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AE-ATMEGA328-MINIで簡易オシロを作る(2)

 前回の続きです。配線もArduinoの設定、スケッチの書き込みも終わりましたので、今回は、Processingの実行からです。

4.Processing用スケッチを実行
 ダウンロードしたソフトのProcessingフォルダ内のProcessing Source Code(pde)ファイル「kit_scope」を開きます。ProcessingのIDEが起動したら、Runボタンを押して実行させます。Processing_Run_180430.pngCH1のみ配線しており、信号を入れていない状態なので、0Vを示しています。
 次に信号発生器として利用するRaspberry Pi Zeroからパルス信号を入れますが、簡便に「gpioコマンド」をターミナルから打ち込んで出力しました。事前にWiringPiをセットアップしておくことをお忘れなく・・。周波数やDuty比の制御はこのサイトを参考にさせていただきました。ありがとうございました。

 まず、GPIO18(ピン番号12)を「pwmモード」にします。
gpio -g mode 18 pwm
 PWMには「BALLANCEモード」と「MARK:SETモード」の2つがあり、BALLANCEモードは制御しにくいとのことなので、MARK:SETモードを使いました。
gpio -g pwm-ms

 また、PWMの周波数は、CLOCK値とRANGE値で決まり、以下の式で表わされるとのことなので、
 PWM周波数 = 19.2MHz / CLOCK値 / RANGE値
50Hz(周期T = 20msec)ならば、CLOCK値を192、RANGE値を2000に設定します。
 50Hz = 19.2*10^6 / 192 / 2000
gpio -g pwmc 192
gpio -g pwmr 2000
 次に、Duty比は以下の式で表されるとのことなので、50%の信号(矩形波)を入れてみました(VALUE = 1000)。
 Duty比 = VALUE / RANGE
gpio -g pwm 18 1000
signal_50Hz-50p.png10ms/divの時間軸で、20msec(50Hz)の信号が確かに入力され、オシロで表示できました。

Duty比を25%にすると、
gpio -g pwm 18 500
signal_50Hz-25p.png確かに、ON時間が50%の半分の25%になりました。

次に、Duty比は50%に戻して、25Hz(40msec)に周波数を変更します。
gpio -g pwm 18 1000
gpio -g pwmc 384
signal_25Hz-50p.pngこれも問題なしです。

最後に100Hz(10msec)に周波数を変更します。
gpio -g pwmc 96
signal_100Hz-50p.pngいい感じです。簡易オシロとは言え、クオリティが高いですね。また、安価にオシロが構築できるのも◎です。今後も何かに使いたいものです・・。
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AE-ATMEGA328-MINIで簡易オシロを作る(1)

 4月は何かと忙しかったですね・・。ブログの更新も少なく、ネタ探しをしていた所でした。GWに入り、時間の余裕もでき、日々の不条理な?会社生活を忘れるためにも、久々に電子工作へ現実逃避です・・。

 以前からデジタル信号処理をやりたくて、オシロスコープが欲しいなぁと思っていました。さすがに既製品の高価なものには手が出ませんので、秋月でキットになっているもの(例えばこれ)を購入しようかなと思っていた矢先、九工大のサイトにArduinoを用いたオシロスコープ(Kyutech Arduino Scope)なるものを見つけましたので、早速試してみました。KIT_SCOPE_180430.png
 手持ちには、以前秋月で購入したArduino Pro Miniの上位互換ボードである、AE-ATMEGA328-MINI(@780円)がありましたので、それを使いました。AE-ATMEGA328-MINI_180430.png
今回の評価に使用した機材類は以下の通りです。
  ➀ AE-ATMEGA328-MINI (1台) ・・・ Arduino本体
  ➁ FT-232RQ USBシリアル変換モジュール (1台) ・・・ ➀-PC間の通信モジュール
  ➂ USBケーブル(Type-A - MicroB) (1本) ・・・ ➁とPCの接続用
  ④ Raspberry Pi Zero ・・・ 信号発生器として利用
  ⑤ 部品 ・・・ 1kΩ抵抗×3、100kΩ抵抗×1、1μF電解コンデンサ×1

簡易オシロの作成手順も九工大のサイトの「ダウンロードと実行手順」に記載されていますので、それに従って進めていきます。KIT_SCOPE_procedure_180430.png

1.ソフトダウンロードとインストール
 この簡易オシロには、ソフト本体以外にも「Processing」という言語・統合環境(IDE)が必要になるとのことなので、それもインストールします。ダウンロードはこちらから行いました。もちろん、Arduino IDEも必要ですね。Processing_download_180430.png
2.必要な回路を作成
 Arduinoの回路図も九工大サイトに書かれてありますので、それを参考に以下の配線を行いました。Simple_Oscillo_Circuit_180430.png実際の写真はこんな感じです。Simple_Oscillo_Setup_180430.png
3.Arduino用スケッチをAE-ATMEGA328-MINIに転送
 ダウンロードしたソフトのフォルダは、ArduinoとProcessingの2つに分かれており、ここではArduinoフォルダ内のスケッチ(ino)ファイル「kit_scope」を開きます。設定は以下の通りで、ボード、プロセッサ、シリアルポートが正しく設定・認識されていることをチェックします。ard_setting1_180430.png次に、スケッチメニューから「検証・コンパイル」を行い、「マイコンボードに書き込む」を実行します。エラーが出なければ、書き込み完了です。ard_setting2_180430.png
 長くなりましたので、「4.Processing用スケッチを実行」以降は、次回にお話します。

RのGUIを作る

 RPythonのプログラムでパラメータのみを変更して何回も同じプログラムを実行したい際に、GUIがあると便利だなと思うことが多々あります。PythonではPyQtで簡単にGUIを作成できることを以前のブログでお話しました。今回は、PyQtとPypeRを使って、Python経由でRプログラムをGUIから実行させることにしました。

 Pythonプログラムは、PyQtで作成したGUI部分(R_GUI_test.py)と、ファイル読み込み、PypeRを使ったをRの解析部分(pyper_test.py)に分けました。GUIの外観はこんな感じです。R_GUI180415_1.pngデータファイル名を入力するplainTextEdit、解析生データを表示するtableWidget、ファイルを読み込み、解析を実行させるpushButtonと、解析結果を表示するtextBrowserから構成しています。GUI部分のプログラムは以下の通りです。
# -*- coding: utf-8 -*-
# R_GUI_test.py
from PyQt5 import QtCore, QtGui, QtWidgets
import os
import pyper_test as pyp

class Ui_MainWindow(object):
def setupUi(self, MainWindow):
MainWindow.setObjectName("MainWindow")
MainWindow.resize(580, 300)
self.centralwidget = QtWidgets.QWidget(MainWindow)
self.centralwidget.setObjectName("centralwidget")
self.tableWidget = QtWidgets.QTableWidget(self.centralwidget)
self.tableWidget.setGeometry(QtCore.QRect(10, 50, 250, 220))
self.tableWidget.setObjectName("tableWidget")
self.tableWidget.setColumnCount(2) # Column number : 2
self.tableWidget.setColumnWidth(5, 5)
self.tableWidget.setRowCount(50) # Row number : 50
item = QtWidgets.QTableWidgetItem()
self.tableWidget.setHorizontalHeaderItem(0, item)
item = QtWidgets.QTableWidgetItem()
self.tableWidget.setHorizontalHeaderItem(1, item)
self.pushButton = QtWidgets.QPushButton(self.centralwidget)
self.pushButton.setGeometry(QtCore.QRect(360, 10, 115, 30))
self.pushButton.setObjectName("pushButton")
self.textBrowser = QtWidgets.QTextBrowser(self.centralwidget)
self.textBrowser.setGeometry(QtCore.QRect(270, 50, 300, 220))
self.textBrowser.setObjectName("textBrowser")
self.plainTextEdit = QtWidgets.QPlainTextEdit(self.centralwidget)
self.plainTextEdit.setGeometry(QtCore.QRect(80, 5, 230, 30))
self.plainTextEdit.setObjectName("plainTextEdit")
self.label = QtWidgets.QLabel(self.centralwidget)
self.label.setGeometry(QtCore.QRect(20, 10, 60, 15))
self.label.setObjectName("label")
MainWindow.setCentralWidget(self.centralwidget)
self.menubar = QtWidgets.QMenuBar(MainWindow)
self.menubar.setGeometry(QtCore.QRect(0, 0, 320, 22))
self.menubar.setObjectName("menubar")
MainWindow.setMenuBar(self.menubar)
self.statusbar = QtWidgets.QStatusBar(MainWindow)
self.statusbar.setObjectName("statusbar")
MainWindow.setStatusBar(self.statusbar)

self.retranslateUi(MainWindow)
self.pushButton.clicked.connect(self.func1) # func1 call
QtCore.QMetaObject.connectSlotsByName(MainWindow)

def retranslateUi(self, MainWindow):
_translate = QtCore.QCoreApplication.translate
MainWindow.setWindowTitle(_translate("MainWindow", "MainWindow"))
item = self.tableWidget.horizontalHeaderItem(0)
item.setText(_translate("MainWindow", "X"))
item = self.tableWidget.horizontalHeaderItem(1)
item.setText(_translate("MainWindow", "Y"))
self.pushButton.setText(_translate("MainWindow", "Analysis"))
self.label.setText(_translate("MainWindow", "Data File"))

def func1(self):
dtfilename = str(self.plainTextEdit.toPlainText())

if os.path.isfile(dtfilename): # check file existence
pt = pyp.pyper_test(dtfilename)
pt.LoadDataFile(dtfilename)

self.textBrowser.append("Data Rows:"+str(pt.data_rows))
self.textBrowser.append("Data Columns:"+str(pt.data_columns))

for i in range(pt.data_rows): # data setting
for j in range(pt.data_columns):
item = QtWidgets.QTableWidgetItem(str(pt.data.iat[i, j]))
self.tableWidget.setItem(i, j, item)

pt.R_proc(pt.data)
self.textBrowser.append(str(pt.data_summary))
self.textBrowser.append(str(pt.data_result))

if __name__ == "__main__":
import sys

app = QtWidgets.QApplication(sys.argv)
MainWindow = QtWidgets.QMainWindow()
ui = Ui_MainWindow()
ui.setupUi(MainWindow)
MainWindow.show()
sys.exit(app.exec_())
データファイル名を入力し、「Analysis」ボタンを押すと、解析生データがグリッド(tableWidget)、Rで解析された結果がテキストボックスに表示されました。データファイルは、以下のスタイルのcsvファイルで実行するpythonプログラムと同じフォルダに置いておきます。
X,Y
235,591
216,539
・・・
R_GUI180415_2.png 問題なく結果が出力されました。ファイル読み込みとPypeRを使ったをRの解析部分のプログラムは以下の通りです。それぞれLoadDataFile関数、R_proc関数で実行しています。
# R_GUI_test.py
import pandas as pd
import pyper

class pyper_test(object):

def __init__(self, data_filename):
self.data_filename = data_filename

def LoadDataFile(self, data_filename):
self.data = pd.read_csv(data_filename) #Read data
self.data_rows = len(self.data.index)
self.data_columns = len(self.data.columns)

def R_proc(self, data):
r = pyper.R(use_pandas='True')
r.assign('df', data) # Send data to R
r("result <- lm(Y~X, data=df)") # Regression
# Results output
self.data_summary = r("summary(df)")
self.data_result = r("summary(result)")
GUIから身近にRのプログラムを実行できるので、何かと便利に使えそうです。いろいろ触ってみようと思います。

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興味のおもむくままに生涯考え続けるエンジニアでありたい。

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