I2Cセンサーとかを扱うと固定小数点表現によく出会う。が、固定小数点のままだと計算がめんどうなので、とりあえず浮動小数点に変換しときたいというケースがまぁまぁある。

そういうときに雑に使えるスニペットがほしかったので書いた。

#include <type_traits>
template <uint8_t int_bits, uint8_t fractional_bits, class T>
inline float fixed_point_to_float(const T fixed) {
	static_assert(std::is_unsigned<T>::value, "argument must be unsigned");
	constexpr uint8_t msb = int_bits + fractional_bits - 1;
	constexpr T mask = static_cast<T>(~(( static_cast<T>(~0)) << msb));
	constexpr float deno = 1<<fractional_bits;
	if (fixed & (1<<msb)) {
		// negative
		return -( ( (~fixed & mask) + 1) / deno);
	} else {
		// positive
		return fixed / deno;
	}
}

type_traits がない環境の場合、include と static_assert を消すだけで動く。これはエラーチェックにしか使ってなくて、もし消したとしても、負の signed を渡すと左シフトが不正になるのでエラーになる。

センサ出力とかの場合、8bit単位のビット数ではないことが多いので、渡された型のサイズに関わらずに処理できるようにマスクを作っている。

// usage
int main (int argc, char* argv[]) {
	// from ADT7410 datasheet
	is(fixed_point_to_float<9, 4>((uint16_t)0b0000000000001), 0.0625);
	is(fixed_point_to_float<9, 4>((uint16_t)0b0100101100000), 150.0);
	is(fixed_point_to_float<9, 4>((uint16_t)0b0000000000000), 0);
	is(fixed_point_to_float<9, 4>((uint16_t)0b1110010010000), -55.0);
	is(fixed_point_to_float<9, 4>((uint16_t)0b1111111111111), -0.0625);
	is(fixed_point_to_float<9, 4>((uint32_t)0b1111111111111), -0.0625 );
	/** compile error : argument must be unsigned
	printf("%f\n", fixed_point_to_float<9, 4>((int16_t)0b1111111111111));
	*/

	// from MCP3425 datasheet
	is(fixed_point_to_float<1, 11>((uint16_t)0x001) * (2.048), 1e-3);
	is(fixed_point_to_float<1, 13>((uint16_t)0x001) * (2.048), 250e-6);
	is(fixed_point_to_float<1, 15>((uint16_t)0x001) * (2.048), 62.5e-6);

	// from MPL115A2 datasheet
	// a0 coefficient
	is(fixed_point_to_float<13, 3>((uint16_t)0x3ECE), 2009.75);
	// b1 coefficient
	is(fixed_point_to_float<3, 13>((uint16_t)0xB3F9), -2.37585);
	// b2 coefficient
	is(fixed_point_to_float<2, 14>((uint16_t)0xC517), -0.92047);
	// c12 coefficient
	is(fixed_point_to_float<1, 15>((uint16_t)0x33C8)/(1<<9), 0.000790);

	// test dynamic variable
	volatile uint16_t x = 0x001;
	is(fixed_point_to_float<1, 11>(x) * (2.048), 1e-3);
}

テンプレートの第1引数は整数部(符号込み)のビット数・第2引数は小数点分のビット数

これはQ表記に対応する。

Q表記だと Q1.15 だと符号分1・整数部なし・15ビットの小数点桁。Q9.4 だと符号付き整数部8bit、小数部4bit。

メモ

固定小数点数用のクラス作って可能な限りは固定小数点で演算したほうがいい気はする。ヘッダ1ファイルとかで使えるの、当然もうありそうだけど見つけられてない。

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モバイバッテリーは低電流時、充電完了と判断してパワーオフする(出力回路の動作をやめる)が、これをやらせたくない場合どうすればいいか。現時点でのメモ

Arduino に適当なプログラムを書きこんで、ポートに抵抗を繋ぎ(複数ポートにわけて) パワーオフするかどうかを調べた。測定時は電源供給経路途中に1Ωの抵抗をいれ、オシロでこの抵抗の両端電圧を測ることで間接的に実測の電流値を求めている。

Arduino のベースの消費電力は40mA程度。なので以下でさらに大きな電流を流しているが、40mA との切り替えということになる。

Anker

Anker は製品説明書に最低限充電電流が書いてある (50mA)
しかし連続で流し続けなければならないのか、パルスでいいのかはわからない。

A1208

【Amazon.co.jp限定】Anker Astro E5 第2世代 16000mAh モバイルバッテリー&Anker 20W 2ポート USB急速充電器 充電セット iPhone/iPad/iPod/Xperia/Galaxy /Nexus 他対応 【PowerIQ搭載 x2】 A120802A -

3.0 / 5.0

検知できないと30秒ぐらいでパワーオフする

  • 50mA 50ms / 1s → ダメ
  • 100mA 50ms / 1s → ダメ
  • 100mA 100ms / 1s → ダメ
  • 100mA 100ms / 10ms → ok
  • 100mA 100ms / 100ms → ok

すくなくとも短いパルスではリセットできないっぽい

  • 100mA 1s / 5s → ok
  • 50mA 1s / 5s → ng
  • 60mA 1s / 5s → ok
  • 60mA 1s / 10s → ok
  • 60mA 1s / 30s → ok
  • 60mA 500ms / 30s → ok
  • 60mA 250ms / 30s → ng

一定時間内の平均消費をみている?

Aukey

PB-T1

[Qualcomm認証済み]Aukey モバイルバッテリー 大容量 10400mAh スマホ充電器 [Quick Charge 2.0対応] 急速充電可能 (シルバー)PB-T1 -

3.0 / 5.0

説明書には特にオートパワーオフの閾値の記載なし。

約3分後にパワーオフ。電流を検知している間はバッテリーランプが点灯するっぽい?

  • 60mA 250ms / 30s → ng
  • 100mA 250ms / 30s → ng
  • 100mA 50ms / 1s → ok
  • 100mA 50ms / 10s → ng
  • 100mA 50ms / 5s → ng
  • 100mA 50ms / 2.5s → ok

ランプが5秒ぐらいで消灯するが、その前にパルスを検知すればいいっぽい… 謎

その他

100mA ぐらい常時流しといたらいいんちゃう?

→ 5V 100mA (0.5W)

3.3V 10000mAh のやつは26Whぐらいなので、とても厳しいという状態でなければそれでもいいかもしれない。

Quick Charge バッテリの場合、電流値で検出しているのか電力値で検出しているのかで大きくわかれる。12V 100mA 流すことになったら常時 1.2W 消費ということになりつらい。

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[tech] Quick Charge 2.0 電源から 9V をとる (任意の電圧をとる) | Mon, Dec 14. 2015 - 氾濫原 で、だいたいこれで良さそうと思ったので ATTiny13A 使ってユニバーサル基板にまとめた。

できたもの

風景

回路図

3端子レギュレータの S-812C33AY は安い (12.5円/個) から以外の意味はとくにない。ピン配置が GND IN OUT と 78* 系と違うので注意

Tiny13A は8pinなのでIOが最大で6pinしかない。そしてRESETをIOにするとISP書きこみができなくなるので、ISPを使うなら、実質5ピンのIOになる。

ファームウェアなど

レポジトリ https://github.com/cho45/QCdirect

コードは Arduino 版とほぼ同じだが、AVR ネイティブで書きなおしてある。

main.cpp https://github.com/cho45/QCdirect/blob/master/firmware/main.cpp

ボードレイアウト例

ISP ピンヘッダの位置でいつも困る。AVRISP mkII の直で繋げられるようにしようとすると、意外と干渉するので、ピンヘッダまわりに十分スペースが必要

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