目次＞８章．機能が豊富なＰＩＣを使う(PIC12F683)＞（９）Ａ／Ｄ変換を使う

Ａ／Ｄ変換を使う　(PIC12F683)
更新日２００６．１０．１４
ＰＩＣ１２Ｆ６８３のＡ／Ｄ変換を使ってみます。
Ａ／Ｄ変換の入力は可変抵抗（ボリューム）にしました。ＰＷＭ機能を使ってスピーカを鳴らすで行ったようにスピーカを出力にして、音の高さをボリュームで変化させます。

実験回路
・「スピーカを鳴らす」で使った回路にボリュームを追加します。ボリュームは下図のようにＧＰ４（ＡＮ３）に接続します。

ブレッドボードに組み込んだ状態
ＧＰ２ピン側の１０ＫΩの抵抗は省略しました。

プログラムの仕様
ＧＰ４（ＡＮ３）に接続したボリュームでＧＰ４（ＡＮ３）の電圧を変化させます。その電圧をＡ／Ｄ変換してＰＩＣに取り込みます。
Ａ／Ｄ変換で取り込んだ値をＰＷＭの周期として、ＧＰ２（ＣＣＰ１）に接続したスピーカを鳴らします。
結果的に、ボリュームを回すことで音の高さが変わります。

以下では、Ａ／Ｄ変換について説明します。
ＰＷＭについては、ＰＷＭ機能を使ってスピーカを鳴らすを参照して下さい。

Ａ／Ｄ変換について
Ａ／Ｄ変換とは、アナログ信号（電圧）をデジタルデータに変換することです。
ＰＩＣ１２Ｆ６８３では、アナログポート（ＡＮ０〜ＡＮ３）の電圧を１０ビットの数値に変換します。
変換は、基準電圧を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。（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

Ａ／Ｄ変換の手順

Ａ／Ｄ変換を行う手順は以下の通りです。

(1)Ａ／Ｄ変換機能の初期設定
以下の３つのレジスタ設定を行います。
ANSELＡ／Ｄ変換のクロック設定と、Ａ／Ｄ変換の入力ピンを指定
TRISIOＡ／Ｄ変換の入力ピンを入力モードに設定
ADCON0基準電圧の選択，Ａ／Ｄ変換結果の格納方法指定，Ａ／Ｄ変換の入力ピン選択を行い、Ａ／Ｄ変換を有効に設定

(2)Ａ／Ｄ変換準備完了を待つ
ＰＩＣ内蔵の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１０ＫΩの時、約２０μ秒です。

(3)Ａ／Ｄ変換を開始する
ＡＤＣＯＮ０レジスタのＧＯビットをＯＮにしてＡ／Ｄ変換を開始します。

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

(5)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。

(6)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

基準電圧

基準電圧は、以下のいずれかを選択します。

・電源電圧Ｖｄｄ
・ＧＰ１／Ｖｒｅｆ（６番ピンに与える電圧）
どちらにするかは、ＡＤＣＯＮ０レジスタのＶＣＦＧビットで設定します。

今回は、精度は要求されませんので、電源電圧を基準電圧にしました。

入力ポートの選択

Ａ／Ｄ変換で使えるポートは、ＡＮ０〜ＡＮ３の４ポートがあります。１つだけをＡ／Ｄ変換で使い、他はデジタルＩ／Ｏにすることもできますし、４つ共Ａ／Ｄ変換で使うこともできます。
この選択は、ＡＮＳＥＬレジスタのＡＮＳ０〜ＡＮＳ３で指定します。

ただし、１回のＡ／Ｄ変換動作では、１つのポートだけを対象とする必要があり、このポート選択は、ＡＤＣＯＮ０レジスタのＣＨＳ０，ＣＨＳ１で設定します。

Ａ／Ｄ変換のクロック選択（ＴAD）

Ａ／Ｄ変換のクロックは、下の表の水色の範囲を指定します。
ＰＩＣを動作させるオシレータ（クロック）の周波数と、ＡＮＳＥＬレジスタのＡＤＣＳ２〜０の設定値で決定します。
今回は、オシレータを４ＭＨｚにしましたので、８Ｔｏｓｃを選択し２．０μ秒にしました。

A/Dクロック設定オシレータ周波数
動作ADCS2-020MHz5MHz4MHz1.25MHz
2Tosc000100nS400nS500nS1.6μS
4Tosc100200nS800nS1.0μS3.2μS
8Tosc001400nS1.6μS2.0μS6.4μS
16Tosc101800nS3.2μS4.0μS12.8μS
32Tosc0101.6μS6.4μS8.0μS25.6μS
64Tosc1103.2μS12.8μS16.0μS51.2μS
A/D　RCx112-6μS2-6μS2-6μS2-6μS
表の水色の範囲を使用します。
Ａ／Ｄ変換のクロックは、最低が１．６μＳですので、表の青の部分は使用できません。
また、赤の部分は変換時間が長くなるためお勧めできませんとのことです。
【ＴｏｓｃとＦｏｓｃ】
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１クロックの時間の８倍という意味です。
Ｆｏｓｃはオシレータの周波数で、Ｆｏｓｃ／８はオシレータの周波数の１／８という意味です。

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。
１６ビット幅に１０ビットを格納しますが、以下の２パターンから選択できます。
　・左詰めで下位の６ビットを０にする
　・右詰めで上位の６ビットを０にする
この選択は、ＡＤＣＯＮ０レジスタのＡＤＦＭビットで指定します。

今回は左詰めとし、ＡＤＲＥＳＨレジスタだけを使いました。

プログラム全体
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、Ｐ６８３ＡＤ．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。

ボリュームを回して音の高さが変化すれば成功です。

簡単な追加実験

追加実験　その１（ＬＥＤを０．５秒毎に点滅）
上のソースプログラムの１３６行目と１３７行目がコメントアウトしてありますが、コメントを外して（行の先頭のセミコロン(;)を削除して）実行してみて下さい。
ＰＩＣの２番ピン（ＧＰ５）に接続してあるＬＥＤが点滅すると思います。
ですが、音にノイズが乗りませんか？

ＰＷＭの周期の切れ目をプログラムで判断できればノイズを消せますが、本来の使い方では無いので無理なようです。

ＰＷＭの機能
本来・・周期は固定でパルス幅を変える（パルス幅の変更は周期の切れ目で反映される）
今回・・周期とパルス幅を変える

追加実験　その２（明るさで音の高さを変える）
Ｃｄｓセルを使ってみましょう。
１０ＫΩの可変抵抗とグランド（電源のマイナス側）間にＣｄｓセルを接続して下さい。
明るさの変化で音の高さが変わりましたか？