【温度センサーIC＋PICマイコンの設計】－2 ：温度センサーICの出力信号をマイコンに取り入れる（ソフト設計編－１）

この記事でわかること

本記事は【温度センサーIC＋PICマイコンの設計】－1 の続編です。
本編は、ソフト設計の解説です。

具体的な内容は、以下です。

• ソフト設計仕様決め
• ソフト設計の初期段階（プロジェクトフォルダー作成）からMCC機能を使ったモジュールのプログラム生成を具体的に説明します。

ソフト設計

PICマイコンのソフト開発用として、”MPLAB X IDE”支援ソフトがマイクロチップ・テクノロジー（Microchip Technology）社から無料で提供されています。

本記事で使用する ”MPLAB X IDE” は、バージョン6.05です。
”MPLAB X IDE”支援ソフトの詳細は、ここを参照。

仕様

仕様：

1. システムクロックは、PICマイコン内の発振器：16MHｚを選択
2. 2ピンをアナログ入力AN0設定
3. マイコン内蔵の10ビットA/D変換を使用
4. Vref（ 基準電圧 ）は、マイコン内部の基準電圧を使用するため、FVRの設定が必要
5. １０秒タイマーで時間管理、割り込み使用
   （温度観測タイミングが、正確に10秒毎ではありません。）
6. 電圧値から温度を計算します。計算式の解説は、ここを参照
7. 温度表示は、有りません。マイコン内で確認します。（温度表示は、別途記事予定です。）

上記、仕様を考慮して、ソフト設計をしました。

”MPLAB X IDE”の支援ソフトを使ったソフト設計

”MPLAB X IDE”支援ソフトは、ソフト設計に関する PICマイコンやC言語について詳細に理解していなくても、プログラム作成、ソフト上の検証、プログラムのコンパイル、マイコンへの書き込み、実機の検証ができます。

今回のソフト設計の作業フローチャート図を、下記に示します。
本記事では、青色枠の記事となります。

図１：ソフト設計の作業フローチャート

フローチャートの説明：

1. Create Project name
   全プログラムを格納するフォルダーの作成
   ”MPLAB X IDE”支援ソフトを開始する1歩目
2. Using MCC function
   ”MPLAB X IDE”支援ソフトの中にあるMCC（MPLAB Code Configurator）機能を使用して、PICマイコン内蔵のモジュールを自動生成します。
   本仕様では、下記を自動生成します。
   ・システムクロック
   ・A/D変換モジュール（割り込み無し）
   ・FVRモジュール（内蔵のVref使用の為）
   ・タイマー2モジュール（割り込み使用）
3. “Generate”を実行
   上流フローで生成した各モジュールプログラムと”main.c”（自動生成）をまとめて、
   1つのプログラムを生成します。
4. Edit Specification
   仕様に合わせて、プログラムの編集を直接行います。
   ・本仕様では、”main.c”と”timer2.c”プログラムが編集対象となります。
   No error：編集中に問題ある記述の場合は、逐次エラーコメントが表示されるため、この工程でエラーが無くなれば、基本プログラムは動作します。
5. ・Compile
   PICマイコンに書き込むために、C言語プログラムをアドレッシングと命令16進数（Hex）
   に置き換えます。
   ・”Debug Main Project” の実行
   本ソフトシステム上（実機無し）で、プログラムの検証が出来ます。
6. Write to PIC （Flash）
   PICマイコンのフラッシュメモリーにプログラムを書き込みます。
7. On-target debugging
   実機を使い検証を行います。
8. Judge
   検証で、プログラム変更が有る場合は、Edit Specification で本記事では”main.c”か”timer2.c”の変更。又は
   Using MCC functionにて、再プログラム生成します。
   注意：Using MCC function工程のプログラム生成後にユーザーが、自動生成したプログラムを
   直接編集した場合、プログラムが新しく再生成されるため、ユーザーが編集したプログラムは
   残っていません。（必要に応じて、再編集が必要となります。）

以下、ソフト設計の作業フローチャートの青枠の工程を具体的に説明します。

”プロジェクト：TMPRTR_get” ディレクトリー を新規作成 （Create Project name）

具体的な作成方法は、”MPLAB X IDEを起動して、プログラムを作成”を参照。
（画面表示有り、プロジェクト名は、違います。）

要約として、下記参照。

“MPLAB X IDE”を起動

ウィンドウ 左上側の”File”→”New Project”を左側ボタンクリックで、下記、ウィンドウ表示

[Choose Project]

1. [Categories]：”Microchip Embedded”を選択（デフォルト）
2. [Projects]：”Standalone Project”を選択（デフォルト）

　　基本デフォルトのまま、”Next”左側ボタンクリック

[Select Header]

• “None”
  
  “Next”左側ボタンクリック

[Select Compiler]

• XC8(v2.41)：左側ボタンクリック
  
  “Next”左側ボタンクリック

[Select Project Name and Folder]

1. [Project Name]：”TMPRTR_get“（プロジェクト名）入力
2. [Encoding]：”ISO-2022-JP”（コメントで日本語入力可）入力
   
   “Finish”左側ボタンクリック

以上で、”プロジェクト：TMPRTR_get”が作成出来ます。

MCC機能を使用　（Using MCC function)

MCCのインストールは、ここを参照。

本機能を使い、下記、4つのプログラムを生成します。

1. システムクロック
2. ADCモジュール
3. FVRモジュール
4. タイマーモジュール

以下では、1～4のプログラム生成方法を具体的に説明します。

1．システムクロックの指定

システムクロックは、内部オシレータの16MHｚを設定しました。
システムクロック16MHｚの設定の詳細は、ここを参照。

2．ADCモジュールプログラム生成

ADCモジュールの設定：

PIC16F1938には、”Peripherals”として10ビットA/D変換モジュールを内蔵しているので、これを使います。
・アナログ入力ピン：2Pin（AN0）
・基準電圧Vref：
　測定温度範囲：0℃～80℃からの温度センサーIC（LM61）Voutの出力範囲を考慮して
　内部リフェレンス 2.048Vを使用のため、”FVR”を設定します。
　Vref＋電圧は、下記　表1の情報を元にして決めました。
　”測定温度範囲”の”Voutアナログ電圧”範囲140ｍV（Max側）＜　Vref＋ : 2048mV
　固定電圧リファレンスを使用します。（FVRの設定が必要)
　vref-:0 設定
　10ビットA/D変換の分解能は、2mVとなります。

表1：Vrefの決定

測定温度範囲	0℃～80℃
Voutアナログ電圧	60mV～140mV
基準電圧：Vref	2048mV
分解能（LSB）	2048ｍV/210（A/D10ビット）＝2ｍV

・変換クロックを設定　（下の表11－1参照）

A/D変換の変換時間：
TAD=2.0usに設定、10ビット全体の変換には”11.5×TAD”の時間：23us

マイコロチップ社製：PIC16F1938のデータシートから引用

　

MCC機能を使い、ADCモジュールプログラム生成

上記（”ADCモジュールの設定”）で決めたADCモジュール設定値を、下記のGUIの表示に沿って入力します。

④：[Enable ADC] “レ” 点、[Clock Source]は、”FOSC/32″を選択。
TAD＝2.0us, [Conversion Time] 23.0us (表11－1・－２と同じとします。）
[Result Alignment]は、”right”を選択。デジタルデータの格納位置を右詰め指定
[Positive Reference]は、”FVR”を選択。FVRモジュールを使い、内部リフェレンス 2.048V設定を行います。下記の”MCC機能を使い、FVRモジュールプログラム生成“を参照。
[Negative Reference]は、”VSS”選択。＝0V。（ Vref- ）
⑤：アナログ入力ピンを2Pinに指定、左側ボタンクリック。

図４：ADCモジュール プログラム生成３

3．FVRモジュールのプログラム生成

内部リフェレンス 2.048Vを使用するため、”FVR”を設定します。

MCC機能を使い、FVRモジュールプログラム生成

⑧：[Enable FVR] “レ” 点、[FVR_buffer1 Gain] “2x” (2.048V）を選択

図７：FVRモジュール プログラム生成３

以上のADCとFVRモジュールの設定により、ADCモジュールプログラムを作成する事が出来ます。

4．Timer2モジュールのプログラム生成

PIC16F1938には、Timer0.1.2.4,6と5個のタイマーを内蔵しています。
今回は、Timer2のタイマースタート/ストップ、カウント書き込みと割り込みの機能を使いました。
以前、割り込み無しのタイマー関数を使ったプログラムは、ここを参照。

Timer2のブロック図を下記に示します。
10秒タイマーを実現するため、
ハードでFOSC：16MHz ⇒ 0.1kHz（10ms）、次に ソフトで0.1kHz（10ms）⇒ 0.1Hz（10ｓ）の
構成を考えました。

ハード部は、図17－1のブロック図の赤字の設定にして、0.1kHz（10ms）を出力させます。
MCC機能を使った設定は、下記の”MCC機能を使い、TMR2モジュールプログラム生成”を参照。
ブロック内の”x”=2です。（例えば、TxCKPS<1:0>⇒T2CKPS<1:0>です。）

PIC16F1938のデータシートから引用

Fosc/4：システムクロック／4＝16MHz／4=4MHz
Prescaler： 1：16 は、入力した周期 4MHz／16 = 0.25MHzなり周期を長くします。
Comparator：0.25MHzのカウンター値とPRx（249）を比較 同じになるとEQ信号が
アクティブになります。次にTMRｘカウンターを”0”に戻すために毎回1クロック分使います。
よって周期の計算では、
“(PRｘ＋1)”の値が、周期計算式となります。
（MCC機能では、直接”PRxレジスタ”に書き込みはしませんが、 “PRxレジスタ”の設定値は、
“0xF9″です。）

周期計算式は、以下の式で求めます。

上記を考慮して、MCC機能のGUIに入力します。

MCC機能を使い、TMR2モジュールプログラム生成

⑨：[Timer]を左側ボタンダブルクリック、 [TMR2]の “＋”を左側ボタンクリック
”TMR2″が [Project Resources] 側に追加されます。

図８：TMR2モジュール プログラム生成１

⑩：[Enable Timer]　タイマー許可 “レ”点、[Timer Clock] の [Postscaler] “1:10″選択、
[Prescaler] “1:16″選択、[Timer Period] “10ms” 入力、[Enable Timer Interrupt]　割り込み許可 “レ”点。図17－1のTIMER2/4/6のブロック図参照。ここまでは、ハード部の設定。
⑪：[Software Settings] “1000”入力、10ms × 1000回の割り込みをソフト生成して10ｓにします。

図９：TMR2モジュール プログラム生成２

注意：図17－1の “PRxレジスタ” の値は、⑩ 設定から分るので、”PRxレジスタ”設定は、システム側で入力します。よってユーザー設定は省いています。

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“Generate“を実行

MCC機能を使い、1～4までの各モジュール生成ができました。これらをまとめる”main.c”（幹プログラム）を生成するために”Generate”を左側ボタンクリック、実行。
“Output”ウインドウに ”Generation complete” 表示で正常終了 確認。

図10：”Generate” の画面

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次回は
上記、ソフト仕様 に合わせるために、今回生成したプログラムを編集する記事を投稿予定です。