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可変抵抗でＬＥＤの明るさを制御 − Ａ／Ｄ変換とＰＷＭ制御 −
（PIC12F675 PICC-Lite）
更新日２００８．１０．１９
可変抵抗によりＬＥＤの明るさを変える実験を行います。
可変抵抗の状態はＡ／Ｄ変換により読み込み、ＬＥＤの明るさ制御はＰＷＭ方式を使用します。
| 実験回路
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今回の実験回路です。
クロックは内部クロックを使い４ＭＨｚとしました。
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| | ＬＥＤと直列の抵抗は、３００〜８００Ω程度の範囲であれば明るさが変わるだけで点灯は確認できます。
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- ブレッドボードに組んだ状態
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 | | 右下の６ピンヘッダ周りは、回路図には有りませんがＩＣＳＰ（In-Circuit Serial Programming）用です。秋月のＰＩＣライタなどを使う場合は不要です。
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| 仕様
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可変抵抗の出力電圧をＧＰ０でＡ／Ｄ変換し、その結果でＧＰ５のＬＥＤの明るさを変えます。
ＬＥＤの明るさ制御はＰＷＭ方式を使いますが、ＰＩＣ１２Ｆ６７５には機能がありませんのでプログラムで制御します。
ＰＷＭ制御のための基準時間はＴＭＲ０割込みを使いました。
また、ＧＰ４のＬＥＤはパイロットランプ代わりに１秒毎に点滅させます。
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| 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。
ＰＩＣ１２Ｆ６７５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する事ができます。
変換は、基準電圧を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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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３つのレジスタ設定を行います。
| ANSEL | Ａ／Ｄ変換のクロック設定と、Ａ／Ｄ変換の入力ピンを指定
| | TRISIO | Ａ／Ｄ変換で使う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
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| | (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。
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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
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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）
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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。
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変換のクロックは、下の表の水色の範囲を指定します。
これは、ＰＩＣを動作させるオシレータ（クロック）の周波数により、ＡＮＳＥＬレジスタのＡＤＣＳ２〜０の設定値で選択します。
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。（下表の赤字）
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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必要以上に長くなります。
【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。
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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。
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。
今までの説明を元に作った、今回のプログラムでのレジスタ初期化例です。
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| CMCON | = | 0x07; | | // コンパレータ未使用
| | ANSEL | = | 0x11; | | // 8Tosc,AN0
| | ADCON0 | = | 0x01; | | // Left,Vdd,AN0,ADON
| | TRISIO | = | 0x0F; | | // GP0-4:in,GP4,5:out
| | GPIO | = | 0;
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| ＰＷＭ方式（ＬＥＤの明るさ制御）
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ＰＷＭ方式によるＬＥＤの明るさ制御については、こちらを参考にして下さい。
今回のプログラムでは、以下のように制御します。
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| PWM周期 | ： | TMR0割込み３２回をPWMの周期とします。
| | PWMパルス幅 | ： | A/D変換結果の上位５ビットの値（０〜３１）だけ、TMR0割込みをカウントしパルス幅とします。
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ＴＭＲ０割込みは、0.256mS毎に発生するよう設定します。
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| プログラム
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プログラムの各ブロックで行っている処理は以下通りです。
- CONFIG設定
- CONFIGは以下のように設定しています。
| __CONFIG(INTIO & WDTDIS & PWRTEN & MCLRDIS);
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| クロック | ： | 内部クロックでＧＰ４，５はデジタルＩ／Ｏで使用
| | WDT | ： | 未使用
| | パワーアップタイマ | ： | 有効
| | MCLRピン | ： | MCLRは無効で、ＧＰ３をデジタル入力で使用
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- main
- まずＰＩＣの初期化(pic_init)を行います。
その後、ループの中でＡ／Ｄ変換を行い上位５ビットをＰＷＭのパルス幅として保存します。保存した値はＴＭＲ０割込みの中で使用します。
また、GPIO4のLEDを０．５秒毎に点滅させます。
０．５秒の時間は、ＴＭＲ０割込み処理で設定する５００ｍＳフラグにより判断します。
- pic_init
- ＰＩＣの初期化処理を行います。
使わないコンパレータを無効にして、GPIO4,5を出力に設定し、Ａ／Ｄ変換とＴＭＲ０割込みの初期設定を行います。
- intr（割込み処理）
- ＴＭＲ０割込みの処理を行います。
割込みをカウントし、ＰＷＭのパルス幅に達したらGPIO5に０をセットします。カウントが３２になったらGPIO5に１をセットします。
割込み毎に５００ｍＳカウンタを＋１し、６１になったら５００ｍＳフラグを立てます。
- wait_50uS
- プログラムループにより５０μ秒待ちます。
この時間は、Ａ／Ｄ変換のアクィジション時間として使います。
電源を投入すると、緑のＬＥＤが０．５秒間隔で点滅します。
ボリュームを回すと、赤のＬＥＤの明るさが変わります。
正しく動作しましたか？
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