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Ａ／Ｄ変換を使う

更新日２００９．８．１

ここでは、ＰＩＣ１８Ｆ２３２０のＡ／Ｄ変換機能を使って見ます。ＰＩＣ１６とほとんど同じように使えます。
オシレータは内部クロックを使い８ＭＨｚとしました。

実験回路
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今回の実験回路は「液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を使う」の回路に、Ａ／Ｄ変換用に可変抵抗を追加したものです。

ＲＡ０／ＡＮ０に５ＫΩの可変抵抗を接続し、可変抵抗で分圧した電圧をＡ／Ｄ変換します。

Ａ／Ｄ変換の最大入力インピーダンスは２．５ＫΩが推奨値ですが、今回は精度もスピードも要求しませんので５ＫΩの可変抵抗とし、ＲＡ０／ＡＮ０に接続しています。

ＬＣＤは、ＳＤ１６０２を使いましたが、ＳＣ１６０２でも互換があります。

ブレッドボードに組んだ状態
回路図の可変抵抗は、５．１ＫΩの固定抵抗にしています。

コントラスト調整が必要な場合は回路図通りに可変抵抗にして下さい。

左上の５ピンのヘッダピン周りは回路図には有りませんがICSP用です。

Ａ／Ｄ変換について

ＰＩＣ１８のＡ／Ｄ変換は、ＰＩＣ１６とほとんど同じです。

ＰＩＣ１８Ｆ２３２０では、ＡＮ０〜ＡＮ４とＡＮ８〜ＡＮ１２の１０ポートをアナログポートに設定可能で、プログラムによりピン毎にデジタル／アナログどちらかに設定できます。
ただし、１０ポートから任意に選択できるのでは無く、アナログポート番号の小さい方からｎ個をアナログ設定にすると言う選択方法になります。ＰＩＣ１６Ｆ８７ｘなどと同じです。

ピン番号デジタル設定アナログ設定
2RA0AN0
3RA1AN1
4RA2AN2
5RA3AN3
7RA5AN4
23RB2AN8
24RB3AN9
22RB1AN10
25RB4AN11
21RB0AN12
アナログ入力に設定したポートは、入力電圧を１０ビットのデジタルデータに変換することができます。
変換は、基準電圧（後述）を１０２４として測定電圧を表現します。

ＡＤｒｅｓ＝Ｖｉｎ／（Ｖｒｅｆ／１０２４）

ただし、ＡＤｒｅｓの最大値は１０２３です。（１０ビットの最大値で、１６進表現で'３ＦＦ'まで）

例えば、基準電圧が５Ｖで測定電圧が２．５Ｖの場合、ＡＤ変換の結果（ＡＤｒｅｓ）は５１２になります。

ＡＤｒｅｓ＝Ｖｉｎ／（Ｖｒｅｆ／１０２４）
＝２．５／（５／１０２４）
＝５１２
【参考】
基準電圧は、＋と−の両方が指定できます。(Vref+/Vref-)
ここでは、−側を０Ｖとして記載しています。


Ａ／Ｄ変換の手順

Ａ／Ｄ変換を行う手順は以下の通りです。（詳細設定は後述）

(1)Ａ／Ｄ変換機能の初期設定
以下の５つのレジスタ設定を行います。

TRISA/BＡ／Ｄ変換で使うポートを入力モードに設定
ADCON0Ａ／Ｄ変換チャネルの指定，Ａ／Ｄ変換を有効に設定
ADCON1ＡＮポートの設定，基準電圧の選択
ADCON2Ａ／Ｄ変換のクロック設定，アクィジション時間の設定，Ａ／Ｄ変換結果の格納方法を設定

(2)Ａ／Ｄ対象ポートの選択
１回のＡ／Ｄ変換動作で対象とできるポートは１ポートだけですので、今回対象とするポートを選択します。
この選択は、ＡＤＣＯＮ０レジスタのＣＨＳ３−０で指定します。
使用するアナログ入力が１ポートだけであれば、この処理は初期設定で１回やっておけばＯＫです。

(3)Ａ／Ｄ変換準備完了を待つ
ＰＩＣ内蔵のＡ／Ｄ変換用コンデンサ充電完了を待ちます。
この時間をアクィジション時間と言い、入力抵抗が推奨値の２．５ＫΩの時、約１３μ秒です。

ＰＩＣ１６では、Ａ／Ｄ変換開始前にプログラムで待つ必要がありましたが、ＰＩＣ１８ではＡ／Ｄ変換の中で待つ事が可能になりました。（ADCON2レジスタのACQT2-0で時間設定）

(4)Ａ／Ｄ変換を開始する
ＡＤＣＯＮ０レジスタのＧＯ／ＤＯＮＥビットをＯＮにしてＡ／Ｄ変換を開始します。
ＡＤＣＯＮ２レジスタのACQT2-0で指定したアクィジション時間だけ待った後、Ａ／Ｄ変換が開始されます。

(5)Ａ／Ｄ変換完了を待つ
ＡＤＣＯＮ０レジスタのＧＯ／ＤＯＮＥビットがＯＦＦ（Ａ／Ｄ変換完了）になるのを待ちます。

(6)Ａ／Ｄ変換結果を使う
Ａ／Ｄ変換結果が、ＡＤＲＥＳＨ，ＡＤＲＥＳＬレジスタに格納されていますので、目的に応じて使用します。

(7)繰り返す
繰り返す場合は、（２）に戻ります。

【参考】
Ａ／Ｄ変換完了を待つ方法として、上ではＡＤＣＯＮ０レジスタのＧＯ／ＤＯＮＥビットがＯＦＦになるのを待っていますが、Ａ／Ｄ変換完了割込みを使う方法もあります。
Ａ／Ｄ変換完了割込みを使う場合、以下のレジスタ操作が必要です。
　ＩＮＴＣＯＮ，ＰＩＲ１，ＰＩＥ１，ＩＰＲ１

更に別の方法として、Ａ／Ｄ変換完了までＳＬＥＥＰ状態で待つ事もできます。


Ａ／Ｄ変換の設定

Ａ／Ｄ変換の以下の設定について説明します。

(1)入力ポートの選択
(2)基準電圧
(3)Ａ／Ｄ変換のクロック選択（ＴAD）
(4)Ａ／Ｄ変換のアクィジション時間設定
(5)Ａ／Ｄ変換結果の格納

(1)入力ポートの選択

Ａ／Ｄ変換で使えるポートは、以下の１０ポートがあります。
ＡＮ０〜ＡＮ４
ＡＮ８〜ＡＮ１２
【参考】
ＡＮ５〜ＡＮ７が欠番になっていますが、４０ピンのＰＩＣ１８Ｆ４３２０などではサポートされています。

どのポートをアナログモードにするかはＡＤＣＯＮ１レジスタのＰＣＦＧ３−０ビットで以下のように指定します。

ＡＤＣＯＮ１レジスタ
Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0
--VCFG1VCFG0PCFG3PCFG2PCFG1PCFG0
VCFG1,0ビットは基準電圧設定ビットであり後述します。

PCFG3-0ビット

PCFG3-0AN12AN11AN10AN9AN8AN4AN3AN2AN1AN0
0000AAAAAAAAAA
0001AAAAAAAAAA
0010AAAAAAAAAA
0011DAAAAAAAAA
0100DDAAAAAAAA
0101DDDAAAAAAA
0110DDDDAAAAAA
0111DDDDDAAAAA
1000DDDDDAAAAA
1001DDDDDAAAAA
1010DDDDDAAAAA
1011DDDDDDAAAA
1100DDDDDDDAAA
1101DDDDDDDDAA
1110DDDDDDDDDA
1111DDDDDDDDDD
Ａ：アナログポート，Ｄ：デジタルポート

今回は、ＡＮ０のみをアナログポートとして使いますので、b'1110'をセットします。
Ａ／Ｄ変換を使わない場合（全てのピンをデジタルポートとして使う場合）は、b'1111'をセットします。
パワーオンリセット時は、b'1111'になっています。


また、１回のＡ／Ｄ変換動作では、１つのポートだけを選択する必要がありますが、このポート選択は、ＡＤＣＯＮ０レジスタのＣＨＳ３−０ビットで設定します。

ＡＤＣＯＮ０レジスタ
Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0
--CHS3CHS2CHS1CHS0GO/DONEADON
Bit0,1については後述します。

CHS3-0ビット

CHS3-0ANポート
0000AN0
0001AN1
0010AN2
0011AN3
0100AN4
1000AN8
1001AN9
1010AN10
1011AN11
1100AN12

今回は、RA0のみをアナログポートとして使用しますので、CHS3-0にはb'0000'をセットします。

(2)基準電圧

基準電圧は、以下のいずれかを組み合わせて選択します。
−側の基準電圧：電源電圧ＶｓｓまたはＡＮ２／Ｖｒｅｆ−
＋側の基準電圧：電源電圧ＶｄｄまたはＡＮ３／Ｖｒｅｆ＋

これらは、ＡＤＣＯＮ１レジスタのＶＣＦＧ１−０ビットで設定します。

ＡＤＣＯＮ１レジスタ
Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0
--VCFG1VCFG0PCFG3PCFG2PCFG1PCFG0
PCFG3-0ビットは前記の入力ポートの選択を参照して下さい。

VCFG1-0ビット

VCFG1-0Vref-Vref+
00VssVdd
01VssAN3/Vref+
10AN2/Vref-Vdd
11AN2/Vref-AN3/Vref+

今回は、精度は要求されませんので、電源電圧（Vdd,Vss）を基準電圧にしました。

【参考】
温度計や照度計などのように精度が要求される場合は基準電圧ＩＣなどを使います。

(3)Ａ／Ｄ変換のクロック（ＴAD）選択

Ａ／Ｄ変換のクロック（ＴAD）はＡ／Ｄ変換機能の基準時間で、ＰＩＣを動作させるオシレータの周波数により設定値が決まります。
設定は、ＡＤＣＯＮ２レジスタのＡＤＣＳ２−０ビットで以下のように設定します。

ＡＤＣＯＮ２レジスタ
Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0
ADFM-ACQT2ACQT1ACQT0ADCS2ADCS1ADCS0
Bit7-3については後述します。

ADCS2-0ビット

オシレータ周波数A/Dクロック設定
時間ADCS2-0
〜1.25MHz2Tosc000
〜2.50MHz4Tosc100
〜5.00MHz8Tosc001
〜10.00MHz16Tosc101
〜20.00MHz32Tosc010
〜40.00MHz64Tosc110
1.00MHz(RC)A/D　RCx11
＜ＴADの時間計算例＞
オシレータの周波数が８ＭＨｚの場合、上の表で5〜10MHzの範囲ですので16Toscを指定します。
８ＭＨｚの１サイクルの時間(Tosc)は、
　１／８ＭＨｚ　＝　０．１２５ｕ秒　です。

ＴADはこれの１６倍(16Tosc)ですので、
　０．１２５ｕ秒　×　１６　＝　２ｕ秒　になります。

【Ｔｏｓｃ】
Ｔｏｓｃはオシレータの１クロック（１サイクル）の時間であり、８Ｔｏｓｃはオシレータ１クロックの時間の８倍という意味です。

(4)Ａ／Ｄ変換のアクィジション時間設定

Ａ／Ｄ変換のために内部にホールドコンデンサがあり、このコンデンサに充電してからＡ／Ｄ変換が行われます。
ホールドコンデンサに充電する時間をアクィジション時間と言い、Ａ／Ｄ変換対象の抵抗が２．５ＫΩの場合、約１３ｕ秒です。

この時間を、ＡＤＣＯＮ２レジスタのＡＣＱＴ２−０ビットで指定します。

ＡＤＣＯＮ２レジスタ
Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0
ADFM-ACQT2ACQT1ACQT0ADCS2ADCS1ADCS0
Bit7については後述します。Bit2-0は前を参照して下さい。

ACQT2-0ビット

ACQT2-0アクィジション時間
0000　ＴAD
0012　ＴAD
0104　ＴAD
0116　ＴAD
1008　ＴAD
10112　ＴAD
11016　ＴAD
11120　ＴAD
＜算出例＞
以下のケースでACQT2-0の設定値を求めて見ます。
オシレータ周波数：８ＭＨｚ
アクィジション時間：１３ｕ秒

まず、ＴADはオシレータが８ＭＨｚの場合、16Toscで２ｕ秒でした。（前の例参照）
アクィジション時間は１３ｕ秒ですので、
　１３ｕ秒／２ｕ秒　＝　７　（切り上げ）
となり、
上の表から８ＴADがもっとも近い値であり、ACQT2-0はb'100'を選択します。
【ＡＮの入力抵抗とアクィジション時間】
アナログの入力抵抗の最大値は２．５ＫΩが推奨値です。
そして、２．５ＫΩであればアクィジション時間は、約１３ｕ秒です。
今回の回路では、５ＫΩの可変抵抗にしていますので、アクィジション時間を長くする必要がありますが、精度は気にしませんので８ＴADの設定にしました。

(5)Ａ／Ｄ変換結果の格納

Ａ／Ｄ変換結果は１０ビットです。一方、ＰＩＣのレジスタは８ビットです。
そのままでは格納できませんので、ＡＤＲＥＳＨレジスタとＡＤＲＥＳＬレジスタの２つを連結した１６ビットに格納されます。

ＡＤＲＥＳＨＡＤＲＥＳＬ
Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0
Ａ／Ｄ変換結果（１０ビット）000000
000000Ａ／Ｄ変換結果（１０ビット）

上の図の水色部分にＡ／Ｄ変換結果が格納されます。
２列で表しているように、格納方法は２パターンあります。どちらにするかは、ＡＤＣＯＮ２レジスタのＡＤＦＭビットで指定します。
　ADFM=0:左詰め（２列の上のパターン）
　ADFM=1:右詰め（２列の下のパターン）

今回は右詰めとしました。


プログラムの仕様

ＲＡ０（ＡＮ０）の可変抵抗の電圧をＡ／Ｄ変換し、その結果を３桁の１６進数でＬＣＤに表示します。
Ａ／Ｄ変換の分解能は１０ビットですので、可変抵抗の状態により１６進数で０００〜３ＦＦが表示されるはずです。


プログラム

今回のプログラムはこちらです。

ＬＣＤの使い方については、液晶ディスプレイを使う（ＰＩＣ１６Ｆ８４Ａ）を参考にして下さい。プログラムもほぼ同じです。

Ａ／Ｄ変換に関する処理は、初期処理とメイン処理で全て行っています。


動作させた状態。