ＰＩＣ１８Ｆを使うというタイトルで４回にわたって実験結果を紹介してきました。
実は、実験といっても、一応、温室の換気扇のコントローラを作るという目標を持っていた訳です。
その為には、まず温度を計測しなければなりません。
そこで、温度を計ってコントローラとして出力を制御出来るようにします。
今回、Ａ／Ｄ変換を使用し、Ａ／Ｄ変換の開始をソフトウエアで呼んでいます。
ところが、ＣＣＰ割り込みでハード的にＡ／Ｄ変換が開始されている事がわかりました。
今回、のプログラムで動作に関する支障はありませんので、ソースはそのままにしておきます。
詳細は［ＰＩＣ１８Ｆを使う（２）］に補足しておきました。
安価で直線性が良いといったらダイオードが思い浮かびます。
ただし、素子や動作点により、値がばらつくので、校正作業が必要になってきます。
最近は、ＩＣ温度センサーが進歩していますが、アマチュアには入手が大変です。
また、３線のトランジスタ型が多く、そのままセンサーとして使うには、形状に、やや難があります。
そこで、計測用サーミスタを使うことにします。
計測用サーミスタはセンサーとして使い易く封止されたものがあり、２線式です。
大きなメリットは、温度に対する抵抗値の誤差が１％以内ですので、校正作業を省いても、そこそこの精度で温度計測が
可能だという事です。
ただし、値段はＩＣ温度センサーなどより高くなると思います。
２種類のサーミスタのうち、下側が今回使用した１０３ＡＴです。
綺麗にモールドしてあるので、センサーとして、そのまま使えそうです。
時定数が７５秒と大きいのですが、温度計測には問題無いと思います。
上側の小さなサーミスタは１０３ＥＴです。
小型で応答性が良いのが特徴ですが、小さすぎて扱いにくいです。
また、熱放散定数が小さいので、自己発熱が問題になりそうです。
温度と抵抗値の関係は１０３ＡＴと似ていて、２５℃では両方とも１０ＫΩです。
左がＡ／Ｄ変換器の入力部の接続部です。
１０ＫΩの直列抵抗１個でリニアライズしています。
この１０ＫΩという値は測定温度範囲と使用するサーミスタの温度−抵抗値の関係から計算する式が存在します。
実際、計算してみると１０ＫΩに近い値になります。
計算値と全く同じ値にする必要は無いですが、近い程、直線性が良くなります。
サーミスタの抵抗が２５℃で１０ＫΩですので、２５℃中心に温度を計るという程度に考えれば良いと思います。
ただ、抵抗の値は計算に使うので、実際の値と合致している必要があります。
Ａ／Ｄ変換器の入力にはリーク電流があるので、本当はバッファアンプを間に入れれば良いのかもしれませんが
簡単にするため、直接、接続しています。
サーミスタの温度−抵抗値の関係はリニアでは無いので、抵抗１本で直線近似するわけですが、温度範囲を広く取りすぎ
ない事がポイントです。
経験的に、温度範囲を５０℃以内にすれば±１℃以内の精度で温度を測れると理解しています。
今回は−５℃〜４５℃の５０℃の範囲で直線化してみました
具体的にはエクセルの関数から直線の傾きと切片を求めています。
データを表示する。
この表ではＸ軸に計測電圧を取り、Ｙ軸に１０倍の温度値（０．１℃単位の整数）を取っています。
結局、
温度＝８０７−２２１×計測電圧 と近似しました。
Ａ／Ｄ変換は１０ｍＳ間隔で３２回行い、これを加算して平均を取っています。
温度＝８０７−２２１×５×（３２回のＡ／Ｄの合計値）÷１０２４÷３２となります。
実際の計算は
温度＝８０７−（（１１０５×（３２回のＡ／Ｄの合計値））＞＞１５）
上記の式で行っています。
計算は４バイト長の整数演算ですが、負担の大きい割り算はシフト演算に置き換えました。
温度を求める計算で５００ｕＳ近くかかっています。（／８ＭＨｚ）
Ａ／Ｄ変換のリファレンス電圧は５Ｖですので、電源電圧を正確に５Ｖに合わせる必要があります。
総合的に±１℃以内で計れると思います。
左が今回のプロジェクトの内容です。
ａｄｃｏｎｖ．ｃが追加されました。
ｌｅｄ．ｃが無くなり、ｏｕｔｐｕｔ．ｃが追加されました。
ｎｕｍ＿ｓｅｔ．ｃはオンとオフの差温（ヒステリシス）も設定出来るように変更されました。
その他、若干、修正されたファイルがあります。
ファームウエアのダウンロード （ＺＩＰ圧縮されています。）
コンパイラのバージョンにより、プロジェクトに若干の変更が必要になります。
これらは前回と変わっていません。
Ａ／Ｄ変換の部分が書かれています。
Ａ／Ｄ変換に関しては多分、組み込み関数があると思いますが、使い方を憶えるより、レジスタ操作をした方が
早いと思い、レジスタ操作にしています。
使い方は難しくないですが、アクイジョンタイムやＡ／Ｄクロックの設定を間違えると不安定な動作となって
悩むことになります。
１０ｍＳ毎に３２回、値を加算し、平均を取っています。
具体的な計算は前述「具体的なＡ／Ｄ変換」の項目を参照してください。
３２０ｍＳに１回、温度値を更新しています。
設定値入力中でも、Ａ／Ｄ変換は常に１０ｍＳに１回、行われています。
スタックオーバーフローのチェックを入れたこと、ウオッチドッグタイマの周期を変更した程度です。
今回からウオッチドッグタイマーを使用したのですが、コンフィギュレーションではディセーブルにし、
プログラムでオンしています。
余裕？で起動メッセージを入れました。
２行目は意味の無いメッセージですが、私のホームページのアドレスの一部です。
メインルーチンの最初の方でウオッチドッグタイマーをオンしています。
ウオッチドッグタイマーはソフトウエアでオンオフ出来ますが、この場合はコンフィギュレーションの設定を
ディセーブルにしておかなければなりません。
ウオッチドッグを入れるとデバッガが使えなくなるので、デバッグ終了後にプログラマとして書き込みます。
時間設定は３０秒程度で、強制的に動作させて結果を確認しています。
ウオッチドッグのクリアはアセンブラの命令で、Ｃからは操作できませんが、組み込み関数が用意されています。
メインルーチンの全体的な流れは変わっていませんが、ポーリングする項目でＡ／Ｄと出力制御が追加になり、
ＬＥＤが無くなりました。
設定値入力画面
ヒステリシス入力画面
数値入力する項目が「設定値」と「ヒステリシス」の２種類になりました。
ヒステリシスとはオンとオフの温度差の意味で、例えば２５℃でオンした場合、ヒステリシスを１℃に設定すると
２４℃未満でオフします。
あとから考えると「ヒステリシス」より「オフセット」にしたほうが判りやすかったかもしれません。
私の場合、コンパレータで使う「ヒステリシス」に馴染みが深く、「オフセット」というと、寸法差をイメージ
してしまいます。
いずれにせよ、出力のハンチングを防ぐ為に入れます。
設定値は１０℃から４０℃まで、１℃単位で設定出来ます。
ヒステリシスは０．１℃から５．０℃まで０．１℃単位で設定出来ます。
温度表示画面でＭＯＤＥキーを長押しすると設定値入力画面になります。
温度表示画面でＥＮＴキーを長押しするとヒステリシス入力画面になります。
これらの入力画面ではＵＰキー、ＤＯＷＮキーで数値を増減します。
押し続けると数値をスキャンし、長押しで増速します。
数値設定後、ＥＮＴキーを長押しすると数値を書き換え、同時にＥＥＰＲＯＭも書き直し、温度表示画面に
戻ります。
ＭＯＤＥキーを押すと処理を放棄して温度表示画面に戻ります。
編集中の数値も放棄され、以前の値に戻ります。
数値入力画面を１分間、放置すると、温度表示画面に戻ります。
ＥＥＰＲＯＭに書き込まれた値は電源投入時にバッファに読み込まれ、もし範囲外であったら初期値に書き直されます。
初期値は設定値が２５℃、ヒステリシス値が１．０℃としてあります。
温度表示画面
ここでは、通常の温度表示画面と出力を１秒に１回、更新します。
数値入力中は温度表示画面は出せませんが、出力はバックグラウンドで１秒に１回、通常通り更新されています。
温度表示画面は１行目が現在の温度、２行目が入力済みの設定値です。
温度表示画面ではヒステリシス値は表示されていませんので、確認したい場合は仮にヒステリシス入力画面を出し、
何もしないで抜けます。
出力は２点有り、１点は制御出力で、１点はＬＥＤ表示に使います。
２点の動作は、現在は全く同じですが、例えばＬＥＤのみ点滅するようなことも出来ます。
処理が増えているので、変数や関数のプロトタイプ宣言が増えています。
使用するタイマーも増えているのでタイマー番号の定義も増えています。
今回、使用したメモリの量です。
これは、最後にデバッガーを外した状態の数値で、デバッガーを使えば、もう少し増えると思います。
現在のところ、Ｃ１８評価用バージョンは、まだ最適化が効く状態ですので、６０日過ぎたら、もう少し増えている
かもしれません。
どれくらいの数値になるか興味があります。
ＰＩＣ１８Ｆ１３２０は２５６バイトのＲＡＭを持っていますが、Ｃ１８でスタティック変数として使えるのは僅かです。
デホルトのデータセグメントはバンク０の後半１２８バイトに有ります。
このうち半分をソフトウエアスタックが使用し、引数等は、ここに確保されます。
ＩＣＤ２をデバッガーとして使えば、さらに１０バイト程、使用します。
実験では、結局４８バイトしかスタティック変数は確保出来ませんでした。
今回、ソフトウエアタイマーを８個、確保しましたが（内６個使用）１個につき４バイトのバッファを使用します。
ここで３２バイト使えば全体ではメモリオーバーになってしまいます。
そこで、この３２バイトはバンク０の前半（アクセスバンク）に確保しています。
手順は
・データセグメントをアクセスバンクに変更する。
・ｎｅａｒ属性で変数を確保する。
・データセグメントをデホルトに戻す。
以上です。
尚、アクセスバンクは標準関数が演算バッファとして使用しているようですので、全部使える訳ではありません。
ここら辺はコンパイル後のマップファイルを覗けば、何となく想像できます。
ＲＡＭが足りないときはアクセスバンクに確保すれば良いという手は書籍等で説明されていた訳ではなく、思いつきで
やったことですので、何か問題があるかもしれませんが、コンパイラやリンカでワーニングも出ないし、動作も問題無い
ようです。
追補） ６０日経過後、再コンパイルしたところ、メモリ使用量は全く同じでした。
後は、速度に対する最適化ですが、古いＨｅｘファイルを消去してしまった為、Ｈｅｘレベルの比較が出来ません。
メモリ使用量が変わっていないので、こちらも変化していないような気がするのですが、どうでしょうか？
電源投入直後にスタートメッセージを表示しようとしたのですが、最初、表示が出なくて悩みました。
液晶表示ルーチンは既に実績があり、問題無いはずです。
いろいろ試しているうちに、液晶の初期化直後は表示が出ない事が判りました。
結局、数十ｍＳのディレー時間を入れることで表示が出るようになりました。
初期化後だけの話ですので、実用上はこれで全く問題ありませんが、原因は判っていません。
本来、こういう物なのか、不良品なのか、使い方に問題があるのか・・・・・
支障が無いので、そのままになっています。
今回、書籍付録のＣＤに収録されていたＭＰＬＡＢ Ｖ７．６０を使いました。
いろいろ機能が増え、一般のＣＰＵの開発環境に近くなりました。
エディタも日本語のコメントが入れられるようになり、強調表示等で、かなり美しくなっています。
ただ、日本語のコメントを使うと、強調表示が乱れる場合があります。
また、他のエディタで作成したソースを取り込むとタブの位置が時々ずれます。（タブ数の設定は同じですが）
若干、気になりますが動作上は問題ありません。
それ程複雑な内容ではありませんが、全てが１８ＰＩＮのＩＣ１個に収まってしまうのは感激です。
クロック用の水晶さえ付いていません。
消費電流は５ｍＡ程度ですが、出力がオンするとフォトカプラとＬＥＤを駆動するため１５ｍＡ程度になります。
ちょっと前は、この程度の制御も大変でした。
例えば、８０８５、８２５５，８２５３、ＲＯＭ、ＲＡＭ（設定値を保存するためバックアップ）、外付けＡ／Ｄ、
サンプルホールド、液晶表示器が無いので表示はＬＥＤ、１Ａ程度の電源となります。
そこそこの大きさのＣＰＵボードになってしまいます。
Ｃコンパイラも無く、ソフトの作成もデバッグも大変でした。
良い時代になりました。
ＭＰＬＡＢＩＤＥ、Ｃ１８、ＩＣＤ２、ＰＩＣ１８Ｆ、いずれも、今回、初めて使うので、最初は戸惑いましたが、
慣れれば快適です。
ＰＩＣ１８Ｆ１３２０は１８ＰＩＮで４００円（秋月）と結構、高価ですが、１６Ｆシリーズより強力で使い易いです。
参考書は相変わらず１６Ｆシリーズをアセンブラで説明したものが多いですが、１８Ｆシリーズの方が説明し易いと
思われます。
もっとも、アセンブラならＲ８Ｃ／Ｍ１６あたりの方が、ずっと素直で判りやすいと思いますが。
Ｃ１８コンパイラは普通に考えて普通に使える普通のコンパイラといった感じです。
ＣＣＳＣコンパイラは深く考えないで簡単に組み込み関数を使うといった感じのコンパイラでした。
ＰＩＣ１８Ｆを使うという題名で換気扇コントローラに挑戦してきましたが、今回で終了します。
基本的な動作は確認しましたが、まだバグが残っている可能性はあります。
電源部、出力でリレーかＳＳＲを駆動する部分、ケースの加工、まだ作業は残っています。
最終的に完成させるかは、未定です。
今回、「動作中に設定値が入力可能」とい条件で製作した為、結構、複雑なソフトになりました。
オフラインで設定値を入力して良いなら、もう少し簡単になります。
２００９年１０月１０日 追記
私が使用した環境はＭＰＬＡＢ Ｖｅｒ７．６０ Ｃ１８ Ｖｅｒ３．１１（評価版）です。
新しいＣ１８ Ｖｅｒ３．３１ではリンク時にエラーが発生しました。
電子回路 ＞ ＰＩＣ１８Ｆを使う ＞ Ｃ１８のバージョン を読んでください。