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第5回 自作シリアル・プロポ
2025.02.22

YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。

今回は、シリアル接続のプロポを作ってみました。 このプロポをESP32に繋いで、ESP32のWiFi機能を用いてドローンを制御します。

用意するものを下記に示します。

●ジョイスティックRKJXV122400R DIP化キット




●ATTINY85-20PU

・電源電圧:2.7~5.5V
・コア:tinyAVR
・コアサイズ:8bit
・クロック:20MHz
・プログラムメモリ:8kB
・EEPROM:512B
・RAM:512B
・GPIO:6pin
・ADC:4Ch
・I2C:1Ch
・SPI:1Ch
・タイマ:2Ch
・オシレータ:内蔵

この他に16穴ユニバーサル基板、各種ピンヘッダ、シリアル接続用4Pコードなどが必要です。



ATTiny85には解像度10ビットのアナログ端子としてA0~A3の4個が用意されています。 また、シリアル接続用に2つの端子、VCCとGNDで合わせて8つの端子すべてを使います。

●配線
 JOYSTICK  -  ATTiny85  -  ESP32-S2(テスト用) 
LEFT     
GND   -  GND        
V+   -  VCC        
Y   -  A1        
X   -  A3        
RIGHT     
GND   -  GND   -  GND 
V+   -  VCC   -  3V3 
Y   -  A2        
X   -  A0        
    PB0   -  RX  
    PB1   -  TX  


横にしたブレッドボードに対してジョイスティックDIP化キットを時計回りに90℃回転させて取り付けています。

●開発環境
ソースコードのビルドには、PlatformIOを使用しています。
Arduino開発環境構築 PlatformIO
【参考記事】 TM1637 & ATtiny85

ボード情報を確認します
$ pio boards "ATTiny85"
Platform: atmelavr
=========================================================================
ID              MCU       Frequency Flash  RAM  Name
--------------  --------  --------- ------ ---- -------------------------
gemma           ATTINY85  8MHz      8KB    512B Adafruit Gemma
trinket3        ATTINY85  8MHz      8KB    512B Adafruit Trinket 3V/8MHz
trinket5        ATTINY85  16MHz     8KB    512B Adafruit Trinket 5V/16MHz
digispark-tiny  ATTINY85  16MHz     5.87KB 512B Digispark USB
attiny85        ATTINY85  8MHz      8KB    512B Generic ATtiny85
ATTiny85のピン情報を確認します
~/.platformio/packages/framework-arduino-avr-attiny/variants/tinyX5/pins_arduino.h
#define SS   3
#define MOSI 1
#define MISO 0
#define SCK  2

static const uint8_t SDA = 0;
static const uint8_t SCL = 2;

static const uint8_t A0 = 0x80 | 0;
static const uint8_t A1 = 0x80 | 1;
static const uint8_t A2 = 0x80 | 2;
static const uint8_t A3 = 0x80 | 3;

#define PIN_B0  ( 0)
#define PIN_B1  ( 1)
#define PIN_B2  ( 2)
#define PIN_B3  ( 3)
#define PIN_B4  ( 4)
#define PIN_B5  ( 5)

#define PIN_PB0  ( 0)
#define PIN_PB1  ( 1)
#define PIN_PB2  ( 2)
#define PIN_PB3  ( 3)
#define PIN_PB4  ( 4)
#define PIN_PB5  ( 5)

ビルド用設定ファイルを編集します
$ pio init -b attiny85
$ vi platformio.ini
[env:attiny85]
platform = atmelavr
board = attiny85
framework = arduino
upload_protocol = custom
upload_port = /dev/ttyUSB0
upload_speed = 19200
board_build.f_cpu = 8000000L
upload_flags = 
	-C
	$PROJECT_PACKAGES_DIR/framework-arduino-avr-attiny/avrdude.conf
	-p
	$BOARD_MCU
	-P
	$UPLOAD_PORT
	-b
	$UPLOAD_SPEED
	-c
	stk500v1
upload_command = avrdude $UPLOAD_FLAGS -U flash:w:$SOURCE:i

●ソースコード
#include <SoftwareSerial.h>

#define JoyStick_LX  A1    // 2  LEFT  LEFT/RIGHT
#define JoyStick_LY  A3    // 3  LEFT  UP/DOWN
#define JoyStick_RX  A2    // 4  RIGHT LEFT/RIGHT
#define JoyStick_RY  A0    // 5  RIGHT UP/DOWN (RESET)
#define PIN_TX       PB0
#define PIN_RX       PB1

SoftwareSerial mySerial(PIN_RX, PIN_TX);

void setup() 
{
	mySerial.begin(9600);
}

void loop()
{
	uint8_t  i;
	uint16_t Lx, Ly, Rx,Ry;
	uint8_t  Lxh, Lxl, Lyh, Lyl, Rxh, Rxl, Ryh, Ryl;

	Lx = analogRead(JoyStick_LX);
	Ly = 1023 - analogRead(JoyStick_LY);
	Rx = analogRead(JoyStick_RX);
	Ry = 1023 - analogRead(JoyStick_RY);
	Lxh = (Lx>>5)|0x00;
	Lxl = (Lx&0x1F)|0x20;
	Lyh = (Ly>>5)|0x40;
	Lyl = (Ly&0x1F)|0x60;
	Rxh = (Rx>>5)|0x80;
	Rxl = (Rx&0x1F)|0xA0;
	Ryh = (Ry>>5)|0xC0;
	Ryl = (Ry&0x1F)|0xE0;
	mySerial.write(Lxh);
	mySerial.write(Lxl);
	mySerial.write(Lyh);
	mySerial.write(Lyl);
	mySerial.write(Rxh);
	mySerial.write(Rxl);
	mySerial.write(Ryh);
	mySerial.write(Ryl);
}
コードの解説
ATTiny85は4個のアナログ入力端子を持ち、解像度は10ビット(0~1023)です。 非同期式シリアル通信なので、受信側がどのタイミングで受信してもデータが区別できるように工夫しています。

ジョイスティック基板をブレッドボードに取り付ける際に時計回りに90℃回転させているので、取得した値を補正しています
Lx = analogRead(JoyStick_LX);
Ly = 1023 - analogRead(JoyStick_LY);
Rx = analogRead(JoyStick_RX);
Ry = 1023 - analogRead(JoyStick_RY);

10ビットの解像度なので5ビットに二等分して、余っている先頭3ビットをデータ識別用に使用します。
Joystick Order IDbit
Rudder(yaw) High Byte:000Lx:98765
Low Byte :001Lx:43210
Elevator(pitch)High Byte:010Ly:98765
Low Byte :011Ly:43210
Aileron(roll) High Byte:100Rx:98765
Low Byte :101Rx:43210
Throttle High Byte:110Ry:98765
Low Byte :111Ry:43210

$ pio run -t upload -e attiny85
PLATFORM: Atmel AVR (5.1.0) > Generic ATtiny85
HARDWARE: ATTINY85 8MHz, 512B RAM, 8KB Flash
PACKAGES:
 - framework-arduino-avr-attiny @ 1.5.2
 - tool-avrdude @ 1.60300.200527 (6.3.0)
 - toolchain-atmelavr @ 1.70300.191015 (7.3.0)
Dependency Graph
|-- SoftwareSerial @ 1.0.0
RAM:   [==        ]  24.2% (used 124 bytes from 512 bytes)
Flash: [==        ]  23.1% (used 1890 bytes from 8192 bytes)
avrdude: safemode: Fuses OK (E:FF, H:DF, L:E2)
avrdude done. Thank you.
このチップのヒューズビットを確認してみると下記のようになっていました。
$ ~/.platformio/packages/tool-avrdude/avrdude -C ~/.platformio/packages/framework-arduino-avr-attiny/avrdude.conf -p attiny85 -P /dev/ttyUSB0 -b 19200 -c avrisp
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions
Reading | ################################ | 100% 0.02s
avrdude: Device signature = 0x1e930b (probably t85)
avrdude: safemode: Fuses OK (E:FF, H:DF, L:E2)
avrdude done. Thank you.

ATtiny85は工場出荷時クロックの8分周が有効になっています、L:E2 になっていない場合は、フューズビットを変更して無効にします。
$ ~/.platformio/packages/tool-avrdude/avrdude -C ~/.platformio/packages/framework-arduino-avr-attiny/avrdude.conf -p attiny85 -P /dev/ttyUSB0 -b 19200 -c avrisp -U lfuse:w:0xe2:m

●動作確認
受信側の動作確認プログラムです。
データ識別子をもとに5ビットのデータを繋ぎ合わせて、ジョイスティックの操作値を求めています。
uint16_t Lx, Ly, Rx, Ry;

void setup() 
{
	Serial1.begin(9600);
	Serial.begin(115200);
	Lx = 0;
	Ly = 0;
	Rx = 0;
	Ry = 0;
}

void loop()
{
	uint16_t ival;
	uint16_t sLx, sLy, sRx, sRy;

	while (Serial1.available()) {
		ival = Serial1.read();
		switch(ival&0xE0) {
			case 0x00: // 0b000xxxxx
				sLx = ((ival & 0x1F)<<5) | 0x8000;
				 break;
			case 0x20: // 0b001xxxxx
				if (sLx & 0x8000) Lx = (sLx | (ival & 0x1F)) & 0x03FF;
				sLx = 0x0;
				break;
			case 0x40: // 0b010xxxxx
				sLy = ((ival & 0x1F)<<5) | 0x8000;
				 break;
			case 0x60: // 0b011xxxxx
				if (sLy & 0x8000) Ly = (sLy | (ival & 0x1F)) & 0x03FF;
				sLy = 0x0;
				break;
			case 0x80: // 0b100xxxxx
				sRx = ((ival & 0x1F)<<5) | 0x8000;
				 break;
			case 0xA0: // 0b101xxxxx
				if (sRx & 0x8000) Rx = (sRx | (ival & 0x1F)) & 0x03FF;
				sRx = 0x0;
				break;
			case 0xC0: // 0b110xxxxx
				sRy = ((ival & 0x1F)<<5) | 0x8000;
				 break;
			case 0xE0: // 0b111xxxxx
				if (sRy & 0x8000) Ry = (sRy | (ival & 0x1F)) & 0x03FF;
				sRy = 0x0;
				break;
		}
	}
	Serial.printf("%04d %04d %04d %04d\n",Lx,Ly,Rx,Ry);
	delay(1000);
}



$ pio device monitor -p /dev/ttyACM0 -b 115200

ジョイスティック無操作の状態でも10ビットの中央値512からズレが生じていることがわかります。 この中央値補正はジョイスティック側ではなく、受信側のマイコンで行うことにします。


ジョイスティックは十字方向のみではなく、斜め方向にも稼働可能なので同時に4方向の値を取得することができます。
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