マイコンボードの LED 制御 準備編その 1 マイコンとノート PC の役割 どうすれば LED は光るの? 光らせる LED の選択は? マイコン端子に接続された LED マイコン端子の電圧設定 制御用ソフトウェアの注意点 1

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1 マイコンボードの LED 制御 準備編その 1 マイコンとノート PC の役割 どうすれば LED は光るの? 光らせる LED の選択は? マイコン端子に接続された LED マイコン端子の電圧設定 制御用ソフトウェアの注意点 1

2 入出力ポートAD 変換器 アナログ光センサデジタル入出力ポートマイコンボード マイコンとノート PC の役割 タイマー プログラム メモリ ( アナログ入力をデジタル信号へ変換 ) DA 変換器 ( デジタル信号をアナログ出力へ変換 ) 温度センサ手動スイッチ発光ダイオードブザー USB ポート プログラム作成 (Softune) プログラム実行中での状態モニタと入力 (Accemic MDE) ノート PC 2

3 どうすれば LED は発光するの? Vcc (=5V DC ) Vcc (=5V DC ) R LED+R の両端はどちらも 5V S R LED S A LED LED+R 両端の電位差はない LED に電流は流れず 発光しない A Vcc (=5V DC ) R LED+R の両端で 5V の電位差がある LED に電流を流すと LED は発光する S A LED LED に電流が流れ 発光する 3

4 発光させる LED の選択は? Vcc (=5V DC ) Vcc (=5V DC ) R R R R R R R R LED1 LED2 LED3 LED4 LED1 LED2 LED3 LED4 E1 E2 E3 E4 E1 E2 E3 E4 E1~E V 0 0V 全て 1 なのでどの LED も光らない E3 が 0 なので LED3 だけが光る 光らせたい LED の電源電圧を選択的に設定する 4

5 マイコン端子に接続された LED 回路 マイコン LED LED は P10 ~14 に接続されている P10~14 を0(0V) にすると 0の端子に接続された LED が発光する 5

6 P10~14 の電圧設定 レジスタ 8 ビット 8 ビット <==> 1 バイト アドレス番地 メモリ 役割 H 番地ポート 1 データレジスタ (PDR1) x x x P10~14 の値のセット H 番地ポート 1 方向レジスタ (DDR1) x x x (1) ポート 1 データレジスタに P10~14 の設定電圧のデータを代入する (0V => 0 5V => 1: 例では P14 だけが 0 なので LED5 のみが発光する ) (2) ポート 1 データレジスタのデータが 出力用データか 読み取ったデータか の選択をポート 1 方向レジスタによって行う ( 読取り用 => 0 出力用 => 1: 例では P10~14 すべてで 1 なので ポートデータレジスタの各ビット値に従って P10~14 の電圧が設定される ) 6

7 プログラム上での P10~14 の電圧設定 Port 10 ~14 の 1, 0 状態を指定すればよい いかなる場合もこの部分は消してはいけない! 1.P14 だけを 0 にセット (1 1 1) x x x LED5 のみが発光 16 進数で E F (0 0 0) x x x 進数で 1 F 2.P10~14 すべてで 1 なので ポートデータレジスタの各ビット値に従って P10~14 の電圧が設定される 7

8 実習 開発環境のインストール USB- 仮想 Serial Port ドライバのインストール 実習 CD ー ROM の内容を HDD( デスクトップ等 ) にコピーしてください USB_driver_installation_manual_J.pdf を参照 統合開発環境のインストール ACCEMIC MDE( モニタ?) のインストール 実習 ユーザーズマニュアル ( 第 1 章 ~1.1.3 まで ) (jouet_bleu_start_kit_manual_j.pdf) を参照 ユーザーズマニュアル ( 本資料 6 7 ページ目 ) 8

9 マイコンボードの LED 制御 準備編その 2 <0> システムの概要と留意点 <1> 動作確認 <2> プログラムの作成 / 編集 / 保存 / 読み出し プログラムの作成と編集 作成したプログラムの保存 作成したプログラムの読み出し <3> プログラム実行時の変数のモニタと入力 (scanf/printf の代用方法 ) 9

10 システムの概要 各要素の ( 最低限の ) 役割 ノートパソコン USB インターフェース <Softune 実行以前 > プログラムの作成 / 編集 / コンパイル コンパイルしたプログラムの書き出し マイコンボード <Accemic MDE 実行時以降 > マイコンボード上での実行 グローバル変数のモニタ グローバル変数への入力 <Softune> プログラムの作成 / 編集とコンパイル <Accemic MDE> マイコンボード上でのプログラムの実行 実行中におけるグローバル変数のモニタ (printf 文に相当 ) 実行中におけるグローバル変数への入力 (scanf 文に相当 ) 10

11 留意点 (1) マイコンボードは, 特定のUSBポートでのみ動作するように設定されている 複数のUSBポートがある場合は, どの USBポートで動作するかを確認すること (2) 講義で用いるノート PCは他の講義との共用のため, 自作したプログラムは, 次回の講義まで残っている保証はない 従って, 自作したプログラムは, メモ帳 や ワードパッド などを用いて, 別のテキストファイルとして保存する (3) 講義で用いるノート PCは最新の状態になっていないため, 講義のノート PCはウィルスに感染されている可能性がある 従って, 個人のUSBメモリ等を直接講義のノートPC に接続することを禁止する (4) 講義で用いるノート PCで作成したファイルを各自の環境に持ち込むため,USB メモリを貸与する ただし, 貸出した USBメモリについてもウィルスの感染を否定できないため, 貸出した USBメモリを各自個人所有のノート PCにせつぞくすることを禁止する (4) 自作したプログラムを各自の環境に保存したい場合は, 以下の手順を経ること 講義のノート PCに貸出した USBメモリを接続し, そのUSBメモリに自作したプログラムのテキストファイルを保存する その USBメモリを学情センターのデスクトップパソコンに接続し,web メールでの添付ファイルなどを使ってネットワーク経由で各自の環境にファイルを移す USB メモリやファイルそのものが汚染されている場合は, 学情センターのデスクトップパソコンに接続したときに感染されている旨のメッセージが出力されるので, 速やかに作業を中断し, 担当の教員に相談すること 11

12 ロジェクトリストメッセージエリアプ動作確認 (1)~ プログラムの編集とコンパイル <Softuneの起動とプログラム編集 > (1) スタートメニュー プログラム Softune V3 FFMC-16 Family Softune Workbench(trial version) 起動 (2) Softuneでファイル ワークスペースを開く Start_kit.wsp を選択 (3) プロジェクトリストのプロジェクト Sample.abs にマウスを合わせ, 右クリックで アクティブプロジェクトに設定 を選択 (4) プロジェクト Sample.abs をダブルクリック フォルダ Source files をダブルクリック main.c をダブルクリックによりプログラム編集画面を表示 <= プログラムの編集は, プログラムリストの中で行う (5) main.cのプログラムの中身を, テストプログラムに置き換える 授業ホームページからテストプログラム test_prog1.txt をダウンロードして メモ帳 等で開き, 全てを選択しコピー main.c のプログラムリストを全て選択して, ペースト ( 貼り付け ) する (6) プロジェクト ビルドによりコンパイルする main.cの中身が保存されていない場合は保存を促すメッセージが出力されるので, はい をクリックする プログラム編集画面 <Softune の画面 > 12

13 動作確認 (2)~ プログラムの実行 <Accemic MDE の起動とプログラムの実行 > 実行ボタン (1) プログラムにエラーがなければ Accemic MDE が自動的に起動し, OK をクリックするとモニタ画面が表示される (2) Accemic MDE で 実行ボタン をクリックし, プログラムを実行する (3) マイコンボード上の LED が, プログラムに従って明滅することを確認する <Accemic MDE の画面 > 13

14 ロジェクトリスメッセージエリアププログラムの作成 / 編集 プログラム編集画面 トSoftune のプログラム編集画面で, プログラムの作成 / 編集を行う 14

15 作成したプログラムの保存 Softune のプログラム編集画面で作成したプログラムを, 別のテキストファイルとして保存する (1) Softune のプログラム編集画面のプログラムを全て選択し, コピーする (2) スタート プログラム アクセサリから, メモ帳 を立ち上げ, 新規のウィンドウにペースト ( 貼り付け ) する (3) メモ帳 で, ファイル 名前をつけて保存より, ファイル名をつけて適切な場所に保存する 15

16 作成したプログラムの読み出し メモ帳 によりテキストファイルとして保存されているプログラムファイルの中身を,Softune のプログラム編集画面に貼り付けることで, ファイルの読み出し に相当する作業を行う (1) テキストファイルとして保存されているプログラムファイルを メモ帳 などにより開き, 全てを選択してコピーする (2) Softune のプログラム編集画面で, 全て選択して delete キーなどにより, プログラムを削除した後, ペースト ( 貼り付け ) する 16

17 プログラム実行中における変数のモニタと入力 ~scanf/printf の代用法 ~ Accemic MDE では, プログラム実行中にグローバル変数の値をモニタ表示すると同時に, グローバル変数に値を入力することができる 前者は printf 文, 後者は scanf 文に相当する (1) test_prog2.txt の内容を,softune 上のプロジェクト sample.abs 中の main.c に差し替えてプログラムを実行する (1)Accemic MDE において, 変数タブが Globals となっていることを確認する (2)50 音順の変数リストから, 目的のグローバル変数を見つけ, その数値の内容を確認する (printf に相当 ) (3) そのグローバル変数の数値をダブルクリックし, 表示される入力欄から所望の数値を入力する (scanf に相当 ) 入力する数値が 10 進数の場合は DEC,16 進数の場合は HEX を選択 変数リスト 変数タブ <Accemic MDE の画面 > 17

18 /** THIS IS A SAMPLE CODE of test_prog1 FOR SOFTWARE ENGINEERING A **/ /** ACCEPTS NO RESPONSIBILITY OR LIABILITY FOR ANY ERRORS OR OMMISSIONS **/ /***************************************************************************** * Date : 2010/01/06 * PROJECT: Sample * Program: Nakamura * CPU : FMC-16LX(MB90F387)/jouet_bleu: San-Hayato /*****************************************************************************/ test_prog1.txt #include "_ffmc16.h" #include "extern.h" #include "monitor.h" void main(void) { set_il(7); EI(); IO_PDR1.byte=0xFE; IO_DDR1.byte=0x1F; この部分のプログラムを編集する その他は編集しない main 関数 データレジスタ PDR1を0xFE とし, 方向レジスタDDR1 を0x1F としたので,PDR1のビット0~5 の内容を,LEDに対して出力する /***************************************************************************** interrupt routine ******************************************************************************/ /* reload timer interrupt routine */ interrupt void reload_int(void) { PDR1のビット 0に接続されたLED1だけが光る /* ADC interrupt routine */ interrupt void ADC_int(void) { /* Ext interrupt routine */ interrupt void ext_int(void) { /* Vector Table */ #pragma section INTVECT,locate=0xfffc00 #pragma intvect _start 0x8 0x0 /* Reset Vector */ #pragma intvect reload_int 17 /* reload timer interrupt vecter */ #pragma intvect ADC_int 18 /* AD converter Vector */ #pragma intvect ext_int 24 /* Ext Interrupt vecter */ 18

19 /** THIS IS A SAMPLE CODE of test_prog1 FOR SOFTWARE ENGINEERING A **/ /** ACCEPTS NO RESPONSIBILITY OR LIABILITY FOR ANY ERRORS OR OMMISSIONS **/ /***************************************************************************** * Date : 2010/01/06 * PROJECT: Sample * Program: Nakamura * CPU : FMC-16LX(MB90F387)/jouet_bleu: San-Hayato /*****************************************************************************/ #include "_ffmc16.h" #include "extern.h" #include "monitor.h" int led=0xfe; void main(void) { set_il(7); EI(); IO_PDR1.byte=0xFE; IO_DDR1.byte=0x1F; while(1) { IO_PDR1.byte=led; /***************************************************************************** interrupt routine ******************************************************************************/ /* reload timer interrupt routine */ interrupt void reload_int(void) { /* ADC interrupt routine */ interrupt void ADC_int(void) { /* Ext interrupt routine */ interrupt void ext_int(void) { test_prog2.txt/ グローバル変数 グローバル変数はここに記述 main 関数の外で整数型変数 led が宣言されている main 関数 /* Vector Table */ #pragma section INTVECT,locate=0xfffc00 #pragma intvect _start 0x8 0x0 /* Reset Vector */ #pragma intvect reload_int 17 /* reload timer interrupt vecter */ #pragma intvect ADC_int 18 /* AD converter Vector */ #pragma intvect ext_int 24 /* Ext Interrupt vecter */ 各自でプログラムを組むのは, 主にこの部分 while 文の無限ループにより, データレジスタ PDR1 の値が更新される グローバル変数 led を Accemic MDE の変数リストから入力すると, 入力された led に応じて, データレジスタ PDR1 の値が更新され, それに対応した LED だけが光る 19

20 実習 (1) (1) 資料 18 ページのプログラムを用いて 以下のパターンで LED を発光させよ (i)led3 のみ発光 (ii)led1 と LED2 を同時に発光 (iii)led2 と LED4 と LED5 を同時に発光 (2) 資料 19 ページのプログラムを実行し 以下のパターンで LED が発光されるように グローバル変数 led を入力せよ (i)led3 のみ発光 (ii)led1 と LED2 を同時に発光 (iii)led2 と LED4 と LED5 を同時に発光 20

21 マイコンボードの LED 制御 制御編 LED を点滅させるには? LED の明るさを変えるには? マイコンのクロックとプログラムの実行ステップ for 文を用いた点滅時間の制御 21

22 LED を点滅させるには? Vcc (=5V DC ) LED 発光発光発光 A R LED E E 5V ( 点 A の電位 ) 0V 発光させるときだけ点 Aの電位 0Vにする 点 A の電位の周期 / デューティー比 LED の発光の周期 / デューティー比 22

23 LED を明るさを変えるには? 人が明滅を判断できるのは 明滅の周波数が 30Hz 以下の場合 明るさは 30Hz 以上の周波数で明滅するときのデューティー比に比例 発光時のデューティー比によって明るさを制御 Vcc (=5V DC ) R LED E E LED 5V 0V 発光発光発光発光 LED 周期 :T >>1/30 秒 5V E 0V 周期 :T<1/30 秒 発光時のデューティ比 :100% 発光時のデューティ比 :50% 発光時の強度は左の半分 23

24 マイコンのクロックと プログラム実行時の時間ステップ マイコンは クロックと呼ばれる 時計 を基準に動作する プログラムの 1 ステップは マイコンのクロック 1 コ 数コ分に対応 void main(void){ set_ii(7); EI(); 1 IO_PDR1.byte=0xFF; 2 IO_DDR1.byte=0x1F; 3 while(1){ 4 IO_PDR1.byte=0xFF 0xFF; 5 IO_PDR1.byte=0xEF ; クロック OFF OFF ON OFF ON OFF ON 2µs 程度 数 µs 程度の時間幅で ON/OFF を繰返す 点滅の目視不可 <== もっとゆっくり点滅させたい! 時間 24

25 for 文を用いた LED の点滅時間の制御 マイコンは クロックと呼ばれる 時計 を基準に動作するプログラムの 1ステップは マイコンのクロック 1コ分に対応 for 文による時間制御 クロック void main(){ int i; set_ii(7) EI(); 1 IO_PDR1.byte=0xFF; for 文の繰り返し回数が変わり, 2 IO_DDR1.byte=0x1F; LEDが発光しない時間が変わる 3 while(1){ 4 for(i=0;i< ;i++) IO_PDR1.byte=0xFF 0xFF; 5 for(i=0;i< ;i++) IO_PDR1.byte=0xEF ; for 文の繰り返し回数が変わり,LEDが発光する時間が変わる OFF OFF OFF OFF ON ON ON OFF OFF OFF ON ON 時間 ON 25

26 前ページのプログラムのまとめ ON/OFF の時間を別々に制御 LED ON/OFF の明滅が 30Hz 以上 (for 文の繰り返し数小 ) LED は連続的に発光しているように見え, 明滅はわからない ON 時間と OFF 時間の比 ( デューティー比 ) で発光強度を変化 ON/OFF の明滅が 30Hz 以下 (for 文の繰り返し数大 ) LED の明滅が目視でわかり, 明滅時間を変えられる 発光時の強度は必ず最大 LED 26

27 発展 : 点滅時の発光強度を制御 目視で確認できる点滅 発光強度 いずれも for 文による繰り返し数で制御 2つの for 文を用いて 2つのパラメータを制御 (1 つのfor 文では,2 つのパラメータを制御不可 ) for 文の二重ループ void main(){ int i; 明滅のみ制御 set_ii(7) EI(); IO_PDR1.byte=0xFF; IO_DDR1.byte=0x1F; while(1){ for(i=0;i< ;i++) IO_PDR1.byte=0xFF 0xFF; for(i=0;i< ;i++) IO_PDR1.byte=0xEF 0xEF; 発光させる部分 発光発光 LED void main(){ int i; 明滅と発光強度を制御 set_ii(7) EI(); IO_PDR1.byte=0xFF; IO_DDR1.byte=0x1F; while(1){ for(i=0;i< ;i++) IO_PDR1.byte=0xFF 0xFF; for(i=0;i< ;i++ ;i++) { for(i=0;i<1;i++) ;i++) IO_PDR1.byte=0xFF 0xFF; for(i=0;i<10 10;i++) IO_PDR1.byte=0xEF 0xEF; 発光させる部分で短時間で明滅させる 発光発光 LED 27

28 実習 (2) <1>LED5 を点滅させる本資料 25 ページのプログラムを以下のように変更せよ 1 つの整数型グローバル変数 a を用いること (1-1) プログラム実行中に変数 a を 1 から 100 まで変化させると デューティ比 50% のままで点滅周期が 0.1 秒から 0.5 秒まで長くなる (1-2) プログラム実行中に変数 a を 1 から 100 まで変化させると 点滅周期が 0.5 秒のままでデューティ比が 0% から 100% まで変化する (1-3) プログラム実行中に変数 a を 1 から 100 まで変化させると 発光強度が 0% から 100% まで変化する <2> 本資料 25 ページのプログラムを変更して 点滅するたびに LED1 と LED2 が交互に発光するようにせよ <3> 本資料 27 ページのプログラムを変更して 目視可能な点滅周期をグローバル変数 a により, また点灯時の強度をグローバル変数 b により, 制御するプログラムを作成せよ ただし各グローバル変数は 0~100 の間の整数とする 28