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ＰＷＭ機能を使ってスピーカを鳴らす (PIC12F683)
（動作確認：単音を出してみる）
更新日２００６．３．１１
ＰＩＣ１２Ｆ６８３のＰＷＭ機能を使ってスピーカを鳴らします。
ＰＩＣ１６Ｆ８４Ａでスピーカを鳴らす実験を行いましたが、ＰＩＣ１６Ｆ８４ＡにはＰＷＭ機能が無いため、プログラムでパルスを生成し、スピーカに出力しました。
ＰＩＣ１２Ｆ６８３には、ＣＣＰ（Capture/Compare/PWM）モジュールというものが内蔵されていて、ＰＷＭモードに設定すると５番ピン（GP2/CCP1）からパルス（矩形波）を出力できます。
ここでは、ＣＣＰのＰＷＭモードを使ってスピーカを鳴らす実験を行います。
| 実験回路
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| ・ |
今回の実験で使用する回路です。
５番ピン（GP2/AN2/T0CKI/INT/COUT/CCP1）にスピーカを接続します。
２番ピン（GP5）のＬＥＤは、今回は使用しませんので無くてもかまいません。
 | ブレッドボードの右端にあるＬＥＤと抵抗は、回路図にはありませんが電源ランプとして使っています。
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| ＣＣＰモジュールとＰＷＭモード
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ＰＩＣ１２Ｆ６８３にはＣＣＰモジュールが内蔵されています。
- ＣＣＰモジュールは、レジスタの設定で以下の３種類の動作を選択できます。
| キャプチャモード | CCP1ピンの変化によりＴＭＲ１(TMR1H:TMR1L)レジスタの内容をＣＣＰＲ１(CCPR1H:CCPR1L)レジスタにコピーし、キャプチャ割込みを発生する
| | コンペアモード | ＴＭＲ１(TMR1H:TMR1L)レジスタとＣＣＰＲ１(CCPR1H:CCPR1L)レジスタの値が一致した時、ＣＣＰ１ピンを変化させたりＣＣＰ１割込みを発生させる
| | ＰＷＭモード | ＰＲ２レジスタで指定する周期と、ＣＣＰＲ１Ｌレジスタで指定するデューティ（パルス幅）により、ＣＣＰ１ピンからパルス（矩形波）を出力する
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今回は、ＰＷＭモードを使用します。
下図ように、周期を変えずにパルスの幅を変える方式を、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）と言います。
パルス幅（ＯＮの割合）が大きいほど出力の総量が大きくなるので、モータのスピード制御やライト（ＬＥＤなど）の明るさ制御などに使用されます。
ＰＩＣ１２Ｆ６８３では、以下のようにＰＷＭを実現しています。
ＰＲ２レジスタで周期を指定し、ＣＣＰＲ１Ｌレジスタでデューティを指定します。
それぞれのレジスタで指定する値は、ＴＭＲ２のカウント数です。
従って、ＴＭＲ２の周波数（または周期）を決定すると、周期とデューティを決められます。
ＴＭＲ２のカウントアップは、１命令サイクル毎に＋１されます。
- 具体例を以下に示します。
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| クロック | ：４ＭＨｚ
| | ＰＲ２ | ：２３９
| | ＣＣＰＲ１Ｌ | ：５０
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| 命令サイクル | ：（１秒／４ＭＨｚ）×４クロック＝１ｕＳ（マイクロ秒）
| | 周期 | ：１ｕＳ（マイクロ秒）×２３９＝２３９ｕＳ
| | 周波数 | ：１秒／２３９ｕＳ＝４１８４Ｈｚ
| | デューティ | ：１ｕＳ（マイクロ秒）×５０＝５０ｕＳ
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下の補足は、良く解らなければ、ＴＭＲ２に４倍／１６倍のプリスケーラが使用できることだけを理解し、後の記事は無視しても使用できます。
- 補足１
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ＴＭＲ２は、プリスケーラを使用できます。
倍率は、４倍／１６倍の２種類で、Ｔ２ＣＯＮレジスタで指定します。
ＴＭＲ２がデューティとして使用される場合は、プリスケーラ相当の２ビットが下位に付加され、１０ビットで使用されます。
- 補足２
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実際のデューティ指定は、ＣＣＰＲ１Ｌレジスタの８ビットにＣＣＰ１ＣＯＮレジスタのビット５：４（ＤＣ１Ｂ１，ＤＣ１Ｂ０）の２ビットを付加した１０ビットでの指定になります。
- 補足３
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補足１と補足２から、デューティは１０ビットの分解能があると言えます。
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| プログラムの仕様
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今回作成するプログラムは、ドレミの「ド」の音をＰＷＭを使用して出すというものです。
クロックは、内部クロックを使用し、４ＭＨｚとします。
- 「ド」の音は、２６１．５Ｈｚとしました。ＴＭＲ２は１６倍のプリスケーラを付けて、動作させます。
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《設定内容》
| クロック | ：４ＭＨｚ
| | ＰＲ２ | ：２３９
| | ＣＣＰＲ１Ｌ | ：５０
| | ＴＭＲ２プリスケーラ | ：１６倍
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《結果》
| 命令サイクル | ：（１秒／４ＭＨｚ）×４クロック＝１ｕＳ（マイクロ秒）
| | 周期 | ：１ｕＳ（マイクロ秒）×２３９×１６＝３．８２４ｍＳ
| | 周波数 | ：１秒／３．８２４ｍＳ＝２６１．５Ｈｚ
| | デューティ | ：１ｕＳ（マイクロ秒）×５０×１６＝０．８ｍＳ
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| プログラムの作成
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今回のプログラムは単純で、各種レジスタを初期設定するだけです。
今回のプログラムで初期設定するレジスタと、その設定値について説明します。
ここでは、今回設定する値を中心に説明します。
レジスタのもう少し詳しい説明は、「ＰＩＣ１２Ｆ６８３のレジスタ（特殊レジスタ：ＳＦＲ）」を参照して下さい。
- ＜ＧＰＩＯレジスタ＞
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| ビット | Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0
| | 記号 | - | - | GP5 | GP4 | GP3 | GP2 | GP1 | GP0
| | 設定値 | ０ | ０ | ０ | ０ | ０ | ０ | ０ | ０
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ポート（ＧＰ０〜ＧＰ５）のＯＮ／ＯＦＦを制御するレジスタで、０をセットするとＯＦＦ（ＬＥＤは消灯），１をセットするとＯＮ（ＬＥＤは点灯）になります。
初期値としては、全て０にします。
尚、Ｂｉｔ３，６，７は設定が無視されますが、プログラムでは０をセットします。
- ＜ＴＲＩＳＩＯレジスタ＞
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| ビット | Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0
| | 記号 | - | - | TRISIO5 | TRISIO4 | TRISIO3 | TRISIO2 | TRISIO1 | TRISIO0
| | 設定値 | ０ | ０ | ０ | ０ | ０ | ０ | ０ | ０
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ポート（ＧＰ０〜ＧＰ５）を入力で使うか出力で使うかを指定します。
尚、Ｂｉｔ３，６，７は設定が無視されますが、プログラムでは０をセットします。
- ＜ＣＭＣＯＮ０レジスタ＞
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| ビット | Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0
| | 記号 | - | COUT | - | CINV | CIS | CM2 | CM1 | CM0
| | 設定値 | ０ | ０ | ０ | ０ | ０ | １ | １ | １
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コンパレータの動作を設定するために使用しますが、今回はＧＰ０〜２をデジタル入出力として使用しますので、ＣＭ０〜ＣＭ２には１を設定します。
- ＜ＯＳＣＣＯＮレジスタ＞
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| ビット | Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0
| | 記号 | - | IRCF2 | IRCF1 | IRCF0 | OSTS | HTS | LTS | SCS
| | 設定値 | ０ | １ | １ | ０ | ０ | ０ | ０ | ０
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ＯＳＣＣＯＮレジスタでは、オシレータの動作モードを設定します。
今回は４ＭＨｚで動作させますので、ＩＲＣＦ２，ＩＲＣＦ１に１を設定します。
- ＜ＡＮＳＥＬレジスタ＞
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| ビット | Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0
| | 記号 | - | ADCS2 | ADCS1 | ADCS0 | ANS3 | ANS2 | ANS1 | ANS0
| | 設定値 | ０ | ０ | ０ | ０ | ０ | ０ | ０ | ０
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ＡＮＳＥＬレジスタでは、アナログ入力（Ａ／Ｄ変換）の設定を行います。
今回は、ＡＮ０〜ＡＮ３（ＧＰ０，１，２，４）はデジタル入出力で使用しますので、全て０にします。
- ＜ＰＲ２レジスタ＞
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| ビット | Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0
| | 記号 | ＰＷＭ周期
| | 設定値 | ２３９（十進数）
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ＰＲ２レジスタでは、ＰＷＭの周期を指定します。
- ＜ＣＣＰＲ１Ｌレジスタ＞
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| ビット | Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0
| | 記号 | ＰＷＭデューティ
| | 設定値 | ５０（十進数）
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ＣＣＰＲ１Ｌレジスタでは、ＰＷＭのデューティ（パルス幅）を指定します。
- ＜ＣＣＰ１ＣＯＮレジスタ＞
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| ビット | Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0
| | 記号 | - | - | DC1B1 | DC1B0 | CCP1M3 | CCP1M2 | CCP1M1 | CCP1M0
| | 設定値 | ０ | ０ | ０ | ０ | １ | １ | ０ | ０
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ＣＣＰ１ＣＯＮレジスタでは、ＣＣＰモジュールの動作を指定します。
今回は、ＰＷＭモードで使用しますので、ＣＣＰ１Ｍｘに１１００を設定します。
- ＜Ｔ２ＣＯＮレジスタ＞
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| ビット | Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0
| | 記号 | - | TOUTPS3 | TOUTPS2 | TOUTPS1 | TOUTPS0 | TMR2ON | T2CKPS1 | T2CKPS0
| | 設定値 | ０ | ０ | ０ | ０ | ０ | １ | １ | １
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Ｔ２ＣＯＮレジスタでは、ＴＭＲ２のプリスケーラ（Ｔ２ＣＫＰＳｘ）とＴＭＲ２動作開始（ＴＭＲ２ＯＮ）を設定します。
| コンフィグレーションビット（__CONFIG命令の設定）
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__CONFIG命令では以下の記述をします。
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__CONFIG _CP_OFF & _CPD_OFF & _WDT_OFF & _BOD_ON & _IESO_OFF& _PWRTE_ON & _INTOSCIO & _MCLRE_OFF
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| _CP_OFF | プログラムメモリコードプロテクトしない
| | _CPD_OFF | ＥＥＰＲＯＭメモリコードプロテクトしない
| | _WDT_OFF | ウォッチドックタイマ使用しない
| | _BOD_ON | 電源電圧低下監視を有効にする
| | _IESO_OFF | 内部・外部切り替えモード無効
| | _PWRTE_ON | パワーアップタイマ有効
| | _INTOSCIO | オシレータは内部クロック使用（２番ピン：ＧＰ５，３番ピン：ＧＰ４）
| | _MCLRE_OFF | マスタクリア無効（４番ピンをＧＰ３として使用）
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| プログラム全体
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| 上記の処理を組み込んだプログラムはこちらです。
メモ帳などのテキストエディタに取り込んで、Ｐ６８３ＰＷＭ．ＡＳＭという名で保存し、ＭＰＬＡＢでアセンブル＆ＰＩＣライタでＰＩＣに書き込んで動かしてみて下さい。
今まで、ＰＩＣ１６Ｆ８４Ａを使用していた場合は、ＭＰＬＡＢのプロジェクトウィザードで「ＰＩＣ１２Ｆ６８３」を選択して下さい。
また、ＰＩＣライタでも同様に「ＰＩＣ１２Ｆ６８３」を選択して下さい。
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