周波数カウンタ組立キット
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たまにはちょいと息抜きで小品も作ってみたいものです。
簡単にチョイチョイと…。
でも、なかなかそうは簡単にはいかなくて、いつものごとく回を重ねてしまうことになるのかも…。
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［第４５回］
●計算が合いません？
［第４３回］のプログラムの説明のところで、カウントデータの表示は６５秒ごとに更新する、と書きました。
プログラムを書いたときにはそのつもりだったのです。
ところが実際に動作を確認してみると、それよりも長いのですよね。
まさか気のせいかと思って計ってみましたら、８０秒ほどで更新しています。
え？
狐につままれたとはまさにこのことです。
なぜだ？
プログラムリストを再確認してみましたが、そんなに長くかかるわけはありません。
２ｍｓ×８×４０９６ですから６５５３６ｍｓ。
何回計算してみても８０秒なんてことにはなりません。
２ｍｓのサブルーチンに間違いは？と思ってそれも確認してみたのですが、どこにも間違いはありません。
むむ。
面妖な…。
さては、妖怪のいたずらか？
んなわけはないのですよね。
やっと思い当たりました。
そうだ。
割込みのせいだったんだ。
７４ＨＣ５９０からキャリーが出たときに割込みプログラムが実行されます。
その割込みプログラムの実行時間を計算に入れていませんでした。
しかし。
割込みプログラムに１５秒も余分にかかるのか？
ちょいと疑問に感じたのであらためて計算をしてみました。
すると意外にも割込みプログラムの実行にかなりの時間がかかってしまうことがわかりました。
割り込みが発生するのは入力パルスを７４ＨＣ５９０が２５６カウントしたとき毎です。
今回の入力パルスは１２．８ＭＨｚですから、その２５６カウントの時間は１／５００００秒（２０μｓ）です。
なんと２０μｓ毎に割込みプログラムが実行されてしまいます。
これは思ってもみなかった頻度です。
それでは割込みプログラムの実行時間はどれほどでしょうか。
これは命令のクロックを数えることで計算できます。
これができるのがアセンブラの強みです。
ＰＩＣの命令はほとんど１クロックで実行されます。
ただしＣＡＬＬ、ＧＯＴＯ、ＲＥＴＦＩＥなどは２クロックかかります。
また条件付分岐命令ＢＩＴＦＳＳなどは条件が成立したときは２クロック、不成立なら１クロックになります。
参考までに割込みプログラム（ＩＮＴ）の命令のクロック数はプログラムリストに書き込んであります。
割込みプログラム自体は１４クロックですが、割込みが受け付けられる時点で２クロック余分にかかります（下のタイミングチャートのＤｕｍｍｙ Ｃｙｃｌｅ）。
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ社 ＰＩＣ１６Ｆ８８３ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
ですのでそれを加算するとトータルでは１６クロックになります。
うっかりしていました。
上で引用したＤａｔａ Ｓｈｅｅｔを見ていて気が付きました。
実行クロックの計算に落ちがありました。
割り込みが受け付けられるとアドレス０００４の命令が実行されます。
０００４には割込みプログラムＩＮＴへのＧＯＴＯ命令が書いてあります。
このＧＯＴＯのクロックを加算するのを忘れていました。
その分の２クロックを加算すると１８クロックになります。
ＣＰＵクロックが２０ＭＨｚのとき、１命令クロックはその１／４の０．２μｓです。
すると割込みプログラムの実行時間は０．２×１８＝３．６μｓになります。
この実行時間そのものはわずかな時間ですが、それが２０μｓごとに実行されるとなると、無視できない時間になります。
割込みがなければ２０μｓで実行されていたものが、割込みが入ると２３．６μｓかかってしまいます。
１８％余計に時間がかかることになります。
そこで６５．５×１．１８＝７７．２９と計算しました（ここが考え違いでした）。
うーん、少しだけどなんだか短いような？
８０秒のはずなのに、２．７秒短い？
なぜなのか？
どこがおかしいのか？
全く謎でありました。
たかが２．７秒なのですけれど、とにかくアセンブラ（マシン語）は１クロックまで正確に計算できてしまうだけに、気になってしまいます。
どんなに雑に計算したってそんなに狂ってしまうことはちょっと考えられません。
さては８０秒というのがいい加減なのか？
で、それもストップウォッチで計ってみたのですが、ほとんど８０秒ジャストという値に間違いありませんでした。
ひょっとすると割り込みが無い場合の６５．５秒というのが間違っていて、７セグメント表示ルーチンなどで時間が余計にかかっているのかもしれないとも考えました（そんなにかかるはずはないのですけれどねえ）。
ただ、この時点ではまだ１１７の時報を利用した測定を継続中でしたので、割込みを停止させるわけにはいきませんでした。
したがってここから先に進むこともできず、何回もプログラムリストを見直してクロック数を計算してみては、ため息をつくばかりという非常に精神衛生上よろしくない時間を過ごすことになりました。
このままではどうにも落ち着きませんので、こればっかりの目的でもなかったのですけれど、我慢できずに［第４２回］に書きましたように、ＶＭ３９Ｓ５Ｇをもう１個購入してしまいました。
現在測定に使用中の周波数カウンタのほかにも試作用の周波数カウンタがありますので、それと新しく購入したＶＭ３９Ｓ５Ｇを使って、６５．５秒ＶＳ８０秒問題について解明を試みようとした、ちょうどそのとき。
［第４２回］に書きましたように、なんと、原因不明なのですが突然カウントデータが狂ってしまい、測定を打ち切らざるを得なくなってしまいました。
こんなくらいなら、ＶＭ３９Ｓ５Ｇを追加購入するのをもう少し待っていればよかったのです。
９日間もの間なにごともなく連続でカウントを続けておりましたのに、よりによってこのタイミングですものねえ。
まるで漫画です。
ええ、ええ。
わかっておりますよ。
毎度のことなのですから、魔物か妖怪のしわざなのですよ。
ま、今更文句を言ったってはじまりませんから、あきらめて割り込みが無いときには本当に６５．５秒なのかどうかを計ってみることにしました。
しかし割込みが無いときは表示が変わりませんから６５．５秒を計ることはできません。
そこで６５．５秒のもととなる２ｍｓを計ってみることにしました。
具体的には７セグメントＬＥＤのダイナミックドライブのために２ｍｓごとに出力される表示桁指定信号の周波数を測って、そこから実行時間を逆算してみることにしました。
ダイナミックドライブのための信号はＰＩＣ１６Ｆ８８３のＲＡ０〜ＲＡ２から出力されて７４ＬＳ１４５のｐｉｎ１５〜ｐｉｎ１３に入力されます。
そのｐｉｎ１５を測定しました。
こちらは割込み無しの場合の周波数です。
２４８Ｈｚです。
こちらは１２．８ＭＨｚ測定中（割込み有り）の周波数です。
２０３Ｈｚです。
ＰＩＣ１６Ｆ８８３のＲＡ０出力はＨが２ｍｓでＬが２ｍｓのパルス出力ですから、上記の測定周波数は倍の周期４ｍｓのパルスを測定したことになります。
割込み無しの場合は１０００／２４８／２＝２．０１６ｍｓです。
２．０１６×８×４０９６＝６６０６０ｍｓ
計算した値にほぼ一致しますから、ここは問題はないようです。
さて、割込み有りの場合は１０００／２０３／２＝２．４６３ｍｓです。
２．４６３×８×４０９６＝８０７０７ｍｓ
うーん。
やっぱり８０秒ですねえ。
すると、上で求めた６５．５×１．１８＝７７．２９という計算が間違っているのかも。
あ。
６６×１．１８＝７７．８８かも。
それでもちょっと違っているようですねえ。
どうにも納得がいかなかったのでありますが。
一晩寝て翌朝になりましたら、突然ひらめいてしまいました。
ああ、そういうことだったか。
やっぱり計算が違っておりました。
おばかでありました。
時間がなくなってしまいました。
次回に続きます。
［２０１５．１１．６追記］
割込みサブルーチンのクロックの計算にミスがありました。
正しい値に直したため関係する部分も書き改めました。
詳細については次回［第４６回］をご参照ください。
周波数カウンタ組立キット［第４５回］
２０１５．１１．５ｕｐｌｏａｄ
２０１５．１１．６追記
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