Fグループ電子工作講座

SH7125マイコンのPWM機能を設定します。
関連：PWMとは
PWM設定は爪車様のSH7125でPWMサーボの制御を参考にしております。

PWM出力の流れ

PWM出力プログラムは以下の流れで動かします。

1) 端子の特殊機能設定
2) PWMの機能設定
3) デューティー比設定
あとは、手順3)を繰り返すだけです。

が、メインの処理はこれだけで良いのですが、裏で割り込み処理が機能している必要があります。
割り込み処理の考え方は「割り込み処理とは」を参照ください

PWM出力として必要となる機能は内部割込みのカウンター処理です。
同じカウンター処理を使うタイマー割り込みの方が設定内容が分かりのですが、PWMの方が使っていて面白いので先にPWMの解説を行います。

今回はまずPMW用の割り込み処理を動作させるための設定を行います。

PWMとは

Pulse Width Modulation（パルス幅変調）の略
パルスの周期は変化させず、パルスのON時間とOFF時間の比率を変えて出力を行う方式です。

※通信として用いる事もありますが、以降は出力制御についてのみの解説します。
出力制御の場合アナログ出力の様なものでアナログ入力と対になります。

PWMの動作（原理）

0Vを出力し続けると0Vが、5Vを出力し続けると5Vが出力されます。
これは当然。

一定(例えば100ms)の周期の間で周期の50%の時間(50ms間)だけ5Vを出力し、50%の時間(50ms間)だけ0Vを出力し、これを繰り返す。各瞬間では5Vか0Vが出力されるものの、平均値としては5Vの50%である2.5Vが出力されることになります。

マイコンの機能を使い切るうえで知らなければならない概念の一つ。

割り込み処理の考え方

これまでに作成したプログラムは各処理の順番が決まっていました。

処理１の次は処理２、処理２の次は処理３、処理３の次は処理１。
割り込み処理はこの処理の順番とは独立して動作する処理です。

イメージとしてはウェブブラウザでインターネットをしながらメールを受信しつつ時刻設定したアラームが自動的に鳴るようなものです。
ウェブブラウザがメインの処理で、自動受信するメールブラウザとタイマー動作のアラームが割り込みの処理に相当します。

メールが来たという外的要因により動作するのが外部割込み、タイマーで設定した時刻になったという内的要因により動作するのが内部割込みです。
※メール受信も本当はタイマー動作ですが、メールが来たら自動的に動作することにしておきます。

マイコンでの動作ではスイッチ入力があるとメイン処理とは独立して処理をしたり、タイマーで一定時間おきにLEDの点灯処理を行うような感じです。

AD変換のテストを行うためにテスト用の可変抵抗を作ります。
使用部品は
・可変抵抗
・ビニル線
・ピンソケット
・熱収縮チューブ
使用工具は
・半田ゴテ（一式）
・ニッパー
・ペンチ（又はヒートクリップ）
・カッターナイフ
各部品を半田でつなげる前にまず下ごしらえをします。
この下ごしらえによって最終的な半田付けの際の作業性と仕上がりが格段に向上します。

(2018/09/22追記)
端子部はケーブル用コネクタとコネクタ用ハウジングを使用した方が耐久性が高くなります。
圧着工具はPA-20を使用できます。
圧着の仕方はXBEEの配線の回を参照の事。

使用する電線は3色又は4色です。
５V、GND、信号線に接続します。後で分かりやすい様に色分けします。
５V：赤または赤に近い色
GND：黒または黒に近い色
信号線：その他の色
今回は赤と黒が手元に無かったため５Vは紫、GNDは青を使用しています。
可変抵抗を複数使用する場合は信号線の色を分けておくと後で分かりやすくなります。

A/D変換とは

アナログ・デジタル変換の略

マイコンにおける入力は基本的にONかOFFかのみ(デジタル)を取り扱います。
SH7125においては電源電圧が5Vであるため、0Vか5VかでON/OFFを判定します。
これに対してA/D変換では0～5Vの間の中途半端な電圧値(アナログ電圧例えば2.67Vとか)を取り扱います。

マイコンに対して0～5Vで入力されたアナログ電圧をマイコン内で処理するためある範囲の値に置き換えます。
SH7125に搭載されたA/D変換は10bitの分解能なので、0～5Vを0～1023(0b1111111111)の間の整数値に変換します。
このアナログ電圧値をマイコン内のデジタル値に変換する機能をA/D変換と呼びます。

A/D変換の流れ

A/D変換のプログラムは以下の流れで動かします。

1) 端子の特殊機能設定
2) A/D変換の機能設定
3) A/D変換の実行
4) 変換結果の取得
以下、手順3)と4)を繰り返します。