソケット等を装着
    Pin No.NameUsed in DXSHIELD
    1AD0no
    2AD1no
    3AD2no
    4AD3no
    5AD4/SDAno
    6AD5/SCLno
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U1 anchor.png

TTL2DXIF装着前のDXSHIELD

E133C_U1.png

TTL2DXIF装着後のDXSHIELD

E133C_E150.png
  • 向きを間違えないようにTTL2DXIFのJ1とJ2の全てのランドを実装
  • TTL2DXIFのCN1とCN2にコネクタが実装されている場合でも、それらを使用する事は可能
  • TTL2DXIFをDXSHIELD以外で使用する場合は、J1とJ2に着脱式のコネクタを装備すると良い
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JP1 anchor.png
E133C_JP1.png
  • DXSHIELDの電源をArduinoの外部電源として供給する場合に使用
  • ショート:CN1もしくはCN12から供給された電源をArduinoのVinに分配
    CN1もしくはCN12に供給する電圧はArduinoのVinが許容する電圧範囲を守る事
  • オープン:CN1もしくはCN12から供給された電源とArduinoのVinを切断
    CN1もしくはCN12とArduinoのVin各々に電源を供給するか、USBバスパワーで動作するArduinoであればPCとArduinoをUSBケーブルで常時接続する事
:idea:JP1をショートした状態でArduinoのVinから電源を供給してはならない。
CN2~CN11の電源がJP1を介してArduinoより供給されるため、使用デバイスの負荷条件によってはJP1等の許容電流を超え基板が損傷する。
:idea:JP1をショートした状態でCN1もしくはCN12とArduinoの外部電源に各々個別の電源を供給してはならない。
両電源が短絡するため、電源や負荷の条件によってはJP1や基板のみならず電源までが損傷する。
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JP2 anchor.png
E133C_JP2_3.png
  • SW1で選択された送信端子とTTL2DXIFのRXDを接続
  • ショート:I/FボードのRXD端子にDXSHIELD上の信号を接続
    SW1の機能が利用可能
  • オープン:I/FボードのRXD端子をDXSHIELD上の信号から切断
    SW1は一切機能しない
  • 2ピン側にTTL2DXIFのRXD端子が接続
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JP3 anchor.png
E133C_JP2_3.png
  • SW1で選択された受信端子とTTL2DXIFのTXDを接続
  • ショート:I/FボードのTXD端子にDXSHIELD上の信号を接続
    SW1の機能が利用可能
  • オープン:I/FボードのTXD端子をDXSHIELD上の信号から切断
    SW1は一切機能しない
  • 2ピン側にTTL2DXIFのTXD端子が接続
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SW1 anchor.png
E133C_SW1.png
  • 3Tスライドスイッチ
  • シリアル通信に使用するArduinoの送受信端子を3パターンから選択
    詳細はこちら
  • SW1の機能を使用する場合はJP2及びJP3はいずれもショート状態である事
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CN1 anchor.png

B2P-VH-Bを実装して使用。CN12を同時に実装する事はできない。

E133C_CN1.png
  • JST B2P-VH-B
  • JP1をショートするとArduinoのVin端子へ本電源が接続
    その場合はArduinoのVinが許容する電圧範囲である事
  • CN2~6,CN7~11のVDD/GND端子へ接続
    PWR_connector.png
:idea:電源の逆接続は電源回路の即時破壊・全損扱いとなる。
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CN12 anchor.png

PJ-047AHを実装して使用。CN1を同時に実装する事はできない。

E133C_CN12.png
  • CUI PJ-047AH
  • 対応プラグ外形5.5mm, 内径2.1mm
  • 極性 センタープラス
    E133_CN12Pole.png
  • JP1をショートするとArduinoのVin端子へ本電源が接続
    その場合はArduinoのVinが許容する電圧範囲である事
  • CN2~6,CN7~11のVDD/GND端子へ接続
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CN2~CN6 anchor.png
E133C_CN2_6.png
  • JST B3B-EH
  • TTL I/Fを搭載したDynamixelシリーズ用のコネクタ
  • 5つのコネクタの各端子はいずれも内部で並列に接続
  • TTL I/Fと電源は以下の端子に接続
    B3B-EH.png
    端子番号信号名
    1GND
    2VDD
    3SIGNAL(BIDIRECTION)
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CN7~CN11 anchor.png
E133C_CN7_11.png
  • JST B4B-EH
  • RS-485 I/Fを搭載したDynamixelシリーズ用のコネクタ
  • 5つのコネクタの各端子はいずれも内部で並列に接続
  • RS-485 I/Fと電源は以下の端子に接続
    B4B-EH.png
    端子番号信号名
    1GND
    2VDD
    3RS-485 D+
    4RS-485 D-
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ユーザランド anchor.png
E133C_URAND.png
  • 2.54mmピッチランド
  • 工作用
  • 5V0のシルクの囲みはArdunioから供給される5V、GNDのシルクの囲みはGNDに接続済
    それ以外のランドはフリー
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C2 anchor.png
E133C_C2.png
  • 必要に応じてデカップリングコンデンサを装備
    100uF以上の容量を推奨
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使用方法 anchor.png

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対応するデバイス anchor.png

I/FDevice Name
TTLDynamixel AX・MX・Xシリーズ全般, DXMIO, ToFセンサ
RS-485Dynamixel DX・RX・EX・MX・X・PROシリーズ全般, UD3, UD3.5, UD4, USS3, DXMIO(RS-485版), ToFセンサ(RS-485版)

要求される電源電圧と対応するプロトコルが同じであれば、I/Fを問わず同時に使用できます。

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接続方法 anchor.png

ここでは予めJP1~JP4に同梱のピンソケットが実装され、CN1ないしCN12には電源供給用のコネクタないしジャックが実装され、U1にTTL2DXIFが装着されているものとします。

  1. JP1~JP4の実装
    付属のピンソケットはリードが長くて弱い。他のArduino用シールドをスタックして使用しないのであれば、市販の2.54mmピッチの1列ピンヘッダを使用しても構わない。
  2. CN1もしくはCN12の実装
    熱容量の大きいベタパターンに対して行う必要があるため、高い容量の半田ごてを使用すると作業性が上がる。また予めフラックスを塗布したり基板側を半田ごてで温めながら半田を流すと濡れが良くなる。
  3. TTL2DXIFへピンヘッダの実装
    TTL2DXIFに同梱のピンヘッダを2分割して半田付けし、DXSHIELDのU1(J1,J2)に装着する。ランド近傍に小さい部品があるので、半田の盛り過ぎや半田くずに注意が必要。
  4. C2の実装
    必要に応じてデカップリングコンデンサを実装するが、こちらも熱容量が大きい事と極性に注意が必要。

半田付けを終えたらDXSHIELDをArduinoに装着します。

  1. ArduinoにDXSHIELDをスタックさせる。その際に両基板のピンソケット以外が物理的に接触していない事。他のシールドを同時に使用する際は、DXSHIELDが使用している端子に十分配慮する事。
    E133C_uno.png
  2. Dynamixelのコネクタと同じDXSHIELD上のコネクタ同士を接続する。DXSHIELDにはTTL・RS-485 I/F共に各々5個のコネクタが装備されているが、I/Fの種類が一致してさえいればどのコネクタを使用しても構わない。
  3. DXSHIELDのCN1ないしCN12からDynamixelが要求する仕様の電源を供給する。この時絶対に電源の極性を間違えてはならない。
  4. DXSHIELDのJP1がオープンの場合はArduino本体への電源供給が必要なため、別途USBケーブルやACアダプタをArduinoへ接続して電源供給する。
    DXSHIELDのJP1がショートの場合はCN1からの電源がArduinoへも分配される。この状態でDXSHIELDとArduinoの両方からACアダプタ等を使って給電すると、電源が衝突して故障の原因となる。
E133C_ASM.png
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モード選択 anchor.png

Arduinoの種類に依存する部分が多々ありますが、ここではDXSHIELDをArduino UNO R3に装着して使用する前提として3つのモードを説明します。

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ソフトウェアシリアルモード anchor.png

ArduinoのIO8・IO9ピンをソフトウェアシリアルで構成しDynamixelと通信するモードです。ArduinoのUSBシリアル通信機能(ハードウェアシリアル)はDynamixelの制御以外の目的に使用できます。
Arduinoには任意の端子をシリアル通信の送受信端子として使用するSoftwareSerialライブラリが用意されています。最大57600bps程度であれば概ね実用レベルです。
JP2JP3はいずれもショートさせ、SW1を図の位置(SOFT)に切り替えます。

E133C_SW1_SOFT.png

本設定によりArduinoのデジタル入出力端子のうちIO8とIO9をソフトウェアシリアル用の端子として使用するため、この2つの端子は他の目的で使用してはなりません。
また、Arduinoにユーザのスケッチを転送する際は、無条件に本モードに変更しておかないと転送に失敗します。

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ハードウェアシリアルモード anchor.png

ArduinoのIO0・IO1ピンをハードウェアシリアル(Serial0)で構成しDynamixelと通信するモードです。ArduinoのIO0・IO1に接続されたUSBシリアル通信機能を犠牲にしても高速かつ安定した通信を要求する場合にの設定です。
予めソフトウェアシリアルモードにおいてライブラリによる制御の理解が得られ、スケッチの書き込み時以外にUSBシリアルによる通信を必要としない場合に本設定を選択します。
JP2JP3はいずれもショートさせ、SW1を図の位置(HARD)に切り替えます。

E133C_SW1_HARD.png

本設定を行った場合は、自身のスケッチでSerialライブラリを使用してはなりません。また、IO0・IO1ピンとUSBシリアル通信機能は他の目的で使用する事ができません。
なお、スケッチをコンパイルして描き込む際は、本設定が電気的にUSBシリアル通信機能に影響を及ぼすため、その都度ソフトウェアシリアルモードに切り替える必要があります。

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USBパススルーモード anchor.png

Arduinoに搭載されたUSBシリアル通信機能を用いてPCなどからDXSHIELDをDXHUBライクに直接使用するモードです。Dynamixelの内部パラメータの変更や制御をPCから行う場合は本設定を行います。
まずArduino IDEにてデフォルトで生成されるコード(コードとしては意味を持たない無限ループするだけのスケッチ)をコンパイルし、予めArduinoに書き込んでおきます。このほぼ空のスケッチはDigital I/Oやシリアル通信を使用しないため、PCとDynamixel間の通信を阻害しません。なお、これに該当する独自スケッチであればこの限りではありません。

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
}

DXSHIELDをソフトウェアシリアルモードに設定してこの何もしないスケッチを書き込んだ後、USBパススルーモードにします。
JP2JP3はいずれもショートさせ、SW1を図の位置(THROUGH)に切り替えます。

E133C_SW1_THROUGH.png

なお、ArduinoのUSBシリアルを担うマイコンに書き込まれているファームウェアの都合で、大きなデータを連続で送受信する事ができません。プロトコルV1を装備するDynamixelシリーズであれば概ね問題はありませんが、プロトコルV2を装備するDynamixelシリーズではコントロールテーブルの拡大に伴いこの問題が露見します。
また、ArduinoのUSBシリアルとRoboPlusやDYNAMIXEL Wizard 2.0との相性もよろしくないので、本モードを積極的に使用する事は推奨しません。

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ソフトウェア anchor.png

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DYNAMIXEL Wizard 2.0 anchor.png

DXSHIELDをUSBパススルーに設定にする事で、Dynamixelのコントロールテーブルの状態をモニタしたりパラメータの変更や動作確認を簡便に行うソフトウェアであるDYNAMIXEL Wizard 2.0が一部利用できます。

wizard2_main_001.png

一部というのは、ArduinoのUSBシリアル通信機能は過度なトラフィックがかかるとデータがドロップするのと、RoboPlusにおいて検索を行わせている最中にボーレートの切り替えが発生するとArduinoが再起動する場合がある事がわかっているためです。注意事項に記載したNerOを使用する事で回避できます。

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Dynamixel Library for PC anchor.png

DXSHIELDをUSBパススルーにする事で、Dynamixel Libraryを併用してシリアル通信やプロトコルを意識せずにPCから制御する事ができます。

詳細はDYNAMIXEL Protocol 1.0 LibraryDYNAMIXEL Protocol 2.0 Libraryにて。

なお、ArduinoのUSBシリアル通信機能は過度なトラフィックがかかるとデータがドロップするため、運用には予め十分な検証を行っておくべきです。

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Dynamixel Library for Arduino anchor.png

Dynamixelを制御するためのプログラムを作成する際のライブラリを提供します。Arduino IDEにライブラリをインストールして使用します。
PC版DYNAMIXEL Protocol 1.0/2.0 Libraryと同様にコントロールテーブルへの読み書きを行うAPIを用意しています。なおAVRではメモリの都合からV1.5から追加されたライブラリは使用できないのと、クラスのインスタンス化の際の引数が以前のバージョンから大幅に変更されている点に注意が必要です。

  • ライブラリのダウンロード
      • 定義の修正を行ったため一部β版との互換性なし
      • Arduino UNO以外も対象とするためにソースからシリアルライブラリに関する記述を削除し、シリアル通信にかかる8つのハンドラを新たに設置
      • Arduino UNOに限って初期化を始め送受信にかかるハンドラをソフトウェアシリアルとハードウェアシリアル用に提供
      • AVRを除くターゲットに適用した場合、PCやARM系マイコン用に提供しているDXLIBに追加されたAPIが使用可能
        詳細は追って公開
      • 仕様変更に伴うサンプルプログラム修正
      • チェックサムの検証を厳密化
      • 新たにReadBlockDataとWriteBlockData関数を追加し、コントロールテーブルの読み出し及び書き込みはこの関数を介するように変更
      • プロトコルV2の例外時(0xFF 0xFF 0xFDの並びでデータが現れた場合に末尾に0xFDを付与)の処理を全ての関数へ適用(一部制約あり)
      • コンパイル時のwarningを抑止
      • 多少サンプルプログラムの構成を変更
      • Win版dxlibからアイテムのアドレスをマクロ定義したヘッダをコピー
      • Dynamixel Protocol V.2に対応
      • 低位の送受信関数追加
      • 32bitデータの送受信関数追加
      • アドレスとサイズに関する引数は全て16bitに統一

DXLIBのインストールは、ArduinoのIDEの「スケッチ→ライブラリのインクルード→.ZIP形式のライブラリをインストール...」メニューを使用してダウンロードしたZIPファイルを選択するだけです。
インストールが完了すると、ユーザーフォルダ配下に「Arduino/libraries/dxlib」が作られ、ライブラリのソースといくつかのサンプルプログラムがその中に展開されます。詳しくはサンプルプログラムとライブラリのソースを参照して下さい。

DXLIB v1.5以降で使用できるヘッダファイルとAPIは以下の通りです。

  • dxlib.h
    DYNAMIXEL Communiation Protocol 1.0対応デバイスを対象とする場合、dxlib.hをスケッチにインクルードする事でDXLIBクラスが利用できるようになります。dx2lib.hとの共存は想定していません。
    #include <dxlib.h>
    #include "avr_uno_softserial.h"
    const DXLIB::TDXHost_ConfParam param {
      us_init, us_deinit, us_setbaudrate, us_rxpurge, us_putc, us_puts, us_gets, us_flush
    };
    
    DXLIB dxif ((DX2LIB::TDXHost_ConfParam *)&param);
    
    void setup() {
      dxif.begin (57600);
    }
  • dx2lib.h
    DYNAMIXEL Communiation Protocol 2.0対応デバイスを対象とする場合、dx2lib.hをスケッチにインクルードする事でDX2LIBクラスが利用できるようになります。dxlib.hとの共存は想定していません。
    #include <dx2lib.h>
    #include "avr_uno_softserial.h"
    const DX2LIB::TDXHost_ConfParam param {
      us_init, us_deinit, us_setbaudrate, us_rxpurge, us_putc, us_puts, us_gets, us_flush
    };
    
    DX2LIB dxif ((DX2LIB::TDXHost_ConfParam *)&param);
    
    void setup() {
      dxif.begin (57600);
    }
  • DXLIB/DX2LIB::TDXHost_ConfParam
    ライブラリv1.5より導入された通信を担う8つの関数のポインタを保持する構造体で、クラスをインスタンス化する際に引数として渡します。
    各メンバーの関数のプロトタイプに合わせた通信処理関数を予め作成しておく必要があります。
    // Assuming HardwareSerial of Arduino UNO
    #include <dx2lib.h>
    
    // Initialize UART
    uint32_t us_init (uint32_t baud) {
      Serial.begin (baud);
      Serial.setTimeout (20);
      return baud;
    }
    
    // Terminate use of UART
    void us_deinit (void) {
      Serial.end();
    }
    
    // Changing the baudrate
    uint32_t us_setbaudrate (uint32_t baud) {
      us_deinit();
      return us_init (baud);
    }
    
    // Purge receive buffer
    void us_rxpurge (void) {
      while (Serial.available()) Serial.read();
    }
    
    // Send one byte
    void us_putc (uint8_t c) {
      Serial.write (c);
    }
    
    // Send specified number of bytes
    void us_puts (const uint8_t *buf, int len) {
      Serial.write (buf, len);
    }
    
    // Receive specified number of bytes (Timeout must be set in advance)
    int us_gets (uint8_t *buf, int len) {
      return Serial.readBytes (buf, len);
    }
    
    // Waiting for transmission completion
    void us_flush (void) {
      Serial.flush();
    }
    
    // Enclose each communication function in a structure
    const DX2LIB::TDXHost_ConfParam param {
      us_init, us_deinit, us_setbaudrate, us_rxpurge, us_putc, us_puts, us_gets, us_flush
    };
    
    DX2LIB dx2 ((DX2LIB::TDXHost_ConfParam *)&param);
    
    なおライブラリに同梱されるサンプルスケッチでは avr_uno_hardserial.havr_uno_softserial.h のヘッダファイルにArduino UNOを前提としたこれらの通信処理関数がまとめて記述してあります。
  • DXLIB/DX2LIB (const PDXHost_ConfParam param)
    ヘッダファイルに応じてDXLIBないしDX2LIBいずれかのクラスが使用できます。外部で定義したシリアル通信処理部分をまとめた構造体TDXHost_ConfParamを指定した上でオブジェクトを生成できます。
    #include <dx2lib.h>
    // Select SoftwareSerial
    //#include "avr_uno_hardserial.h"
    #include "avr_uno_softserial.h"
    
    const DX2LIB::TDXHost_ConfParam param {
      us_init, us_deinit, us_setbaudrate, us_rxpurge, us_putc, us_puts, us_gets, us_flush
    };
    
    // Instantiate Dynamixel Protocol V.2 Library with the name dxif
    DX2LIB dxif((DX2LIB::TDXHost_ConfParam *)&param);
    
  • void DXLIB/DX2LIB::begin (long baud)
    ライブラリを使用可能にします。引数(baud)にはDynamixelに設定されたボーレートを指定します。
    ボーレートの精度や範囲は使用するシリアルポートに依存します。
    // Initialize dxif at 57143bps
    void setup() {
      dxif.begin (57143);
    }
  • bool DXLIB/DX2LIB::TxPacket (uint8_t id, uint8_t inst, uint8_t *param, uint16_t len)
    指定されたID(id)・インストラクション(inst)・パラメータ(param)・パラメータ長(len)のインストラクションパケットを送信します。
    // Send ping instruction packet to ID=1
    dxif.TxPacket (1, 0x01, NULL, 0);
  • bool DXLIB/DX2LIB::RxPacket (uint8_t *rdata, uint16_t rdatasize, uint8_t *rid, uint16_t *rlen, uint8_t *err)
    ステータスパケットを受信します。成功するとパケット内のパラメータがrdataへコピーされ、そのパラメータのサイズがrlenに返されます。なお、ステータスパケットを受信するのに十分なサイズを確保し、そのポインタをrdataへ、サイズをrdatasizeに指定します。ridにはID、errにはDynamixelのエラーが返ります。
    uint8_t buf[10], id, err;
    uint16_t len;
    // Send ping instruction packet to ID=1
    dxif.TxPacket (1, 0x01, NULL, 0);
    // Receive status packet
    dxif.RxPacket (buf, sizeof (buf), &id, &len, &err)
  • bool DXLIB/DX2LIB::ReadBlockData (uint8_t id, uint16_t addr, uint8_t *data, uint16_t len, uint8_t *err)
    指定されたID(id)・アドレス(addr)から8ビットのデータをdatalenの長さ分読み出します。errにはDynamixelのエラーが返ります。
    なおDX2LIBで4バイト以上を読み出す場合、まずサフィックスが付与された状態でdataへ読み出し、その後に必要に応じてサフィックス削除が行われます。そのため実際に必要なサイズよりも大きめにdataを確保しておく必要があります(最大で1.34倍)。
    // Get Compliance for AX-12 with ID=1
    uint8_t compliance[4];
    dxif.ReadBlockData (1, 26, &compliance, 4, NULL);
  • bool DXLIB/DX2LIB::ReadByteData (uint8_t id, uint16_t addr, uint8_t *data, uint8_t *err)
    指定されたID(id)・アドレス(addr)から8ビットのデータをdataへ読み出します。errにはDynamixelのエラーが返ります。
    // Get the status of the LED on AX-12 with ID=1
    uint8_t led;
    dxif.ReadByteData (1, 25, &led, NULL);
  • bool DXLIB/DX2LIB::ReadWordData (uint8_t id, uint16_t addr, uint16_t *data, uint8_t *err)
    指定されたID(id)・アドレス(addr)から16ビットのデータをdataへ読み出します。errにはDynamixelのエラーが返ります。
    // Get PresentPosition from AX-12 with ID=1
    uint16_t ppos;
    dxif.ReadWordData (id, 36, &ppos, NULL);
  • bool DXLIB/DX2LIB::ReadLongData (uint8_t id, uint16_t addr, uint32_t *data, uint8_t *err)
    指定されたID(id)・アドレス(addr)から32ビットのデータをdataへ読み出します。errにはDynamixelのエラーが返ります。
  • bool DXLIB/DX2LIB::WriteBlockData (uint8_t id, uint16_t addr, const uint8_t *data, uint16_t len, uint8_t *err)
    指定されたID(id)・アドレス(addr)・8ビットのデータ(data)・指定バイト数(len)をDynamixelに書き込みます。errにはDynamixelのエラーが返ります。
    // Set Compliance for AX-12 with ID=1
    uint8_t err;
    uint8_t compliance[4] = {1,1,32,32};
    dxif.WriteBlockData (1, 26, &compliance, 4, &err);
  • bool DXLIB/DX2LIB::WriteByteData (uint8_t id, uint16_t addr, uint8_t data, uint8_t *err)
    指定されたID(id)・アドレス(addr)・8ビットのデータ(data)をDynamixelに書き込みます。errにはDynamixelのエラーが返ります。
    // Lights up the LED of AX-12 with ID=1
    uint8_t err;
    dxif.WriteByteData (id, 25, 1, &err);
  • bool DXLIB/DX2LIB::WriteWordData (uint8_t id, uint16_t addr, uint16_t data, uint8_t *err)
    指定されたID(id)・アドレス(addr)・16ビットのデータ(data)をDynamixelに書き込みます。errにはDynamixelのエラーが返ります。
    // Set GoalPosition of AX-12 with ID=1 to 511
    dxif.WriteWordData (id, 30, 511, NULL);
  • bool DXLIB/DX2LIB::WriteLongData (uint8_t id, uint16_t addr, uint32_t data, uint8_t *err)
    指定されたID(id)・アドレス(addr)・32ビットのデータ(data)をDynamixelに書き込みます。errにはDynamixelのエラーが返ります。
  • bool DXLIB/DX2LIB::WriteSyncByteData (const uint8_t *pid, uint16_t addr, const uint8_t *pdata, int num)
    指定されたid数(num)分のIDの配列(pid)・アドレス(addr)・8ビットのデータ配列(pdata)をDynamixelに書き込みます。
    // Lights up AX-12 LEDs with ID=1 to 5
    uint8_t ids={1,2,3,4,5};
    uint16_t leds={1,1,1,1,1};
    dxif.WriteSyncByteData (ids, 30, leds, 5);
  • bool DXLIB/DX2LIB::WriteSyncWordData (const uint8_t *pid, uint16_t addr, const uint16_t *pdata, int num)
    指定されたid数(num)分のIDの配列(pid)・アドレス(addr)・16ビットのデータ配列(pdata)をDynamixelに書き込みます。
    // Set different GoalPositions for each AX-12 with ID=1-5
    uint8_t ids={1,2,3,4,5};
    uint16_t poss={100,200,300,400,500};
    dxif.WriteSyncWordData (ids, 30, ppos, 5);
  • bool DXLIB/DX2LIB::WriteSyncLongData (const uint8_t *pid, uint16_t addr, const uint32_t *pdata, int num)
    指定されたid数(num)分のIDの配列(pid)・アドレス(addr)・32ビットのデータ配列(pdata)をDynamixelに書き込みます。
  • bool DXLIB/DX2LIB::Ping (uint8_t id, uint16_t *err)
    指定されたID(id)のDynamixelを検索します。errにはDynamixelのエラーが返ります。
  • bool DXLIB/DX2LIB::Reset (uint8_t id, uint16_t *err)
    指定されたID(id)のDynamixelを出荷時状態に戻します。errにはDynamixelのエラーが返ります。

以降のAPIはライブラリv1.5から新設されたAPIで、AVRシリーズを除いたターゲットで使用できます。詳細はこちらを参照してください。

  • int DXLIB/DX2LIB::ScanDevices (uint8_t *ids)
  • PDXL_ModelInfo DXLIB/DX2LIB::GetModelInfo (uint8_t id)
  • bool DXLIB/DX2LIB::PrintDevicesList (int (*pf) (const char *, ...))
  • void DXLIB/DX2LIB::InitDevicesList (void)
  • TErrorCode DXLIB/DX2LIB::GetErrorCode (uint8_t id)
  • bool DXLIB/DX2LIB::GetHWErrorCode (uint8_t id, uint8_t *hwerr)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetDriveMode (uint8_t id, uint8_t mode)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetDriveModesEquival (const uint8_t *ids, int num, uint8_t mode)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetOperatingMode (uint8_t id, uint8_t mode)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetOperatingModesEquival (const uint8_t *ids, int num, uint8_t mode)
  • bool DXLIB/DX2LIB::GetOperatingMode (uint8_t id, uint8_t *mode)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetLED (uint8_t id, bool en)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetTorqueEnable (uint8_t id, bool en)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetTorqueEnables (const uint8_t *ids, const bool *ens, int num)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetTorqueEnablesEquival (const uint8_t *ids, int num, bool en)
  • bool DXLIB/DX2LIB::GetTorqueEnable (uint8_t id, bool *en)
  • bool DXLIB/DX2LIB::GetTorqueEnables (const uint8_t *ids, bool *en, int num)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalAngle (uint8_t id, double angle)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalAngles (const uint8_t *ids, const double *angles, int num)
  • bool DXLIB/DX2LIB::GetPresentAngle (uint8_t id, double *angle)
  • bool DXLIB/DX2LIB::GetPresentAngles (const uint8_t *ids, double *angles, int num)
  • bool DXLIB/DX2LIB::StandStillAngle (uint8_t id)
  • bool DXLIB/DX2LIB::StandStillAngles (const uint8_t *ids, int num)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalVelocity (uint8_t id, double velocity)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalVelocities (const uint8_t *ids, const double *velocities, int num)
  • bool DXLIB/DX2LIB::GetPresentVelocity (uint8_t id, double *velocity)
  • bool DXLIB/DX2LIB::GetPresentVelocities (const uint8_t *ids, double *velocities, int num)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalAngleAndVelocity (uint8_t id, double angle, double velocity)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalAnglesAndVelocities (const uint8_t *ids, PAngleVelocity anglevelocity, int num)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalAngleAndTime (uint8_t id, double angle, double sec)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalAnglesAndTime (const uint8_t *ids, const double *angles, int num, double sec)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalAngleAndTime2 (uint8_t id, double angle, double sec)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalAnglesAndTime2 (const uint8_t *ids, const double *angles, int num, double sec)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalCurrent (uint8_t id, double current)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalCurrents (const uint8_t *ids, const double *currents, int num)
  • bool DXLIB/DX2LIB::GetPresentCurrent (uint8_t id, double *current)
  • bool DXLIB/DX2LIB::GetPresentCurrents (const uint8_t *ids, double *currents, int num)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalPWM (uint8_t id, double pwm)
  • bool DXLIB/DX2LIB::SetGoalPWMs (const uint8_t *ids, const double *pwms, int num)
  • bool DXLIB/DX2LIB::GetPresentPWM (uint8_t id, double *pwm)
  • bool DXLIB/DX2LIB::GetPresentPWMs (const uint8_t *ids, double *pwms, int num)
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その他 anchor.png

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DXSHIELDのTTL・RS-485 I/Fについて anchor.png

  • 送信はTTL・RS-485の両I/Fに対して同時に行われ、受信はTTL・RS-485の両I/FがOR接続されているため同時に受信できない。
  • Arduino側では送受信の切り替えタイミングを意識する必要はないが、半二重通信である事は十二分に意識する必要がある。
  • TTL・RS-485のいずれのI/Fにかかわらず同じIDを持ったDynamixelが存在してはならない。
  • TTLとRS-485のI/F間をまたいだ送受信はできないため、TTL・RS-485の両I/FにDynamixelが接続された環境において一部のインストラクションが正常動作しない。
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Arduino MEGAでの使用 anchor.png

少しの改造でDXSHIELDをArduino MEGAで使用する事ができます。DXSHIELDは次の図の位置に装着します。

E133C_mega.png
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ハードウェアシリアルモード(Serial0以外) anchor.png

Serial0を利用する限りUNOと同様の運用になります。MEGAに備わっているSerial1~Serial3のハードウェアシリアルポートを利用する際は以下に従います。

  • JP2JP3はオープンにする。
  • SW1はどの位置にあっても構わない。
  • Serial3を利用する際は、DXSHIELDのJP3-2とMEGAのIO15(RX3)、JP2-2とMEGAのIO14(TX3)を各々ジャンパ線等でつなぐ。
    Serial2ならJP3-2とIO17(RX2)、JP2-2とIO16(TX2)をつなぐ。
    Serial1ならJP3-2とIO19(RX1)、JP2-2とIO18(TX1)をつなぐ。
    E133C_mega_hard.png
  • 使用するSerial??に合わせてavr_uno_hardserial.ht中のSerialとある部分を変更(DXLIB v1.5以降)。
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ソフトウェアシリアルモード anchor.png

MEGAの仕様上IO8がソフトウェアシリアルとして使用する事ができないため、UNOで想定するソフトウェアシリアルモードで運用する事ができません。それでもソフトウェアシリアルで使用する場合は、MEGAのハードウェアシリアルモードと同様にJP2-2とJP3-2を直接MEGAのソフトウェアシリアルとして利用できる任意の端子に直結します。

  • JP2JP3はオープンにする。
  • SW1はどの位置にあっても構わない。
  • 接続した端子に合わせてavr_uno_softserial.h中のMY_RX_PINとMY_TX_PINのマクロを変更(DXLIB v1.5以降)。
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USBパススルーモード anchor.png

UNOのUSBパススルーモードと同様です。

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Arduino UNO R4での使用 anchor.png

Arduino UNO R4はCPUがARMに変わり、メモリ容量や動作スピードが大幅にUPしています。使わないのが勿体ない程の恩恵に与れます。minimaは形状やGPIOの割り当てに互換性があるので、DXSHIELDはそのまま利用できます。

※現状ではArduinoライブラリに問題があるため、解消するまで適用は控えてください。それでも115.2kbps以下であれば使えない事もありません。

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ハードウェアシリアルモード anchor.png

SCI(AVRで言うUART)とUSBポートが分離しているため、ハードウェアシリアルモードで使用しても書き込みやデバッグ用に用いるUSBポートが同時に使用できます。
ハードウェアシリアル通信に用いられるSCI2はライブラリによってSerial1に割り当てられているので、DXLIB用に以下の通信用のサブルーチンを用意します。

#pragma once

#include <stdint.h>

uint32_t us_init (uint32_t baud) {
  Serial1.begin (baud);
  Serial1.setTimeout (20);
  return baud;
}

void us_deinit (void) {
  Serial1.end();
}

uint32_t us_setbaudrate (uint32_t baud) {
  us_deinit();
  return us_init (baud);
}

void us_rxpurge (void) {
  while (Serial1.available()) Serial1.read();
}

void us_putc (uint8_t c) {
  Serial1.write (c);
}

void us_puts (const uint8_t *buf, int len) {
  Serial1.write (buf, len);
}

int us_gets (uint8_t *buf, int len) {
  return Serial1.readBytes (buf, len);
}

void us_flush (void) {
  Serial1.flush();
}

ARM用のGCCはコードを厳密に評価するため、クラスの宣言時の引数は型変換して渡します。

#include <dx2lib.h>
#include "uno_r4_hardserial.h"

const DX2LIB::TDXHost_ConfParam param {
  us_init, us_deinit, us_setbaudrate, us_rxpurge, us_putc, us_puts, us_gets, us_flush
};

DX2LIB dx2 ((DX2LIB::TDXHost_ConfParam *)& param);
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ソフトウェアシリアルモード anchor.png

ソフトウェアシリアル通信に用いられる端子用いた以下の通信用のサブルーチンを用意し、クラスを初期化します。

#pragma once

#include <stdint.h>
#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial *mysoftuart = NULL;

#define MY_RX_PIN 8
#define MY_TX_PIN 9

uint32_t us_init (uint32_t baud) {
  mysoftuart = new SoftwareSerial (MY_RX_PIN, MY_TX_PIN);
  mysoftuart->begin (baud);
  mysoftuart->setTimeout (20);
  return baud;
}

void us_deinit (void) {
//  mysoftuart->end();
  mysoftuart = NULL;
}

uint32_t us_setbaudrate (uint32_t baud) {
  us_deinit();
  return us_init (baud);
}

void us_rxpurge (void) {
  while (mysoftuart->available()) mysoftuart->read();
}

void us_putc (uint8_t c) {
  mysoftuart->write (c);
}

void us_puts (const uint8_t *buf, int len) {
  mysoftuart->write (buf, len);
}

int us_gets (uint8_t *buf, int len) {
  return mysoftuart->readBytes (buf, len);
}

void us_flush (void) {
  mysoftuart->flush();
}

AVRよりも高いボーレートが使用できます。

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ブリッジモード anchor.png

上記の通りSCIとUSBが電気的に分離しているため、MPUを介在させないで通信するパススルーモードは使えません。DXSHIELDをハードウェアシリアルモードにし、以下のスケッチにてUSBにて提供される仮想シリアルポートとSCIの間をブリッジさせUSBシリアルコンバータとして機能させることができます。

#define _LED_TX   BSP_IO_PORT_00_PIN_12
#define _LED_RX   BSP_IO_PORT_00_PIN_13

uint32_t baud;
uint8_t b_usb[4096], b_uart[4096];

void setup() {
  R_IOPORT_PinCfg(NULL, _LED_TX, IOPORT_CFG_PORT_DIRECTION_OUTPUT);
  R_IOPORT_PinCfg(NULL, _LED_RX, IOPORT_CFG_PORT_DIRECTION_OUTPUT);
  R_IOPORT_PinWrite(NULL, _LED_TX, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
  R_IOPORT_PinWrite(NULL, _LED_RX, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
  baud = 115200;
  Serial.begin (baud);
  Serial1.begin (baud);
}

void loop() {
  uint32_t l;

  if ((l = Serial.available()) > 0) {
    if (l > sizeof(b_usb)) l = sizeof(b_usb);
    R_IOPORT_PinWrite(NULL, _LED_TX, BSP_IO_LEVEL_LOW);
    Serial.readBytes (b_usb, l);
    Serial1.write (b_usb, l);
    R_IOPORT_PinWrite(NULL, _LED_TX, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
  }
  if ((l = Serial1.available()) > 0) {
    if (l > sizeof(b_uart)) l = sizeof(b_uart);
    R_IOPORT_PinWrite(NULL, _LED_RX, BSP_IO_LEVEL_LOW);
    Serial1.readBytes (b_uart, l);
    Serial.write (b_uart, l);
    Serial.flush ();
    R_IOPORT_PinWrite(NULL, _LED_RX, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
  }
  if (Serial.baud() != baud) {
    Serial1.end();
    baud = Serial.baud();
    Serial1.begin (baud);
  }
}

なおUSBポート側の仮想シリアルポートがハードフローを要求するため、利用できるホスト側のアプリケーションは限定的です。一応以下のように「%LOCALAPPDATA%\Arduino15\packages\arduin​o\hardware\renesas_uno\1.0.1\cores\ardui​no\tinyusb\class\cdc\cdc_device.c」に手を加えれば、ハードフローなしで通信できます。

--- cdc_device.c.org
+++ cdc_device.c
@@ -113,7 +113,7 @@
 bool tud_cdc_n_connected(uint8_t itf)
 {
   // DTR (bit 0) active  is considered as connected
-  return tud_ready() && tu_bit_test(_cdcd_itf[itf].line_state, 0);
+  return true;
 }
 
 uint8_t tud_cdc_n_get_line_state (uint8_t itf)
@@ -388,7 +388,7 @@
         p_cdc->line_state = (uint8_t) request->wValue;
         
         // Disable fifo overwriting if DTR bit is set
-        tu_fifo_set_overwritable(&p_cdc->tx_ff, !dtr);
+//        tu_fifo_set_overwritable(&p_cdc->tx_ff, !dtr);
 
         TU_LOG2("  Set Control Line State: DTR = %d, RTS = %d\r\n", dtr, rts);
 

また「%LOCALAPPDATA%\Arduino15\packages\arduin​o\hardware\renesas_uno\1.0.1\cores\ardui​no\Serial.h」に宣言されているSERIAL_BUFFER_SIZEの値を大きくしておくことで、巨大なパケットの送受信においても取りこぼしが軽減されます。

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注意事項 anchor.png

  • いずれの端子も絶縁されていない。そのためArduinoとPCをUSBケーブルで活線接続した際に、突入電流などでPCがArduinoを認識しない問題が生じる事がある。そういった場合は、USBISOでPCのUSBポートを絶縁する事で解消する。
  • Dynamixelシリーズがサポートする2M[bps]を超えるボーレートは、Arduino UNOの機能に依存するため使用できない。必ず2M[bps]以下で運用する事。
  • USBパススルーを積極的に使用したいのであれば、Arduino UNO互換のNerOモジュールをお勧めする。
    USBシリアル変換チップにATmega16U2ではなくFT231Xが搭載されているので、バッファフローの問題解消や最大通信速度の向上が期待できる。

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Last-modified: 2023-07-02 (Sun) 09:39:14 (JST) (350d)