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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　XC8）

更新日２０１２．５．２０
作成日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
・
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。

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。

ブレッドボードに組んだ状態
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。

仕様
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。

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。

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。

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

(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。
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）

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。

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。

Ａ／Ｄ変換のレジスタ初期化例

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。

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;

ＰＷＭ方式（ＬＥＤの明るさ制御）

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。

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。

ＴＭＲ０割込みは、0.256mS毎に発生するよう設定します。

TMR0：０（フリーラン）
プリスケーラ：なし

プログラム

今回のプログラムはこちらです。

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(FOSC_INTRCIO & WDTE_OFF & PWRTE_ON & MCLRE_OFF);

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
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？