【PICマイコン入門10】フルカラーLED制御プログラム

この記事でわかること
フルカラーLED回路
PICマイコンの初期設定
1. コンフィグレーション設定
2. AD変換機能の設定
イルミネーション点灯プログラム
乱数生成プログラム
LEDキャンドルライトプログラム
フルカラーLEDの動作波形
1. イルミネーション動作
2. キャンドルライト動作

この記事でわかること

・乱数プログラムの作り方
・フルカラーLEDを用いたイルミネーション
・1/fゆらぎによるLEDキャンドル

PICマイコンによるフルカラーLEDを使用した
イルミネーションやキャンドル点灯を行うプログラムを紹介します。
また、様々な色や輝度に変化させるため、乱数を作る方法についても解説します。

本記事で使用する新居浜高専PICマイコン学習キットについては下記記事で解説しています。

キットの回路図やプログラムはキットを販売している秋月電子のHPからダウンロードできます。
秋月電子　新居浜高専PICマイコン学習キットVer.3 ACアダプタ付

また、参考書も販売されています。

リンク

※本記事はPICマイコン学習方法の一例を紹介するものであり、
　ここで紹介するキットやソフトの動作を保証するものではありません。
　キット等の購入については自己責任でお願いします。
　（不明点等の質問にはお答えできません）

＜本ソフトの利用環境と設定について＞
本記事におけるMPLABの開発環境は以下の通りです。
・MPLAB X IDE v.15
・XC8 v2.46
・Device Family Pack PIC16F1xxxx_DFP(1.24.387)

※ダウンロードしたプロジェクトファイル（NNCTkit_v3.X）は、
　そのままビルドするとエラーになるため、以下の変更を実施しました。

・helpstr.h　9行目
　変更前：const __section(“title”) unsigned char title[224]={
　変更後：const __section(“help_title“) unsigned char help_title[224]={

セクション名がtitleだとエラーになるので、別の名前にします。
ここではhelp_titleにしましたが、何でも良いです。

この時、配列名はtitleのままでも問題ありませんが、
他のデータ同様、配列名をセクション名と同じにする場合は、
この配列を使用しているソースファイルの方も直します。

・monitor.c　2093行目
　変更前：TX1REG = title[i];
　変更後：TX1REG = help_title[i];

MPLABの使い方については下記で解説しています。

フルカラーLED回路

学習キットには、7セグLED等の各種LEDが搭載されており、
フルカラーLED(D18)を点灯させる際は、PNPトランジスタ(TR11)をONすることで、
LEDに電源供給されることで行われます。
（ここではフルカラーLED以外の回路を省略）

フルカラーLED(D18)を点灯させる際は、出力(RA3,RA4,RA5)＝(1,0,1)にして、
デコーダ(IC2)の出力Y5をLにすることで、TR11をONさせます。

フルカラーLEDは、赤(R)、緑(G)、青(B)のLEDチップが内蔵されており、
各色の点灯時間の比率を変えることで、様々な色を表現できます。

※キット搭載のLED (OSTA71A1D-A)は生産終了品となっており、後継品(OSTBMAZ2C1D)があります。

角型フルカラーLED　アノードコモンタイプ
　順電圧(typ)　：赤2.1V、緑3.1V、青3.1V
　順電流(max)　：赤50mA、緑30mA、青30mA

RA1はアナログ入力(ANA1)として使用し、光導電セル(CdS)(※1)の電圧を入力しています。
これはAD変換機能を用いて、入力電圧をAD変換した値を基に乱数を生成する際に使用します。

※1：光を当てると抵抗が小さくなる素子
　　キットの回路ではプルアップされているので、明るさに比例して入力電圧が低下する。

ベース抵抗などの回路定数の設定については下記記事で解説しています。

PICマイコンの初期設定

プログラムでは、PICマイコンの初期設定として、
コンフィグレーション設定(※2)によるクロックの動作モード設定を行い、
初期設定関数SetConfigでAD変換機能の設定を行います。
　※2：クロックなどの動作環境設定

プログラムコードの詳細は、ソースファイル（nnct_kit_v3.c）を参照下さい。

コンフィグレーション設定

#pragma config FEXTOSC = HS
　外部発振器モード選択：HS（水晶振動子 4MHz以上）

#pragma config RSTOSC = EXT4X
　発振器の動作モード：PLL(※3)の4逓倍回路を使用
　※3：Phase Locked Loop（位相同期ループ）：クロック周波数を増加させる回路

PIC16F18857ではPLLにより、外部からのクロック信号の周波数を4倍に増やすことができ、
本キットでは、8MHzの水晶振動子から32MHzのシステムクロック周波数F_oscを生成してます。

コンフィグレーション設定については、下記記事で解説しています。

AD変換機能の設定

初期設定関数SetConfigで、以下のレジスタの設定を行います。

ANSELA（ポートAアナログ選択）レジスタ
　ポートA（RA0～RA7）をアナログ入力にするか指定します。
　レジスタ値0x03(0000 0011)により、RA0,RA1をアナログ入力に設定します。
　（但し、本プログラムではRA0は未使用）

ADCON0（ADC制御0）レジスタ
　このレジスタの各ビットには、
　AD変換の各種設定が割付けられています。　

　　ADON（ADC有効化）ビット＝1（ADC有効）
　　ADCS（ADCクロック選択）ビット＝0（ADCLKを使用）
　　ADFRM0（ADC結果形式）ビット＝1（右寄せモード※3）

※：AD変換値は10bitデータ（0～1023）ですが、
　　これを上下各8bitのAD変換結果レジスタ（ADRESH、ADRESL）にセットするときのモードを指定します。

　　ADFRM0 = 1の場合、右寄せモードとなり、
　　ADRESHは、10bit変換結果の上位2bit、ADRESLは下位8ビットを格納します。

ADCLK（ADCクロック選択）レジスタ
　　AD変換を行うクロックの設定を行います。

　　本プログラムでは最も低速となるシステム周波数F_oscの1／128にしています。
　　　0x3F(63)＝F_osc／128＝32MHz／128 ＝250kHz
　　
　　この設定だと、AD変換1 ビットあたりの処理時間T_ADは、
　　　T_AD＝1／250kHz＝4us
　　　10bitデータの変換に要する時間はデータシートより11.5×T_ADとあるので、
　　　4us×11.5＝46usとなります。

ADREF（ADCリファレンス選択）レジスタ
　このレジスタの各ビット（ADPREF、ADNREF）で、
　AD変換の基準電圧を入力するピンを指定します。