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 | ID | bit |
Rudder(yaw) | High Byte: | 000 | Lx:98765 |
Low Byte : | 001 | Lx:43210 |
Elevator(pitch) | High Byte: | 010 | Ly:98765 |
Low Byte : | 011 | Ly:43210 |
Aileron(roll) | High Byte: | 100 | Rx:98765 |
Low Byte : | 101 | Rx:43210 |
Throttle | High Byte: | 110 | Ry:98765 |
Low Byte : | 111 | Ry: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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