Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋
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Ｐｉ＿Ｐｉ＿ＩＣ ＰＩＣでＶＦコンバータ
１．こんなＩＣが欲しい
Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋で電池ボックス電子工作を公開していますが、この電池ボックス電子工作の出力としてブザー音とＬＥＤを使いたいと思っておりました。 入力電圧に応じてＬＥＤの点滅間隔とピィッ、ピィッ音の間隔が変化するような機能です。
この出力を実現するためにプロトタイプとして下記回路のようなタイマーＩＣ５５５を２個使用した試作回路を作成しました。
Ｕ１の５５５はＶＦコンパーターとして使用しています。 入力信号電圧に応じた周波数で発振し、ＯＵＴ端子（３番ピン）からパルス出力します。 この発振周波数及びパルス幅はＣ１，Ｒ１，Ｒ２の定数で決まります。 このＯＵＴ端子にＬＥＤを接続することで入力電圧に応じてＬＥＤを点滅します。
Ｕ２の５５５では５０％ｄｕｔｙのパルスを発生させ、ブザー音の発振器として使用しています。 Ｕ１のパルス信号をＱ１で反転し、これをＵ２のＲＥＳ端子（４番端子）に入力しています。 Ｕ２のＲＥＳ端子がＨレベルの時にＶＲ１・Ｃ２の定数で決まる周波数のパルスを発生します。 このＯＵＴ端子にアンプを接続することでＬＥＤが点灯している間にブザー音を鳴らすことができます。
しかし、この回路では、(a)部品点数が多い、(b)連続発振ができない、(c)入力電圧レンジを調整するのに別に回路が必要、など電池ボックス電子工作用には使用できません。
このような事情もあり、８ｐｉｎＤＩＰサイズで適切なＩＣがないか探してみました。 要求使用を下記します。 しかし、これはといったＩＣを見つけることができませんでした。
| (1) | 電圧入力に応じて発振周波数が変化する出力があること。 （つまりＶＦコンバータですね。） この出力を使ってＬＥＤを点滅させる。 以降、この信号をＬＥＤ信号と称する。 |
| (2) | ＬＥＤ信号がＬＥＤを点灯しているときに、ブザー用の発振をするための出力を設ける。 以降、この信号をブザー信号と称する。 |
| (3) | 連続発振、発振停止の入力電圧のしきい値を任意に設定できる。 |
| (4) | 入力電圧の変化に応じて発振周波数の増減方向を変えられる。 |
| (5) | 必要な外付け部品が少なく、８ピンＤＩＰサイズであること。 |
適当なＩＣがないとなると自分でこの機能を実現することを考えなければなりません。 ＰＩＣマイコンでアナログ入力の機能を持ったマイコンがありますので、このなかからPIC12F683-I/Pを選択して上記機能を実現することにトライしてみました。
PIC12F683-I/Pを選択した理由ですか？ 実は、秋月電子通商の通販のページにおいて、8pinDIPのなかでアナログ入力のあるPICマイコンとして一番最初に見つけたチップであったという理由だけです。 書込器の心配はないと勝手に思いこんでいました。 実際に現品を入手して手持ちのVersionではサポートされていないことを知って慌てました。 でも、アップデートで対応してあり、どうにか本トライを開始できるようになりました。
２． Ｐｉ＿Ｐｉ＿ＩＣの仕様
基本的な仕様は前記の「こんなＰｉ＿Ｐｉ＿ＩＣが欲しい。」のとおりです。 前記仕様を実現するためのプログラミングと試作を繰り返し、結果的に下記の仕様としました。
| PIN No |
信号名称 （PIC） |
信号名称 （PIC） |
方向 | Ｈレベル | Ｌレベル |
| １ | ＶＤＤ | ＶＤＤ | − | ２．２〜５Ｖ | |
| ２ | ＧＰ５ | ＬＥＤ信号 | 出力 | ＬＥＤ点灯 | ＬＥＤ消灯 |
| ３ | ＧＰ４ | ブザー 信号 |
出力 | ＬＥＤ信号がＬＥＤ点灯時、発振パルス出力。 ＬＥＤ消灯時はＬレベル。 | |
| ４ | MCLR | リセット信号 | 入力 | 通常動作 | 出力停止。（GP4,GP5強制 Ｌレベル） |
| ５ | ＧＰ２ | 連続点灯信号 | 入力 | 通常動作 | 連続出力。（GP4,GP5 強制 Hレベル） |
| ６ | ＧＰ１ | タイマ選択信号 | 入力 | ベースタイマー 約２０ｍｓ | ベースタイマー 約５ｍｓ |
| ７ | ＡＮ０ | 入力信号 | 入力 | アナログ入力信号 （０Ｖ〜ＶＤＤ電圧の範囲内） | |
| ８ | ＶＳＳ | ＶＳＳ | − | ＧＮＤ （電源の−側） | |
PIC12F683-I/Pは内部クロックを５００ｋＨｚ設定で使用します。 このため、命令１Cycleの処理時間は8μｓとなります。 また、このＩＣの細かい機能設定をEEPROMの値を設定することで調整できます。
| アドレス | データ名称 | 内 容 | デフォルト |
| 0 | Low電圧しきい値 | UP/DOWN信号=0のとき この電圧以下になると出力停止。 UP/DOWN信号=1のとき この電圧以下になると連続出力。 |
Ｈ’３３’ （＝５１） ５Ｖ電源時 約１Ｖに相当 |
| １ | High電圧しきい値 | UP/DOWN信号=0のとき この電圧以下になると連続出力。 UP/DOWN信号=1のとき この電圧以下になると出力停止。 |
Ｈ’ＣＣ’ （＝２０４） ５Ｖ電源時 約４Ｖに相当
|
| ２ | ブザー発振パルス High時間 パラメータ ＢＨ |
ブザー発振信号のパルスのＨレベルの時間ＴＨ設定パラメータ ＴH = 3×(BH-1) ＋ 23 |
Ｈ’０Ｅ’ （＝１４） （Hレベル時間Thw = TH× ８μs）
|
| ３ | ブザー発振パルス Low時間 パラメータ ＢＬ |
ブザー発振信号のパルスのＬレベルの時間設定パラメータ ＴH = 3×(BL-1) ＋ 23 ブザー発振周波数 fbz ＝125÷（TH + TL） [kHz] |
Ｈ’０Ｅ’ （＝１４） （Lレベル時間Tlw = TH× ８μs） デフォルトのブザー発振周波数fbzは約１ｋＨｚとしています。 |
| ４ | ＬＥＤ信号点灯時間 パラメータ ＴＬ |
ＬＥＤ点灯時間設定パラメータ 点灯時間TW ≒ TLED × 16.4 [ms] |
Ｈ’０６’ （＝６） TW ≒ 100 [ms] |
| ５ | 入力信号倍率 |
入力信号をこの定数倍した値を用いて処理します。 入力信号の変化に対してＬＥＤ点滅間隔の変化し具合を調整する際に使用します。
上記各bitのうち、１にセットされたビットの倍率の計算結果の総和を求めて、これを入力電圧値と見なします。 倍率範囲は 0 , 1/16 〜 15・(15/16)倍です。 |
Ｈ’1０’ （＝１６） 倍率 ＝ １倍 （1〜3Ｖで0〜100%変化させるときは約1.67倍することになりますのでＨ’1B’となります。 しかし、ＬＥＤの消灯時間が長くなりますので、あまり倍率を掛けないほうがよいようです。）
|
| ６ | ＵＰ／ＤＯＷＮ設定 | bit0 = 0のとき Low電圧しきい値以下で発振停止。 bit0 = 1のとき Low電圧しきい値以下で連続発振。 bit1〜7は未使用。 |
bit0=0，1 の両方のＨＥＸファイルを掲載しております。 |
| ７ | OSCTUNE | PIC12F683のOSCTUNEレジスタ設定用 |
Ｈ’００’ （＝０） |
３． Ｐｉ＿Ｐｉ＿ＩＣの試作例
このＰｉ＿Ｐｉ＿ＩＣを使用した回路例を下記します。 光をＣＤＳで受光し、光量の増減に応じて圧電スピーカからのブザー音とＬＥＤの点灯間隔が変化します。
【 Ｐｉ＿Ｐｉ＿ＩＣ 回路図 】
最近の試作はブレッドボードを使用しています。 高周波以外は全てブレッドボードで試作しています。 結構便利なので使い始めると止められないですね。 （写真用に綺麗に並べ替えましたが、試作中はお見せできないくらいに電線・部品が入り乱れていました。）
【 Ｐｉ＿Ｐｉ＿ＩＣ 試作例 】
上記の試作を行った結果を以下に示します。 まず、ＬＥＤ消灯時間を短くしたときのブサー信号とＬＥＤ信号の波形を下記します。
下図のＴ１は、入力電圧に応じて変化します。
下図のＴ２はEEPROMのＬＥＤ信号点灯時間パラメータ ＴＬで設定されています。
下図のｆｂｚはEEPROMのザー発振パルスHigh時間パラメータ ＢＨとブザー発振パルスLow時間パラメータ ＢＬで設定されています。 この場合は約１ｋＨｚです。
入力信号にアップダウンした信号を入力したときのＬＥＤ信号の変化状態を下記します。 このときのLow電圧しきい値＝約１Ｖ、High電圧しきい値＝約４Ｖ、ＬＥＤ信号点灯時間 ＴＬ＝約１００ｍｓ、入力信号倍率＝１倍の場合です。
【 ＵＰ／ＤＯＷＮ設定 ＝ ０のとき 】
【 ＵＰ／ＤＯＷＮ設定 ＝ １のとき 】
こんなＰｉ＿Ｐｉ＿ＩＣでよければ、使ってみて下さい。
| ＵＰ／ＤＯＷＮ設定 ＝ ０ | jsk23_up.hex |
| ＵＰ／ＤＯＷＮ設定 ＝ １ | jsk23_down.hex |
４． その他
４．１ 初めてのPIC12F683-I/P
PIC12Fのアーキテクチャに初めて接しました。 基本的にはPIC16F84Aと同じですが、機能が増えた分いろいろな設定が必要になってきています。
＜GP1入力トラブル＞
今回のプログラムで痛い目に合ったのがCMCON0レジスタの不適切な設定でした。 GP1を入力で使用していますが、当初、GP1の入力信号をプログラムで読めない現象が発生していました。 結構な時間を掛けていろいろ調べたのですが、原因を掴むことができなせんでした。
データーシートにサンプルプログラムがあり、CMCON0レジスタの設定が必要ということは知っていましたが、コンパレータを使っていないので真面目に読んでいないのが敗因でした。
GP1(GP0)をディジタル入力で使用するときにはANSELレジスタだけではなく、CMCON0レジスタの「COMPARATOR I/O OPERATING MODE」の設定も必要なのですね。 当初は関係無いと思い、CM<2:0>=0 0 0と設定していました。 最終的にはCM<2:0>=1 1 1で問題解決です。 たったこれだけで延べ何時間かかったことか。。。
＜ＣＰＵＴＵＮＥレジスタ＞
ＣＰＵＴＵＮＥというレジスタで少し遊ばしてもらいました。 その名残もこのＰｉ＿Ｐｉ＿ＩＣに残しています。
ＣＰＵＴＵＮＥレジスタは -16 〜 +15の間で調整できるようになっています。 この調整を行ったときの周波数変化率を実測してみました。 その結果を下記に示します。
なお、中心周波数はそれなりに調整されているようでした。 結構変化率が大きいようで、０．６％以下の微調整はできないようです。
４．２ EEPROMデータの書き換え
秋月電子通商のＰＩＣプログラマキット Ｖｅｒ４．０ (K-200)用ソフト「PIC ProgrammerV4 Beta」以降ではEEPROMだけの書き換えが簡単にできるようになりました。
本ソフトの拡張機能を選択すると拡張プログラミング機能のWindowが開きます。
【 拡張プログラミング機能Window 】
このメニューのPCバッファメモリ修正をクリックすると下記のEEPROMデータ修正Windowが開きます。 このWindowでデータを修正後、拡張プログラミング機能WindowのEEPROM DATAメモリのプログラミングをクリックして書き換えが終了です。
【プログラム書き込みサービス】
まだ試作のため、現状ではＰＩＣマイコンの書き込みサービスの対象とはしません。
End of This Page.
