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PIC 回路の基礎と製作実習

２００３年度　電子工学工房専門コース　第２日目　９月１８日（木）. PIC 回路の基礎と製作実習. 資料作成 鈴木　聡（唐沢研）. 本日の予定. 午前の部（１０時４０分～１２時１０分）　講義. ＰＩＣの基本（ＰＩＣの特徴・最小構成・書き込み等） ＰＩＣプログラミング（ＰＩＣアーキテクチャ・アセンブラ） 実習内容・実習方法について. 午後の部（１３時～）　実習. プログラミング実習 　　　　ＡＫＩーＰＩＣマイコン開発キット使用. ＰＩＣとは？. ＩＣ（集積回路）の一種 マイコンと呼ばれる領域のＩＣ. ＩＣ. 入力. 出力. 入出力を制御する。.

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PIC 回路の基礎と製作実習

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  1. ２００３年度　電子工学工房専門コース　第２日目　９月１８日（木）２００３年度　電子工学工房専門コース　第２日目　９月１８日（木） PIC回路の基礎と製作実習 資料作成 鈴木　聡（唐沢研）

  2. 本日の予定 午前の部（１０時４０分～１２時１０分）　講義 • ＰＩＣの基本（ＰＩＣの特徴・最小構成・書き込み等） • ＰＩＣプログラミング（ＰＩＣアーキテクチャ・アセンブラ） • 実習内容・実習方法について 午後の部（１３時～）　実習 • プログラミング実習 　　　　ＡＫＩーＰＩＣマイコン開発キット使用

  3. ＰＩＣとは？ • ＩＣ（集積回路）の一種 • マイコンと呼ばれる領域のＩＣ ＩＣ 入力 出力 入出力を制御する。 プログラミングすることができる　　　ＰＩＣ

  4. PICを使うと何が出来るか？ • 入出力（Ｉ／Ｏ）を制御することが出来る。 　　　スイッチを押したら（入力）　ＬＥＤが点灯する（出力） 　　　センサーが反応したら（入力）　モーターを動かす（出力） 　　　ＰＣから信号がきたら（入力）　ＰＣに信号を返す（出力） 　　　ＩＣから信号がきたら（入力）　ＩＣに信号を返す（出力） 　　　電圧の大きさに応じて（アナログ入力） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＬＣＤに電圧を表示する（出力） • 自走することが出来る。 　　　一定時間経過したら、出力を出す（時計等）

  5. ＰＩＣの特徴 • 開発元･･･米国マイクロチップテクノロジ社(Microchip Technology Co.) • 姿形････　主に８ピンＤＩＰ、１８ピンＤＩＰ、２８ピンＤＩＰ、４０ピンＤＩＰ • 処理能力････ １２ビット、１４ビット、１６ビットのＲＩＳＣ型コンピュータ • 速度････　最大１命令２００ｎｓ（最大クロック周波数２０ＭＨｚ） • 動作電圧････最小２Ｖから６Ｖで動作　消費電力最小３０ｕＡ • 入出力ピン･･･ＬＥＤ直接駆動可能な容量、入力／出力プログラマブル • 開発環境････アセンブラ、統合環境はフリーソフト • ＲＯＭライタ･･･秋月電子で6,700円で販売。1000円程度で自作も可能 • 価格････秋葉原で１個数百円～で入手可能 • 周辺機能････Ａ／Ｄコンバータ、シリアルポート、タイマーなど

  6. ＰＩＣの最小構成（使用方法） 電源回路（５Ｖ）とクロック発信回路のみで動作する。 ＰＩＣ 電源回路（５Ｖ） 発振回路（セラロック、水晶発振子等） 外部にコンデンサが必要 ３端子レギュレータを用いた安定化を行うことが多い

  7. ＰＩＣの種類 「Ｃ］はワンタイムタイプ　「Ｆ」はフラッシュタイプを意味する

  8. ワンタイムタイプとフラッシュタイプの違い • ワンタイムタイプ（型番にＣがついている） 　　　→　一度書き込むと書き換えることが出来ない 　　　　　　　（紫外線で消去出来るタイプもある） • フラッシュタイプ（型番にＦがついている） 　　　→　何度でも書き換えて使うことが出来る。 　　　　　　　（１０００回～１万回）

  9. PICの書き込みについて(PICライター） • 専用のＰＩＣライターを用いて１０秒から６０秒程度 • ＰＩＣはＩＣソケットを用いて着脱式にするのが一般的 • フラッシュタイプは電気的に書き込み・消去が可能 ＰＩＣ書き込みソフト 秋月電子製ＰＩＣライター

  10. PICを用いた装置の製作の流れ どんなものを作りたいか？ 情報収集 回路設計 仕様の決定 プログラミング アセンブラ ＰＩＣ書き込み ＰＩＣライター 動作テスト 各種測定器

  11. PICプログラミング言語 • アセンブラ（機械語、マシン語） 　　　ＰＩＣの性能を限界まで引き出せるため高速。 　　　１命令ごとの実行時間を正確に計算出来る。 　　　大規模な開発には不向き。 • Ｃ言語 　　　汎用の高級言語であるため開発、デバッグが容易。 　　　動作速度はアセンブラより遅い。 　　　コンパイラは基本的に有料で高価

  12. アセンブラについて • 命令数は全部で３５個。以下の５つに分類出来る。 　　バイト処理命令・・・１バイトごとの加減算や条件分岐 　　ビット処理命令・・・１ビットごとのセット・リセットや条件分岐 　　リテラル命令・・・定数の加減算等 　　ジャンプ命令・・・サブルーチン命令やジャンプ命令等 　　その他・・・スリープモード等 １ビット 例　「０１００１１０１」（１バイト）の０ビット目は０である。 ７ ６ ５ ４ ３ ２ １ ０ １バイト

  13. ＰＩＣの内部アーキテクチャ

  14. Ｗreg(Working Register)とデータメモリ • Wreg(Working Register)は１つ（１バイト）。メモリは複数存在。 • 演算は　Wreg　対　メモリ（レジスタ）で行われる。 • メモリ対メモリの演算は一度片方のメモリをWregに格納してから行う。 　　　　　　例　MOVF MEMORY,W ;MEMORYの内容をWregに格納 • 定数計算（リテラル処理命令）の結果はWregだけにしか格納できないのでメモリに定数を格納したい場合は一度Wregを介してから行う。 以上の、Wregとメモリの関係を把握することが重要である。

  15. ＰＩＣのメモリ構造 • プログラムメモリ・・・プログラムを格納しておくメモリ 　　　　　　　　　　　　　　（プログラムカウンタとページの概念） • データメモリ・・・ＳＦＲ(Special Function Memory) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　と汎用メモリ領域が存在 • ＥＥＰＲＯＭ・・・独立に用意された不揮発メモリ　　　　　　　　　電源がOFFの間も消え無い

  16. ＰＩＣのデータメモリとＳＦＲについて ＰＩＣが直接指定できるメモリ範囲は「７Ｆ」までである。そのためＢＡＮＫという概念が存在する。 ＢＡＮＫの切換はＳＴＡＴＵＳレジスタで行う。 ＳＴＡＴＵＳ：演算結果のフラグとデータ　　　　　　　　　　　　　メモリのＢＡＮＫ指定 ＯＰＴＩＯＮ＿ＲＥＧ：ＰＩＣの内部の制御を　　　　　　　　　　　　　　　　　行うレジスタ ＰＯＲＴ＊：ポートの入力および出力 ＴＲＩＳ＊：ポートの入出力モード切り換え ＳＦＲ 汎用 メモリ １６Ｆ８４のデータメモリ構造

  17. プログラムの基本構造 プログラムを分かりやすくするためにラベル定義を行う。（ＥＱＵ命令） プログラムスタート（ＯＲＧ ００Ｈ）。ここでＰＩＣの初期設定（ポートの設定等）や各種周辺装置の初期化を行う 基本的にはメインルーチンの繰り返しである。 必要があればサブルーチンをコールする形にすると処理が階層的になり分かりやすい。 ラベル定義 初期設定 メインルーチン サブルーチン１ サブルーチン２ 　ラベル定義には、汎用メモリのアドレスを表すものと、ビットの機能を表すものがある。アセンブラソフトの補助的な機能であってＰＩＣの動作には直接関わらない。 サブルーチン３

  18. アセンブラの基本 　（ラベル）　　命令　 数値、格納先　；コメント （ラベル）　W 又は F WAIT ;サブルーチン WAIT MOVLW H’20’ ;20H(32)をWに格納（繰り返し回数） MOVWF COUNT ;WをCOUNTレジスタ（汎用レジスタ）に格納 LOOP NOP ;何もしない DECFSZ COUNT,F ;COUNT-1をしてCOUNTに格納。結果0ならスキップ GOTO LOOP ;LOOPに戻る RETURN ;メインループに戻る

  19. 命令一覧表の見方 　　命令　　　　　　　　　　　　機能　　　　　　　　　　　影響フラグ　 サイクル ADDWF f , d　　　加算 W + f → W か f へ格納　　C , DC , Z1 f:メモリ（レジスタ）のアドレス（ラベルの場合もある） k:定数値（ D’61’ H’3D’ B’00111101’等 １バイト) b:ビットの位置（０～７） d:格納先（ＷかＦを指定。WならWreg、Fなら指定メモリ） 影響フラグ（STATUSレジスタの指定ビットに自動的に反映される） 　Ｚ：ゼロステータス（結果がゼロなら１） 　Ｃ：キャリーステータス（結果が正なら１） 　ＤＣ：下位４ビットキャリーステータス サイクル 　実行時間を表す。１０ＭＨｚのとき１サイクルは0.4μ秒

  20. 統合環境ＭＰＬＡＢ エディタ・アセンブラ(MPASM)・シミュレータ等が全て統合されtた開発環境

  21. ASMファイルとHEXファイル ＰＩＣのプログラミングをするファイル （ＡＳＭファイル） アセンブル（ＭＰＬＡＢ） ＰＩＣに書き込むファイル （ＨＥＸファイル） ＰＩＣライターではＨＥＸファイルを指定する。

  22. ＰＩＣ１６Ｆ８４（Ａ）について • 小型　　　 ････　１８ピンＤＩＰ　フラッシュタイプ • 命令数　　 ････　３５個 • 動作電圧 　････　最小２Ｖから６Ｖで動作　Typical ２ｍＡ • メモリ　････　１KWordのEEPROMと６４ByteのEEPROMデータメモリ • レジスタ数 ････　６４個の汎用レジスタを持つ • 入出力ピン ････　ＬＥＤ直接駆動可能な容量（シンク２５mAMax） 　　　　　　　　　　　　ＰＯＲＴＡ：５ポート　　ＰＯＲＴＢ：８ポート　の計１３ポート • 価格 　　････　秋葉原で１個３５０円で入手可能

  23. ＰＩＣ１６Ｆ８４（Ａ）ピン配置図

  24. 入出力ピンの使い方 Ｉ／Ｏ　入出力モード設定方法 STATUSレジスタからBANK１に切り換えてTRISレジスタに入出力定義をセットする。0=OUTPUT、1=INPUT 入力方法 MOVF PORTA,W ;PORTAをWレジスタに入力 MOVWF DEF ;入力したPORTAのデータをDEFに格納 出力方法 MOVLW B’00001100’ ;00001100をWに格納 MOVWF PORTB ;WからPORTBに格納。 RB2,3=HIGH(点灯)

  25. 実習内容 • 「AKI-PICマイコン開発キット」を用いてＰＩＣの使用方法を学ぶ。 • サンプルプログラムを練習問題に沿って書き換えながら、ＰＩＣアセンブラを理解する。 • より高度なプログラミングに挑戦したい人は応用問題に取り組む。 　練習問題 　　　１．基本的なＩ／Ｏ（入出力）コントロール 　　　２．ＬＣＤ（液晶モジュール）を使う 　　　３．２台のＰＩＣ同士で通信をする 　応用問題　ＰＩＣの周辺機能を使いこなす 　　　　割り込み・ＥＥＰＲＯＭ・タイマー・ＲＳ－２３２Ｃ・Ａ／Ｄ変換・モータ回路

  26. ＡＫＩ－ＰＩＣマイコン開発キット • 使用するＰＩＣはＰＩＣ１６Ｆ８４ • ＰＩＣ部分はモジュール化されていて、電源回路、発振回路(10MHz)、ＲＳ－２３２Ｃインターフェースが搭載されている。また開発ボードにはスイッチ、ＬＥＤ、ＬＣＤ（液晶モジュール）が搭載されている。 • 電源は３端子レギュレータで５Ｖに安定化されるので、７Ｖ～１２Ｖ程度の直流電源を用いる。 • サンプルプログラムは以下からダウンロード http://ssro.ee.uec.ac.jp/lab_tomi/e-lab/lecture/PIC/index.html

  27. 実習の進め方 • Microchip MPLAB を起動する。 • 別紙手順に従いプロジェクトの新規作成を行う。（あらかじめ適当な場所にフォルダを作成しておくと良い） 　　 プロジェクト名： picboard.pjt Development Mode： MPLAB-SIM Processor 16F84 ADD node で picboard.asm を追加する。 • File → Open で picboard.asm を選択し、ソースファイルを表示する。 • 目的に従い、コードの変更、プログラミングを行う。 • project → Make Project (F10でも可)でアセンブルする。（エラーが無ければ picboard.hexが出力される） • picboard.hex をフロッピーディスクにコピーし、TA に渡してＰＩＣへ書き込みをしてもらう。 • （ライターがある人はライターを用いても書き込みをしても良い） • ＰＩＣを開発ボードにセットして動作確認をする。 • 4に戻って、デバッグを行う。

  28. ＰＩＣライターの使用方法 ＲＳ－２３２Ｃ端子へ １５Ｖ電源 ここにＰＩＣを入れる。向きがあるので注意

  29. ＰＩＣライターの使用方法 ①PIC16F84を指定 ③ ＦＯＳＣ：ＨＳ ＷＤＴＥ：Ｄｉｓａｂｌｅ ＰＷＲＴＥ：Ｅｎａｂｌｅ ＣＰ：Ｄｉｓａｂｌｅ であることを確認。 ②ＨＥＸファイルロード ⑤終了メッセージを確認してからＰＩＣを取り外す。 ④「プログラム」を押して書き込みを行う

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