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Ａ／Ｄ変換を使う
更新日２００８．２．１６
ＰＩＣ１６Ｆ８８のＡ／Ｄ変換機能を使って見ます。考え方は他のＰＩＣでも同じです。
ここで行う内容は、ＲＡ３（ＡＮ３）でＡ／Ｄ変換し、結果の１０ビットを７セグメントＬＥＤに１６進数３桁で表示させるというものです。
| Ａ／Ｄ変換について
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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。
ＰＩＣ１６Ｆ８８では、ＡＮ０〜ＡＮ６の７つ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。
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| ピン番号 | デジタル設定 | アナログ設定
| | 17 | RA0 | AN0
| | 18 | RA1 | AN1
| | 1 | RA2 | AN2
| | 2 | RA3 | AN3
| | 3 | RA4 | AN4
| | 12 | RB6 | AN5
| | 13 | RB7 | AN6
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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。
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ただし、ＡＤｒｅｓの最大値は１０２３です。（１６進表現で、'３ＦＦ'まで）
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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。
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| ＡＤｒｅｓ | ＝Ｖｉｎ／（Ｖｒｅｆ／１０２４）
| | ＝２．５／（５／１０２４）
| | ＝５１２
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【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。
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| 実験回路
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| ・ |
今回の実験回路は以下の通りです。
ＲＡ３（ＡＮ３）をアナログ入力とし、可変抵抗を接続して電圧を変化できるようにします。
ＰＯＲＴＢの８ピンとＲＡ０−２には７セグメントＬＥＤを接続します。
レゾネータ（セラロック）は２０ＭＨｚを使用しました。
７セグメントＬＥＤの使い方については、こちらを参考にして下さい。
|  パスコンは省略。
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|  | ブレッドボードに組み込んだ状態
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| プログラムの仕様
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| ＲＡ３（ＡＮ３）に接続したボリュームで電圧を変化させ、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３個の７セグメントＬＥＤに１６進数で表示します。
以下では、Ａ／Ｄ変換の方法について説明します。
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| Ａ／Ｄ変換の手順
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Ａ／Ｄ変換を行う手順は以下の通りです。
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| (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/B | Ａ／Ｄ変換で使うポートを入力モードに設定
| | ANSEL | アナログモードにするポートを指定
| | ADCON1 | Ａ／Ｄ変換のクロック設定，基準電圧の選択，Ａ／Ｄ変換結果の格納方法を設定
| | ADCON0 | Ａ／Ｄ変換のクロック設定，Ａ／Ｄ変換を有効に設定
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| | (2) | Ａ／Ｄ対象ポートの選択
１回のＡ／Ｄ変換動作で対象とするポートは１ポートですので、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ＣＨＳ０〜２で指定します。
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１０ＫΩの時、約２０μ秒です。
| | (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。
| | (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。
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【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
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。
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【参考】
ＧＯ／^ＤＯＮＥの表記について
と、ＤＯＮＥにオーバー・バーを付けて記載されていますが、ここでは簡易的にキャレット「^」を付けて表記しています。
共に、ビットの否定（論理演算で言うところの）の意味です。
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- Ａ／Ｄ変換で使えるポートは、
- ＲＡ０（ＡＮ０）〜ＲＡ４（ＡＮ４）
- ＲＢ６（ＡＮ５）〜ＲＢ７（ＡＮ６）
- の７ポートがあります。
どのポートをアナログモードにするかは自由に選択できます。
Ａ／Ｄ変換で使わない（アナログモードにしない）ポートはデジタルＩ／Ｏで使用できます。
この選択は、ＡＮＳＥＬレジスタのＡＮＳ０〜ＡＮＳ６で指定します。（ＡＮ０〜ＡＮ６に対応）
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ＡＮＳＥＬレジスタ
| Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0
| | - | ANS6 | ANS5 | ANS4 | ANS3 | ANS2 | ANS1 | ANS0
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１：アナログ入力
０：デジタル入出力
今回は、RA3/AN3のみをアナログポートとして使用しますので、ANS3のみ１にして他は全て０にします。
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ＣＨＳ０〜２で設定します。
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ＡＤＣＯＮ０レジスタ
| Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0
| | ADCS1 | ADCS0 | CHS2 | CHS1 | CHS0 | GO/^DONE | - | ADON
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| CHS(2-0) | ANポート
| | 000 | RA0/AN0
| | 001 | RA1/AN1
| | 010 | RA2/AN2
| | 011 | RA3/AN3
| | 100 | RA4/AN4
| | 101 | RB6/AN5
| | 110 | RB7/AN6
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今回は、RA3/AN3のみをアナログポートとして使用しますので、CHS(2-0）にはb'011'をセットします。
基準電圧は、以下のいずれかを組み合わせて選択します。
| ・電源電圧Ｖｄｄ | またはＲＡ３／Ｖｒｅｆ＋
| | ・電源電圧Ｖｓｓ | またはＲＡ２／Ｖｒｅｆ−
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これらは、ＡＤＣＯＮ１レジスタのＶＣＦＧビットで設定します。
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ＡＤＣＯＮ１レジスタ
| Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0
| | ADFM | ADCS2 | VCFG1 | VCFG0 | - | - | - | -
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| VCFG(1-0) | Vref+ | Vref-
| | 00 | Vdd | Vss
| | 01 | Vdd | Vref-
| | 10 | Vref+ | Vss
| | 11 | Vref+ | Vref-
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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。
Ａ／Ｄ変換のクロック（ＴAD）は、下の表の水色の範囲を指定します。（１．６μＳ以上６．４μＳ以下）
ＰＩＣを動作させるオシレータ（クロック）の周波数と、ＡＮＣＯＮ０／１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２０ＭＨｚにしましたので、３２Ｔｏｓｃを選択し１．６μ秒にしました。
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| A/Dクロック設定 | オシレータ周波数
| | 動作 | ADCS2-0 | 20MHz | 5MHz | 4MHz | 1.25MHz
| | 2Tosc | 000 | 100nS | 400nS | 500nS | 1.6μS
| | 4Tosc | 100 | 200nS | 800nS | 1.0μS | 3.2μS
| | 8Tosc | 001 | 400nS | 1.6μS | 2.0μS | 6.4μS
| | 16Tosc | 101 | 800nS | 3.2μS | 4.0μS | 12.8μS
| | 32Tosc | 010 | 1.6μS | 6.4μS | 8.0μS | 25.6μS
| | 64Tosc | 110 | 3.2μS | 12.8μS | 16.0μS | 51.2μS
| | A/D RC | x11 | 2-6μS | 2-6μS | 2-6μS | 2-6μS
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表の水色の範囲になるようＡＤＣＳ２〜０を設定します。
Ａ／Ｄ変換のクロック（ＴAD）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、最大は６．４μＳですので赤の部分は使用できません。
【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。
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【Ａ／Ｄ変換にかかる時間】
１回のＡ／Ｄ変換に必要な最低時間は以下の通りです。
（ＴAD＝１．６μＳの場合）
アクィジション時間 ＋ Ａ／Ｄ切替時間 ＋ Ａ／Ｄ変換時間
＝２０μＳ ＋ ０．１μＳ ＋ １．６μＳ × １２
＝３９．３μＳ
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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。
| ＡＤＲＥＳＨ | ＡＤＲＥＳＬ
| | Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0 | Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0
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| | Ａ／Ｄ変換結果（１０ビット） | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
| | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | Ａ／Ｄ変換結果（１０ビット）
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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、ＡＤＣＯＮ１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。
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| プログラム全体
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| 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、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「ＰＩＣ１６Ｆ８８」を選択して下さい。
また、ＰＩＣライタでも同様に「ＰＩＣ１６Ｆ８８」を選択して下さい。
ボリュームを回して、７セグメントＬＥＤに「０００」〜「３ＦＦ」の範囲の値が表示されれば成功です。
この回路を応用した温度計を近いうちにアップする予定です。
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