ＰＩＣ−ＵＳＢＩＯ ｕｓｉｎｇ ＢＡＳＩＣ
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ＵＳＢインターフェースを内蔵したＰＩＣを使ってＷｉｎｄｏｗｓパソコンで外部回路を制御するための各種Ｉ／Ｏ基板の製作記事です。
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［第１６７回］
●ＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３（１１６）ＡＤコンパーター（ＡＤＣ）モジュール
今回からはＡＤコンバータです。
随分長い連載になってしまいました。
当初はここまで長くなってしまうとは予想もしていませんでした。
結局のところほとんどＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０の機能の説明とその動作テストに終始してしまうことになりました。
それもやっと終わりが見えてきました。
もうあと一息です。
今回もいつものようにまずはＤａｔａ Ｓｈｅｅｔの解読から入ることにいたします。
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
●ＡＤコンバーター（ＡＤＣ）
ＡＤコンバーターはアナログ入力を１０ｂｉｔのデジタル値に変換します。
このデバイスモジュールは複数のアナログ入力をマルチプレクス回路を通して単一のサンプルアンドホールド回路につなぎます。
サンプルアンドホールド回路の出力はコンバーターの入力に接続されます。
コンバータは１０ｂｉｔの２進数近似値を生成してそのコンバート値をＡＤＣリザルトレジスタ（ＡＤＲＥＳＬおよびＡＤＲＥＳＨ）に格納します。
ＡＤＣボルテージリファレンス（基準電圧）はソフトウェアでＶＤＤか外部リファレンス端子の入力電圧かを選択できます。
ＡＤＣはコンバートが完了したときに割込みを発生させることができます。
この割込みはデバイスをスリープからウェイクアップさせるのに使うことができます。
Ｆｉｇｕｒｅ１７−１はＡＤＣのブロック図です。
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
●ＡＤＣの設定
ＡＤＣを使うには以下の設定が必要です。
・ポートの設定
・チャネルの選択
・ＡＤＣ基準電圧の選択
・ＡＤＣ変換クロック
・割込み制御（本稿では扱いません）
・変換結果のフォーマット
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
●ポートの設定
ＡＮＳＥＬ、ＡＮＳＥＬＨ、ＴＲＩＳＡ、ＴＲＩＳＢ、ＴＲＩＳＣの各レジスタはＡ／Ｄポート端子の設定をします（原文のＴＲＩＳＥはＴＲＩＳＣの間違いだと思います）。
アナログ入力に使う端子に対応するＡＮＳｘビットは’１’にセットしてデジタル入力を無効にする必要があります。
また対応するＴＲＩＳｘビットを’１’にセットしてデジタル出力ドライバを無効にしなければなりません。
もしもＴＲＩＳｘビットがクリアされていると、デジタル出力レベル（ＶＯＨまたはＶＯＬ）がコンバートされます。
ＡＤコンバータの動作はＡＮＳｘビットおよびＴＲＩＳビットの状態からは独立しています。
Ｎｏｔｅ１：ＡＮＳｘビットがセットされている端子に対応するＰＯＲＴレジスタの値を読むと’０’（Ｌレベル）が読み出されます。
しかしデジタル入力に設定されている（ＡＮＳｘビットがクリアされていてＴＲＩＳｘビットがセットされている）端子入力のＡＤコンバートは正しく行なわれます。
Ｎｏｔｅ２：ＡＮＳｘビットがクリアされている端子にアナログ電圧を入力するとデジタル入力バッファに電流が流れてデバイスの定格を越えてしまう可能性があります。
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
●チャネルの選択
ＡＤＣＯＮ０レジスタのＣＨＳ＜３：０＞ビットによってどのチャネルがサンプルアンドホールド回路に接続されるかを決定します。
チャネルを変えたときはコンバートを開始する前にディレィタイムが必要です。
ＡＤＣＯＮ０レジスタを下に示します。
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
●ＡＤＣ基準電圧
ＡＤＣＯＮ１レジスタのＰＶＣＦＧ（正電圧、ポジティブ設定）とＮＶＣＦＧ（負電圧、ネガティブ設定）ビットは正負基準電圧の制御を独立して行ないます。
ポジティブ電圧はＶＤＤ、ＦＶＲ（内蔵基準電圧＝１．０２４Ｖ）、外部入力電圧のいずれかを選択できます。
ネガティブ電圧はＶＳＳか外部入力電圧のいずれかを選択できます。
ＡＤＣＯＮ１レジスタを下に示します。
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
●アクイジションタイムの選択
ＧＯ／ＤＯＮＥビットをセットするたびに発生するアクイジションタイムはＡＤＣＯＮ２レジスタで選択することができます。
アクイジションタイムはＡＤＣＯＮ２レジスタのＡＣＱＴ＜２：０＞ビットによって設定されます。
アクイジションディレィタイムは２〜２０ＴＡＤの範囲をカバーします。
ＧＯ／ＤＯＮＥビットがセットされるとＡ／Ｄモジュールは選択されたアクイジションタイムの間入力のサンプリングを続けたあと、自動的にコンバートを開始します。
プログラムでアクイジションタイムを決めることでチャネルを選択してからＧＯ／ＤＯＮＥビットをセットする間のアクイジションタイムを待つ必要がなくなります。
アクイジションタイムをマニュアルで決めるときはＡＣＱＴ＜２：０＞＝０００にします。
（その設定のときは）ＧＯ／ＤＯＮＥビットがセットされるとサンプリングがストップしコンバージョンが開始されます。
ユーザーは入力チャネルを選択してからＧＯ／ＤＯＮＥビットをセットするまでの間の必要なアクイジションタイムを自分で決めることができます。
このオプションはリセット時のＡＣＱＴ＜２：０＞のデフォルト値であり、同時にアクイジションタイムがプログラムされていないことを示しています。
いずれの場合においてもコンバートが完了するとＧＯ／ＤＯＮＥビットはクリアされ、ＡＤＩＦフラグがセットされたあと、Ａ／Ｄモジュールはふたたび選択されたチャネルのサンプリングを開始します。
アクイジションタイムがプログラムされている場合、いつアクイジションタイムが終ってコンバートが開始されたのかは示されません。
ＡＤＣＯＮ２レジスタを下に示します。
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
●コンバージョンクロック（ＴＡＤ）
コンバージョンクロックはＡＤＣＯＮ２レジスタのＡＤＣＳビットをソフトウェアで設定することによって選択することができます。
下記の７通りから選びます。
・ＦＯＳＣ／２（ＰＩＣＵＳＢＩＯボードではＦＯＳＣ＝４８ＭＨｚです）
・ＦＯＳＣ／４
・ＦＯＳＣ／８
・ＦＯＳＣ／１６
・ＦＯＳＣ／３２
・ＦＯＳＣ／６４
・ＦＲＣ（ＡＤＣ専用の内蔵オシレータ）
１ビットのコンバート時間はＴＡＤで定義されます。
１０ビットのコンバートにはＦｉｇｕｒｅ１７−３（下図）に示すように１１ＴＡＤ時間が必要です。
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
正確なコンバート結果を得るには適切なＴＡＤを選ぶことが必要です。
Ｔａｂｌｅ１７−１（下表）に選択例を示します。
Ｎｏｔｅ：ＦＲＣを除いてはシステムクロック周波数を変更するとＡＤＣクロックも変わります。
その変更はコンバートの結果に影響する可能性があります。
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
アミがかかった部分は適用範囲外です。
Ｎｏｔｅ１：ＦＲＣクロックの標準的なＴＡＤは１．７μｓです。
Ｎｏｔｅ２：これらの値は必要なＴＡＤ時間に達しません。
Ｎｏｔｅ３：もっと速いコンバージョン時間を選ぶことができます。
Ｎｏｔｅ４：スリープ期間中のコンバートについてのコメントです（本稿ではスリープは扱いません）。
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
●割込み
ＡＤＣモジュールはＡＤコンバートの完了時に割り込みを発生させることができます。
ＡＤＣ割込みフラグはＰＩＲ１レジスタのＡＤＩＦビットです。
ＰＩＥ１レジスタのＡＤＩＥビットによってＡＤＣ割込みが可能になります。
ＡＤＩＦビットはソフトウェアでクリアする必要があります。
Ｎｏｔｅ：ＡＤＩＦビットはＡＤＣ割り込みが可能か否かに関わらずコンバート完了時に毎回セットされます。
（本稿ではＡＤＣ割込みは扱いません）
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ＰＩＣ１８Ｆ１３Ｋ５０／１４Ｋ５０ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
●コンバート結果のフォーマット
コンバート結果のフォーマットは左詰または右詰の２種類が可能です。
ＡＤＣＯＮ２レジスタのＡＤＦＭビットによって出力フォーマットを選択します。
Ｆｉｇｕｒｅ１７−２に両者のフォーマットを示します。
下はＦｉｇｕｒｅ１７−２をレジスタごとに示した図です。
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ１７−４、１７−５は左詰（ＡＤＦＭ＝０）のときのＡＤＲＥＳＨレジスタ、ＡＤＲＥＳＬレジスタです。
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ１７−６、１７−７は右詰（ＡＤＦＭ＝１）のときのＡＤＲＥＳＨレジスタ、ＡＤＲＥＳＬレジスタです。
説明が長くなってしまいましたので今回はここまでにします。
次回に続きます。
ＰＩＣ−ＵＳＢＩＯ ｕｓｉｎｇ ＢＡＳＩＣ［第１６７回］
２０２３．１．２６ｕｐｌｏａｄ
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