マイコンプログラミング講座

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こうきほうねん
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1 マイコンプログラミング講座明治大学エレクトロニクス研究部武山文信 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 1

2 はじめに回路ができてもプログラムが書けなければ意味がないソフトゼミで触れた部分はソフトゼミの資料を見直すなどしてちょっと難しめに書いた気がするけどそこは口頭で補足ハードウェアマニュアル嫁ググれ 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 2

3 使用するマイコンマイコンキットモデル : 秋月電子通商 AKI-H8/3664F(QFP) タイニーマイコンキット価格 : 1600 サイズ : 40mm 25mm クロック : 16MHz( ( メイン ) KHz( ( サブ ) 3 端子レギュレーターシリアル通信用の IC 等が実装済み 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 3

4 マイコンマイコンキットの中央の黒いチップ Renesas H8/3664F 16bit CPU タイマ A タイマ V タイマ W 10bit A/D 変換器シリアル通信インターフェースフラッシュ ROM( ( プログラム書き込み ) 32KB RAM( ( メモリ ) 2KB 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 4

5 必要なものマイコンキットと説明書秋月で買ってくる 3664 の説明書は秋月の Web サイトに置いてある H8/3664 グループハードウェアマニュアル HEW( ( コンパイラと開発環境 ) 無償評価版 FDT( ( 書き込みソフト ) 無償評価版 3つとも Renesas からダウンロード USB RS232C 変換ケーブル ( ポートが無ければ ) 秋月に安いのがある 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 5

6 とりあえずプログラムを書いてみよう 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 6

7 プロジェクトの作成プロジェクトとソースコードを保存するディレクトリを設定 CPU の種類を H8/300 に設定する 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 7

8 プロジェクトの作成ツールチェインバージョンはそのまま CPU シリーズは 300H タイプは 3664F 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 8

9 プロジェクトの作成 2ページ目は変更せずに次へハードウェアセットアップ関数生成を C/C++ source file にする 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 9

10 プロジェクトの作成他のページもそのまま次へをクリック出来上がったワークスペース 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 10

11 プログラム 1 LED 点滅プログラム main 関数 ({$( プロジェクト名 }.c に作成されている ) に次のプログラムを入力次のページ出来上がったらビルドエラーが無ければプロジェクトディレクトリの Debug フォルダに mot ファイルが作成される 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 11

12 プログラム 1 #include "iodefine.h" #ifdef 中略 #endif void main(void) { unsigned long i; IO.PCR8 = 0xff; for (;;) { IO.PDR8.BYTE = 0xff; for (i = 0; i < ; i++); IO.PDR8.BYTE = 0x00; for (i = 0; i < ; i++); } } 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 12

13 プログラムを転送出来上がったプログラムをマイコンに転送する転送には FDT (Flash Development Toolkit) を使う 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 13

14 FDT プロジェクトの作成 H8/300H を選択 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 14

15 FDT プロジェクトの作成ポートはマイコンを接続するポートを選択するポート番号はデバイスマネージャで確認 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 15

16 FDT プロジェクトの作成入力クロックを 16MHz にする 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 16

17 FDT プロジェクトの作成ポーレートを 9600[bps] に設定 Use Default のチェックを外す他のページは初期設定のままで OK 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 17

18 プロジェクトに追加画面左のツリー上の作成されたプロジェクトを右クリックしてファイルの追加コンパイルして出来上がった mot ファイルを選ぶ 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 18

19 マイコンとの接続 & 書き込みマイコンの電源を切るマイコンをブートモードに設定する今回の場合はジャンパーピンを 2 本挿すケーブルを接続してマイコンの電源を入れる mot ファイルを右クリックして Download File をクリック書き込みが始まる書き込みが終了したらデバイスデバイスの切断マイコンの電源を切るブートモードを解除する 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 19

20 書き込んだプログラムを実行する通常モードの状態でマイコンの電源を入れると main 関数が実行される 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 20

21 プログラミングの基礎知識 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 21

22 ビット (bit) とバイト (byte) ビットとバイト 1[byte] = 8[bit] 1[bit] は0か1(2 進数 ) int 型のサイズはそのコンパイラで汎用的な大きさ ex) PC 用のコンパイラ 32bit 3664 のコンパイラ 16bit long 型 32bit char 型 8bit ここから先は H8/3664 の話 (int( 型は 16bit) 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 22

23 符号付き整数と符号なし整数符号付き負の数も扱える int 型 (signed int 型 ) -32,768~32,767 32,767 long 型 (signed( long 型 ) -2,147,483,648~2,147,483,648 符号なし 0 以上の数しか扱えない unsigned int 型 0~65,535 unsigned long 型 0~4,294,967,296 (32bit: 4G) 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 23

24 ビット演算 AND 0 & 0 = 0 0 & 1 = 0 1 & 0 = 0 1 & 1 = 1 (0101)2 & (0100)2 = (0100)2 OR 0 0 = = = = 1 (0101)2 (0010)2 = (0111)2 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 24

25 ビット演算 NOT ~0 = 1 ~1 = 0 ~(0101)2 = (1010)2 XOR 0 ^ 0 = 0 0 ^ 1 = 1 1 ^ 0 = 1 1 ^ 1 = 0 (0101)2 (0010)2 = (0111)2 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 25

26 ビット演算ビットシフト符号なしの場合 ( )2 << 1 = ( )2 ( )2 >> 1 = ( )2 ( )2 >> 2 = ( )2 符号付きの場合 ( )2 >> 1 = ( )2 ( )2 >> 2 = ( )2 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 26

27 C 言語でビット演算優先順位 ~ > & > ^ > C 言語で 16 進数の書き方 0xFF = ( )2 = (255) /03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 27

28 問題変数 xの2bit 目が 1であるかの条件文は? 0 から数える (1( から数える場合もある ) 1の位 0bit 目 if ( ) { /* x の2bit 目は 1 */ } 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 28

29 問題 ( 回答 ) 変数 xの2bit 目が 1であるかの条件文は? 0 から数える (1( から数える場合もある ) 1の位 0bit 目 if (x & 4!= 0) { /* x の2bit 目は 1 */ } x = & 0100 = 0100 x = & 0100 = /03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 29

30 プリプロセッサ #define #define NAME TEXT ソースコード中に現れた NAME を単純に TEXT に置き換える定数を宣言するときに使う事が多い今は const を使いましょう const int MAX_SIZE = 10; #define HOGE printf("test\n") #define N 10 int main(void) { HOGE; printf("%d\n", N); return 0; } の実行結果は? 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 30

31 プリプロセッサヘッダーファイル C 言語ファイルと拡張子以外の違いは無いインクルードして使う場合は慣例的に.h 主に構造体の宣言や関数のプロトタイプ宣言を複数のソースファイルで共有するときに使う #include 指定したファイルの内容を #include が書かれた位置に単純に挿入する #include <headerfile.h> headerfile.h をインクルードパスに設定されたディレクトリから探す #include "headerfile.h" headerfile.h をインクルードする C 言語ファイルと同じディレクトリから探す 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 31

32 構造体と共用体構造体複数のメンバー変数を 1つにまとめる共用体 1つの領域を複数のメンバーで共有する u.x = 0xFF00 と代入することは u.a = 0xFF, u.b = 0x00 と同じただし H8( ( ビッグエンディアン ) の場合 struct EXAMPLE1 { char a; char b; } union EXAMPLE2 { int x; struct EXAMPLE1 ex; } u; char a; char b; int x; char a; char b; 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 32

33 構造体と共用体 ex2 の領域を ex (struct EXAMPE1 型 ) としてアクセスするか x (int 型 ) としてアクセスするか選べる int w; char z; struct EXAMPLE1 ex1; struct EXAMPLE2 ex2; w z メモリー ex2.ex.a = 1; ex2.ex.b = 0; とすると ex2.x は256 になる ex1 ex2 e x ex1.a ex1.b ex2.ex.a ex2.ex.b ex2.x 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 33

34 ビットフィールド構造体をビット単位で作ることができる struct TEST { unsigned char B76:2; unsigned char B54:2; unsigned char B32:2; unsigned char B1 :1; unsigned char B0 :1; } struct TEST t; t.b76 = 1; t.b54 = 2; t.b32 = 0; t.b1 = 0; t.b0 = 1; 全体は 8bit B76 B54 B32 B1 B /03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 34

35 汎用入出力ポート 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 35

36 汎用入出力ポートポートマイコンの足それぞれのポートにはアドレス ( ポインタ ) が割り当てられている 1つのポートには複数の機能が割り当てられているポートコントロールレジスタに値を設定しどの機能を使うか選択 ex) P50 とWKP0 PB4 とAN0 そもそもレジスタって何よ CPU に配置された変数ポインタが割り当てられているので C 言語からアクセスできる 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 36

37 汎用入出力ポート汎用入出力ポート P8 P1( ( ポート 1) ) P2 P5 P7 P8 PB がある出力データレジスタに設定した値に応じてポートの電圧が変わる 0 0V 1 5V (GND を0V とした場合 ) 入力ポートの電圧に応じてデータレジスタの値が変わる (0,( 1) 1 大電流ポート ( 他より大きな電流が流れる ) 実験用基板で LED が接続されているハードウェアマニュアルを見てみよう 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 37

38 LED を点滅させるポート 8を汎用出力に設定する PCR8( ( ポートコントロールレジスタ 8) ) を 1にする出力する PDR8( ( ポートデータレジスタ 8) ) に値を代入すると値に応じた電圧が出力されるレジスタとポートの対応 (PCR8 PDR8) ) レジスタのビット 0 P80(CN2-9 CN2-9) (PCR8 PDR8) ) レジスタのビット 1 P81(CN2-10 CN2-10) (PCR8 PDR8) ) レジスタのビット 7 P87(CN2-16 CN2-16) 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 38

39 LED を点滅させる C 言語で書くと void main(void) { unsigned long i; IO.PCR8 = 0xff; //P80~P87 P87を出力に設定 for (;;) { IO.PDR8.BIT.B0 = 0x01; //P81 に1を出力 for (i = 0; i < ; i++) { ; // 何もしない ( 時間稼ぎ ) } IO.PDR8.BIT.B0 = 0x00; //P81 に0を出力 for (i = 0; i < ; i++) { ; // 何もしない ( 時間稼ぎ ) } } } 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 39

40 レジスタへのアクセス IO.PCR8 って一体どうなってるの? iodefine.h で定義されている IO struct st_io 型でレジスタが指定されている st_io のメンバーに PCR8 がある (unsigned( char 型 ) volatile 最適化禁止詳しい話は各自調べて 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 40

41 レジスタへのアクセスんじゃ IO.PDR.BIT.B0 は? PDR8 は共用体アクセス方法を選べる unsigned char BYTE; struct {} BIT は構造体でビットフィールドビットに直接アクセスアクセス方法を選べる IO.PDR.BIT.B0 = 1 と IO.PDR.BYTE = IO.PDR.BYTE 0x01 は同じ前者の方が便利 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 41

42 プログラム 2 8 個の LED のうち 4 個ずつ交互に点灯するプログラムまずは BIT.B0 = 1 を使って書く次はビット演算を使ってみようこっちの方がかなり楽だよね? 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 42

43 プログラム 3 8つの LED が1 個ずつ順に点灯 [ ] [ ] [ ] 最初に戻るビットシフトを使ってみよう BIT を使うとかなりメンドクサイ 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 43

44 入力を使ってみる P50(CN1-14 CN1-14) ) に接続されたボタンが押されると GND と接続されるので P50 は0V になる放された状態だと 5V ポートを入力に設定すると PDR のビットに値が格納される P50 の状態は PDR5 の0ビット目 P50 を汎用入力に設定するには P50 は標準状態で汎用入力に設定されているハードウェアマニュアルを見る if (IO.PDR5.BIT.B0 == 0) { // ボタンが押されている } 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 44

45 プログラム 4 次のプログラムを作ってみようボタンが押されている LED 全点灯ボタンが放されている LED 消灯ヒントひたすらスイッチの状態をチェックする 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 45

46 プログラム 5 電子ルーレットを作ってみよう 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 46

47 モータードライバー IC 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 47

48 モータードライバー IC の使い方 TA8428K 東芝セミコンダクターの小型モーター用モータードライバ信号ピン (IN1( とIN2) ) の値で回転方向をコントロールする優れもの新月のモータードライバは高出力で速度も変えられるデータシートを見てみよう入力と動作 (IN1, IN2) = (0, 0) ストップ (1, 0) 正転 (0, 1) 逆転 (1, 1) ブレーキ 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 48

49 プログラム 6 モーターを正転させるプログラムを書いてみようモータードライバは P80 がIN1 にP81 がIN2 に接続されている一定間隔で正転と逆転を切り替えるプログラムを書いてみよう 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 49

50 割り込み 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 50

51 割り込み現在実行しているプログラムを中断して指定された処理を実行するこの処理が終わったら元の処理に戻る割り込みの要因に対応した割り込み処理を定義する main() INT_WKP() ( 割り込み ) 中断再開 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 51

52 割り込みのメリット今までの方法では入力待ちの間無駄なループがあった他の作業ができないこの動作が白線検知であれば敵を見つけられない 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 52

53 割り込み主な割り込みの種類 NMI NMI 端子が 0になると発生する優先度が最も高い &NMI& を止めることはできない ( 緊急停止など ) IRQ 端子 WKP 端子が指定した条件を満たすと発生する 0から 1に変化したとき ( 立ち上がりエッジ ) 1から 0に変化したとき ( 立ち下がりエッジ ) タイマタイマーカウンタが設定値に達したとき A/D 変換やシリアル通信の処理が終了したとき優先順位高い優先順位の割り込みは低い優先順位の割り込み処理中にも割り込める 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 53

54 割り込み IRQ ポートと WKP ポートの違い IRQ ポート IRQ0~IRQ3 IRQ3がありそれぞれに対して割り込み処理を定義できる void INT_IRQ0(void) void INT_IRQ1(void) void INT_IRQ2(void) void INT_IRQ3(void) WKP ポート WKP0~WKP5 WKP5があり共通の割り込み処理を定義する割り込み発生条件はポート別に設定できる void INT_WKP(void) 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 54

55 割り込み関数の書き方割り込み処理を割り込み関数として書く HEW で自動生成された intprg.c を編集する interrupt(vect=18) void INT_WKP(void) { /* * 空の関数が用意されているので編集する * ここに割り込み処理を書く */ } 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 55

56 割り込みを使ってみるスイッチが WKP0 端子 (CN1-14( CN1-14) ) に接続されている実は IRQ0 に接続するつもりで間違えたポートの初期化 ( ポートモードの設定など ) は hwsetup.c の HardwareSetup 関数に書く前半で使用した PCR の設定も自動生成されたソースコードを追えば分かるはず割り込み禁止状態で呼び出される 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 56

57 割り込みを使ってみる ( 準備 ) ポートモードの変更ポートモードレジスタ (PMR) でWKP0 を有効にする条件の設定割り込みエッジセレクトレジスタで条件を設定割り込みの有効割り込みイネーブルレジスタ (IENR( IENR) ) で WKP による割り込みを有効にする参照ハードウェアマニュアル 3. 例外処理 9.6 ポート /03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 57

58 割り込みを使ってみる ( 準備 ) ポートを設定する void HardwareSetup(void) { 他のポートの設定 } IO.PMR5.BIT.WKP0 = 1; /* WKP0 として使う */ IEGR2.BIT.WPEG0 = 0; /* 立ち下がりエッジで割り込み */ IENR1.BIT.IENWP = 1; /* WKP ポートの割り込みを有効化 */ 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 58

59 割り込みを使ってみる ( 処理 ) 割り込み関数を編集する iodefine.h のインクルードを忘れずに!! まず割り込み要求フラグをクリアする IRQ ポートなど他の割り込みの場合も相当する要求フラグをクリアする割り込み処理完了通知クリアしないと何度も割り込み関数が実行されてしまう interrupt(vect=18) void INT_WKP(void) { /* WKP0 の割り込み要求フラグをクリア */ IWPR.BIT.IWPF0 = 0; } ここに割り込みが発生した時に実行したいプログラムを書く 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 59

60 割り込み禁止割り込みを禁止すると割り込みが発生できなくできる割り込みが発生するとマズイタイミングで使用する詳細は各自調べて ( 相撲ロボットのプログラムでは必要 ) 割り込み禁止 set_imask_ccr(1); 割り込み禁止解除 set_imask_ccr(0); 割り込み禁止区間に入る際に状態が分からない場合 unsigned char ccr; ccr = get_imask_ccr(); /* 状態を待避 */ set_imask_ccr(1); 割り込み禁止で実行する処理 set_imask_ccr(ccr); 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 60

61 プログラム 7 プログラム 6を改造してボタンが押されたらモーターを止めるプログラムを書いてみよう main 関数は終了してしまうと困るので今回は無限ループを入れておく 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 61

62 タイマ 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 62

63 タイマ今までは無駄な for 文で時間調整をしていた正確な時間を計りたい他の作業ができない割り込みを使いたいタイマ一定間隔でタイマレジスタをカウントアップタイマーレジスタの値が条件を満たせば割り込みを発生 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 63

64 タイマの種類タイマの種類 ( 詳しくはハードウェアマニュアル ) タイマ A 今回はこれを使う 1~8kHz 時計広い間隔 AKI-H8/3664 では KHz のクリスタルが接続されているタイマ V 8bit タイマタイマ W 16bit タイマ短い間隔 PWM( ( 最大 3 出力 ) など 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 64

65 タイマ Aの初期化 0.5 秒タイマに設定し割り込みを有効にするハードウェアマニュアルのタイマ Aを参照 void HardwareSetup(void) { TA.TMA.BIT.CKSI = 0x09; /* (1001)2 0.5 秒タイマ */ IENR1.BIT.IENTA = 1; /* タイマ Aの割り込みを有効 */ } /* LED 点滅用 */ IO.PCR8 = 0xff; 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 65

66 タイマ Aの割り込み関数他の割り込みと同様に intprg.c を編集する interrupt(vect=19) void INT_TimerA(void) { /* タイマ A(TA) ) の割り込み要求フラグをクリア */ IRR1.BIT.IRRTA = 0; } /* ここに割り込み処理を書く */ /* LED 点滅 */ IO.PDR8.BYTE = ~IO.PDR8.BYTE; 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 66

67 プログラム 8 4 秒ごとにモーターの回転方向を変えるプログラムを書いてみよう 8 回 0.5 秒の割り込みが発生大域変数を使う ( または static 変数 ) 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 67

68 その他の機能 ( 相撲ロボットには必要 ) 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 68

69 シリアル通信 RS232C を通して PC に文字列を送信したりするのに使うデバッグなどに便利新月用に軽量版 stdio ライブラリがある流用するなり参考にするなり 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 69

70 A/D 変換アナログデジタル変換ポートの電圧を測定し 10bit の整数として取得する汎用入力ではポートの電圧が閾値より高いと 1 低いと 0 新月の PSD センサーは距離に応じた電圧を出力電圧を測定して距離を計算する 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 70

71 その他 PWM 出力 ( タイマ W) サーボモーターの制御やモーターの速度制御に必要ポートプルアップポートをプルアップする 2008/03/04 & 2008/03/11 マイコンプログラミング講座 71

内容 1. 仕様動作確認条件ハードウェア説明使用端子一覧ソフトウェア説明動作概要ファイル構成オプション設定メモリ定数一覧変数一

内容 1. 仕様動作確認条件ハードウェア説明使用端子一覧ソフトウェア説明動作概要ファイル構成オプション設定メモリ定数一覧変数一 RX210 グループ IRQ 割り込みを使用したパルス出力要旨本サンプルコードでは IRQ 割り込みが発生すると一定期間タイマでパルスを出力する方法について説明します対象デバイス RX210 1 / 25 内容 1. 仕様... 3 2. 動作確認条件... 3 3. ハードウェア説明... 3 3.1 使用端子一覧... 3 4. ソフトウェア説明... 4 4.1 動作概要... 4