フォトカプラって本当に面白そう! -- 今回は試み失敗だったけど

以前、ATtiny13Aをマスターにし、スレーブとなる2個のATtiny85から出力するオルゴール音楽をコントロールする(切り替える)という試みをしたことがあります。

いくつか解決したい課題があって、このマスター・スレーブ形態を試したわけですが、その一つはメモリ容量の問題。要は、演奏できるオルゴールの曲数を増やしたかったんです。

ATtiny13Aで2個のATtiny85のON/OFFを切り替えるという仕組み自体は無事に実現できたけど、ATtiny85からの出力(オルゴール音)を1個のスピーカーで兼用するという最終段で躓いた。

その後、この記事を読んでいただいた方から「フォトカプラでスピーカーラインを切り替えるのはどう?」という提案を頂き、なるほどその手があったかと回路を組んでみました

そしてプログラムを走らしてみるも、ATtiny85からオルゴール音楽は流れてきませんでした。

配線間違いを疑いつつも、小さなブレッドボード上で組んだので、いまさら配線を1本ずつ確認していこうという気が起きず、取った行動は「大きなブレッドボードを買う」ってことでした。

そのブレッドボードがようやく届いたので、やっとその続きを書くことが出来ます。

ブレッドボード大

さて、先に結論を言っておきますが、結果はダメでした。

ダメな原因は、何となく分かったような気がしてるけど、それが正しいかは不明。ってことで、順を追って説明していきましょうか。

第一段階:ATtiny13AとLEDだけ

先ず第一段階として最もシンプルな形で、ATtiny13Aがマスターの役割を果たしているかを確認。

動作としては電源投入後、タクトSWの長押しでSLEEPから目覚め、2番ピンをHIGHにする。ここからタクトSWを押す度に、2番ピンLOW&7番ピンHIGH、そしてこの切り替えを交互に繰り返す。

なので、2番ピンと7番ピンにLEDを接続して、交互に点灯するかを確認。回路はこんな感じ。

第一段階

これは難なく無事に動きました。ATtiny13Aからの出力は間違っていないようです。

第二段階:フォトカプラ初登場

続いて今度は、2番ピンと7番ピンの出力をトランジスタ経由でフォトカプラへと入力し、それによってフォトカプラ内のフォトトランジスタに電流が流れるようになるかを確認します。

実際には、フォトトランジスタ側にLEDを接続し、それによってフォトトランジスタに電流が流れる様になったかどうかを確認します。

この時フッと思ったのは、「あれっ、フォトトランジスタって言うくらいだから、+と-の向きがあるのかな?」ってこと。それならLEDの接続方向にも気をつけないといけないな、って。

ところで今回は、2番ピンと7番ピンの出力で(後々)ATtiny85を駆動することになるので、間にトランジスタを入れてますが、そうでなければATtiny13Aのピン出力を直接フォトカプラに入力してもOKな筈。

回路は、以下のようになります。

第2段階

今回は結構ワクワクドキドキです。初めてフォトカプラの機能を試すわけですから。

一番気になったのは、フォトカプラ内の発光ダイオード用の電流制限抵抗をどう計算すればいいのかってこと。いろんな所に計算の仕方は書かれているけど、理解するのが面倒臭い。

実際に使っているフォトカプラ(TLP-621)のデータシートを見ると、「電気的特性」の発光側の項目に、測定条件 IF=10mAの時の順電圧(VF)が標準で1.15Vとあったので、これを使って計算。

電源電圧は4.5V(標準電源電圧は5Vになってるけど、まあ動くでしょ)として計算すると、

抵抗(Ω)=(4.5V-1.15V)÷0.01A = 335Ω

となる。順電流の「絶対最大定格」には IF=50mAとあるので、10mAで計算しておけば余裕だと思うけど、更に余裕を見て1kΩの抵抗を使用(これだと3mA少ししか流れないけど少な過ぎ?)。

さて結果はというと、動きました。タクトSWオンで、LEDが交互に点灯します。素晴らしい!

フォトカプラ稼動開始

いやー、なんかフォトカプラって面白いな。以前から興味があったんだけど、使ってみてより興味が湧いてきた。

最終段階:フォトカプラでスピーカーラインを切り替える

さてさて、最終段階まで来ました。後は、そもそも実現しようとした回路を試してみるだけ。

で、結果は? 先に書いた通りダメでした。

キチンと動作した上の回路で、フォトカプラに接続されているLED部分を、ATtiny85からのスピーカーラインに置き換えただけなので、これで動かない方がおかしいんだけど。

配線にも間違いはないし、何が悪いんだろって回路図を繁々と見詰めていたら、フォトトランジスタのところに小さな “矢印” があることに気が付きました。

TLP521でSP切替2
うん? そうか、「フォトトランジスタは電流の流れる方向が決まってるんだ」ってことに、再び気が付きました(我ながら、どうも抜けてるなー)。

待てよ? ってことは、今回のATtiny85とスピーカーとの接続方法では、そもそもダメだったんじゃないのかな?

スピーカーをマイコンに接続する普通の方法は、1つのピンから出力された信号がスピーカーに入り、そしてグランドへと抜けていく。言ってみれば、電流の流れる方向は一方向のみ。

これなら、今回のフォトカプラで切り替えるという方法が成り立ちます。

それが今回の接続方法は、2つのピンとスピーカーとが接続されいます(この部分、他の方のやり方をそのまま拝借してきているだけなので、わたし的にはブラックボックス)。

ということは、もしかしたらスピーカーに流れる電流は両方向になるのかもしれない。とすれば、フォトトランジスタで片方の流れが阻害されるとすると、音が出ないのは当然?

うーむ、正確には理解できていないと思うけど、ただ何となくこの方法ではダメそうだなって気がしてきた。


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コメント:
フォトカプラは主にデジタル回路の絶縁に使われるので普通はこういう使い方はしないですね。
絶縁の必要が無いならフォトカプラはの代わりにアナログマルチプレクサが良いと思います
[2016/03/25 09:36] | あろえ #k12f31x. | [edit]
コメント、ありがとうございます。
なるほど、やっぱりこういう使い方はしないものなんですね。
アナログマルチプレクサという名称を初めて聞きました。どういうものなのか調べてみます。
[2016/03/25 22:35] | taka14 #- | [edit]












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