AVR試用記-製作メモ

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液晶表示プログラム　060117 文字列定数をSRAMに置かない / 050628　
タクトSWの計数（除チャタリング）　050807
ソフトウエアＰＷＭ　050810
mega48の高速ＰＷＭ　050815 / 050814　
tiny2313の高速ＰＷＭ　050815　 8ビットpwm・４出力
ChaNさんのCOMポートSPI Bridge 　051221 9.216MHz版 / 051211 giveio.sysが要らないライタ
周波数カウンタの比較　KTXO-18S(12.8MHz)　DS3231　DS3234　110911 掲示板から再掲　

液晶表示プログラム
16文字×２行の液晶表示器のプログラムをブラックボックスとして扱いたい、と書いたことがあります。kusunokiさんが書かれたドライバを一部変更して使わせていただいていますが、最新のものをここに置きます。akibowさんからSRAMに置かない文字列を教えていただいたので追加します。
設定上の注意は、
①lcd.h に　データポート名（これは0～3bitを使います）、コントロールポート名（bit番号は自由です）を指定します。
②LCD書き込み確認の読み出しはしていません。ディレイで使用しますからR/W端子はGNDに接続します。コントロールは RS と E の２つです。
③ディレイ(lcd.c)は、原本では4MHzで5000ですが、8MHzで5000でも動きました。4000では無理です。
④データおよびコントロールポートの方向（DDR）は、lcd_init()でデータの4bitsとコントロールの2bitsは出力に設定しますから、メインプログラムではこれらのbitの方向を指定しなくてもかまいません。
⑤lcd.c とlcd.h （ファイル名をlcd.hに変更）をメインプログラムと同じフォルダに置きます。
lcd.cとlcd.hのダウンロード用の圧縮ファイルはここにあります。
⑥makefileの　「SRC = $(TARGET).c 」のところを「SRC = $(TARGET).c lcd.c」と変更します（半角空白が入っています）。
⑦プログラムの中に
　#include <avr/io.h>
　#include <avr/pgmspace.h> // #include "lcd.h" より前に書く
　#include "lcd.h"
を書き加えます。　システムにないインクルードファイルは "" で囲みます。　コンパイラはカレントディレクトリでなく、データディレクトリから検索します。
⑧プログラムの中に　初期設定の関数　lcd_init();　を書きます。

以上の手続きをとっておけば次の関数を使って液晶に自由に表示できます。
　lcd_cls();　表示クリア
　lcd_gotopos(12,1);　カーソル移動。12,1は12カラム2行目を示します。カラムは0から始まります。
　lcd_putch(c);　１文字表示。引数はアスキーコードか文字変数。
　lcd_putstr("LCD test");　文字列の表示。引数は文字列または文字列変数のポインタ。
　　　　　　文字列変数 s[10] にある時は lcd_putstr(s);とかきます。
　lcd_putstrp("Hellow World");　文字列定数の表示。前行ではSRAMにも置かれますが、これはFLASH ROMだけです。
最後の関数はメッセージの表示に便利です。　これでなければ、10文字のメッセージを５つ書けば50バイトのSRAMを消費する事になります。　2313は128バイトしかありませんから後の計算に支障が出ますが、最後の方法を使えば楽勝です（akibowさんに感謝）。

私が使っているコネクタ設定（基板を上から見て）です。コントラスト調整はコネクタの先LCDに付けます。(D0～D3を訂正しました060522)

2 Vcc	4 En	6 D5	8 D7
1 GND	3 RS	5 D4	7 D6

タクトSWの計数（除チャタリング）　　↑
タクトスイッチの押された回数をカウントアップして、カウントに応じた処理をさせるプログラムです。チャタリングを防ぐためにおよそ10ms毎にプルアップされたスイッチの0を読みます。前回の値が0のときは押した状態からまだ離していない（押下継続）としてカウントしません。ここにあるテキストの方が見やすいです。

volatile uint8_t cnt=0,s0=1,s1=1;　//　グローバル変数を指定します。

　/*    タイマー０の割り込みルーチン  */
SIGNAL(SIG_OVERFLOW0) {     /*   SIG_OVERFLOW0はデバイスにより違います。シンボルを探してください。*/
  TCNT0=216;                /* 4MHz/(1024*40) = 100Hzを作ります。タイマーのカウンタセット　TCNT0はデバイスにより違います。　*/
  s0=s1;                    // swを調べる　新データを旧データ変数に入れて
  s1=(PIND & 1);            // 新データを読み込む　bit0にswがあるから off=1 on=0　bit3だったら　PIND & 0b00001000 とする。
  if(s0>s1){                //　旧＝1、新＝0　のとき（押された）
    cnt++;                  //　swのカウンタをインクリメント
    if(cnt==4){cnt=0;}      // 3までにする　変更でそれ以上にもできる
  }
}

/* メインルーチン内の設定 */
  DDRD=0b11111110;          /* PORTD スイッチポートは入力モード */
  PORTD=0b00000001;         /* PORTD　スイッチポートは pull up    */
  TCCR0=5;                  /* タイマ0の分周比＝1/1024    */
  TIMSK=(1<<TOIE0);         /* タイマ0　割り込み許可   */
  TCNT0=216;                /* タイマーのカウンタセット */
  sei();                    /* 割り込み総元許可 */

ソフトウエアＰＷＭ　　↑
多くのLEDをPWM制御することを聞きます。AVRのデバイスには２，３のPWMしかありません。どうするのかなをときどき思っていたところですが、 ４つのLEDを制御する方法を尋ねられて思案していました。（tiny26Lには２つ、tiny2313には４つ、mega48には６つのpwmがあります。）

ふと、４つのポートをプログラムでon,offすればできるのではないかと考えました。50Hz程度でLEDのon,offをすると仮定します。１サイクル20msです。 LEDのデューティを1/100刻みにすると、１回の点滅制御の時間は 20ms*(1/100) で200μsとなります。したがって、200μs毎に割込をかけ、この時間内に点滅処理ができれば制御可能ではないかと考えました。これだけの時間があれば8MHｚクロックで200*8=1600のMCUサイクルとなりますからオーバーヘッドや２ステップ命令があっても、いくつかのポートのon,offが可能だと考えました。
試しに作った８個のLED点滅のプログラムをここに置きます。
一応なめらかに点滅しています。

先人には当たり前かもしれませんが、このようなプログラムにはまだ出会っていなかったのでここに書いてみました。

mega48の高速ＰＷＭ　　↑
変更のためプログラムを差し替えました。
　mega48に限りませんが、高速PWM機能を使うとPWM周波数が高い信号を得られます。8MHzのクロックで1/8分周しても約3.9kHzのPWM信号が使えます。
mega48には8ビットのカウンタが0,2の２種類あります（1は16ビット）。両方を使えば４つの高速PWMを利用できます。データシートを頼りに使い方を調べました。試行錯誤の中、紆余曲折がありましたが、最終的に次のプログラムとなりました。
（４つのLEDを順次点滅（次第に暗く、明るく）するプログラムです。クロックは内蔵RC発振8MHzで、LED４個をPWM出力ポートにソース点灯でつないでいます。）

/**************************************************************************************************************
 pwm4.c  ATmega48 高速PWMの実験  050815 050814  im
 
 ２つの８ビットタイマ/カウンタ0,2を使って高速のPWM信号を４ポート( OC0A,OC0B,OC2A,OC2B )に取り出す。
 
 クロック８MHzで分周比１なら31.25kHzのPWM周波数が得られる。１サイクル約30μsである。 8分周でも、3.9kHzとなる。
 
 この例では、１つのLEDを 暗－明－暗 と等比級数的に変化させ（視覚にあわせるため）、かつ、４つのLEDがずれて点滅
 するように設定してある。
 
 メインルーチンでセンサによるコントロールを行えばバリエーションが可能になる。
 
***************************************************************************************************************/

#include <avr/io.h>

void wait(void){                            /* 変化を遅くするための時間稼ぎ */
  uint16_t j,k;
  for(j=1;j<60000;j++){k=j;}
}

int main (void) {                           /* メインルーチン */
  uint8_t a1,a2,a3,a4;
  uint8_t d[57]={0,1,2,3,3,4,4,5,6,7,9,11,13,15,18,22,27,32,38,46,55,66,
                 79,95,114,137, 164,197,236,197,164,137,114,95,79,
                 66,55,46,38,32,27,22,18,15,13,11,9,7,6,5,4,4,3,3,2,1,0}; /* 明るさ変化のため等比数列 */
  
  DDRB=0xff;                                /* 全ポートを出力としたが、必要なのは PD6,PD5,PB3,PD3 である */
  DDRC=0xff;                                /*                〃                                         */
  DDRD=0xff;                                /*                〃                                         */
  
  TCCR0B=0x01;                              /* 1=分周無し 2=8分周 3=64分周 4=256分周 5=1024分周 */
  TCCR0A=0b10100011;                        /* 1010=ABとも非反転  00=予約  11=高速PWM(TCCR0BのWGM02=0と) */
  TCCR2B=0x01;                              /* 1=分周無し 2=8分周 3=32分周 4=64分周 5=128分周 */
  TCCR2A=0b10100011;
  
  a1=1;                                      /* LEDの点滅をずらすためのオフセット */
  a2=5;
  a3=10;
  a4=15;
  
  for(;;){                                   /* メインの無限ループ PWMに関係なく自由に使える */
    wait();wait();                           /* 時間稼ぎ */
    a1++;if(a1==57){a1=0;}                   /* 明るさ番号をインクリメント */
    a2++;if(a2==57){a2=0;}
    a3++;if(a3==57){a3=0;}
    a4++;if(a4==57){a4=0;}
    
    OCR0A=d[a1];                                /* 明るさ番号に応じたデューティ比較値を設定 */
    OCR0B=d[a2];
    OCR2A=d[a3];
    OCR2B=d[a4];
  }
}
      /* if(PORTD&_BV(4)){PORTD&=~_BV(4);}else{PORTD|=_BV(4);} トグル出力・ポートチェック用 */

要するに、①ポート出力の設定　②TCCRnxの設定　③OCRnx値の設定　の３つでできるようです。あとから考えれば単純ですが、しばらくは泥沼に浸かっていました。
高速のPWM、４出力に成功しました。16ビットカウンタも使えば６出力が可能になります。

tiny2313の高速ＰＷＭ　　↑
変更のためプログラムを差し替えました。 tiny2313の16ビットカウンタを８ビットで使い、４出力の高速PWM制御を考えました。
上と同様に４つのLEDを順次点滅（次第に暗く、明るく）するプログラムです。クロックは内蔵RC発振8MHzで、LED４個をPWM出力ポートにソース点灯でつないでいます。今回は1/8分周にしています。約3.9kHzになります。

/**********************************************************************************
  pwmh1.c     tiny2313  高速PWM   0508015 im

tiny2313の16ビットカウンタを 8ビット高速PWMとして使用する。

クロックは内蔵RC８MHz。PWMクロックは1/8分周。したがってPWM周波数は3.9kHz。

TCCR1A: COM1A1 COM1A0 COM1B1 COM1B0 ------ ------ WGM11 WGM10     1010 00 01     1010=一致でlow(AB)
TCCR1B: ICNC1  ICES1  -----  WGM13  WGM12  CS12   CS11  CS10      000 00 010     010=1/8分周
TCCR1C: FOC1A  FOC1B  -      -      -      -      -     -         0000 0000
 （WGM13  WGM12  WGM11 WGM10 = 0001 ・・8ビットPWM動作）

TCCR0A: COM0A1 COM0A0 COM0B1 COM0B0 -      -      WGM01 WGM00     1010 00 11     1010=一致でlow(AB)
TCCR0B: FOC0A  FOC0B  -      -      WGM02  CS02   CS01  CS00      00 00 0 010    010=1/8分周
  (WGM=011 高速PWM)

*********************************************************************************** */

#include <avr/io.h>

void wait(void){                            /* 変化を遅くするための時間稼ぎ */
  uint16_t j,k;
  for(j=1;j<60000;j++){k=j;}
}

/*   メインルーチン   */
int main (void) {
  uint8_t a1,a2,a3,a4;
  uint8_t d[57]={0,1,2,3,3,4,4,5,6,7,9,11,13,15,18,22,27,32,38,46,55,66,
                 79,95,114,137, 164,197,236,197,164,137,114,95,79,
                 66,55,46,38,32,27,22,18,15,13,11,9,7,6,5,4,4,3,3,2,1,0}; /* 明るさ変化のため等比数列 */
  
  DDRB=0xff;                                 /* 必要なのは PB2 PB3 PB4 */  
  DDRD=0xff;                                 /* 必要なのは PD5 */  

  TCCR1A=0b10100001;
  TCCR1B=0b00000010;
  TCCR1C=0b00000000;
  TCCR0A=0b10100011;
  TCCR0B=0b00000010;
  
  a1=1;                                      /* LEDの点滅をずらすためのオフセット */
  a2=5;
  a3=10;
  a4=15;

  for(;;) {                                  /* 無限ループ  この中でデューティの値k1～k4を自由に決められる */
    wait();wait();                           /* 時間稼ぎ */
    a1++;if(a1==57){a1=0;}                   /* 明るさ番号をインクリメント */
    a2++;if(a2==57){a2=0;}
    a3++;if(a3==57){a3=0;}
    a4++;if(a4==57){a4=0;}
    
    OCR1A=d[a1];                              /* 明るさ番号に応じたデューティ比較値を設定 */
    OCR1B=d[a2];
    OCR0A=d[a3];
    OCR0B=d[a4];
    
  }/* forの終わり */
}
/*   メインルーチン終わり   */

上と同じ内容で芸がないのですが、ＲＧＢ+αのLEDを個別に明るさ調整しながら点灯できます。また、高速スイッチングですから、動体を照明してもちらつきが無いと思います。
プログラムの中でカウンタ１の処理を先に考えましたので、０と１の順序が逆になっています。

ChaNさんのCOMポートSPI Bridge 　　↑
　AVRライタはCOMポート制御ISPアダプタを使ってきましたが、書き込み時にスイッチを入れる（押す）必要があります。その後発表された COMポートから制御するシリアル－SPIブリッジは書き込み信号が自動化されていますのでスイッチを操作する必要がありません。USB-SPIブリッジをテストしたときに快適だったのでシリアル版を作りました。

回路図

RS232-TTLの変換は略式で74HC04インバータを使っています。マイナスの電圧はどうなるのだろうと思いますが、GNDから入力端子へ向かうダイオードと外付け100kΩで処理できているのでしょうか。以前のライタにも付けていたので、PCに接続すると赤いLEDが、またターゲットからVccをもらうと緑のLEDが点灯して接続の確認ができるようにしています。モード切替スイッチは付けていますが、通常の書き込みには必要ありません。うまく働かないので悩みましたが、掲示板でお願いしましたら教えていただけました。 ポートの指定を　-pc1　で無く、-pb1 にする必要があったのです。マニュアルのavrx32.txtに明記されていました。
書き込みソフトはもちろん avrsp.exe です。小さく作りました（基板サイズ32×53）ので、これから常用する予定です。

9.216MHz版－－－動いたことに気をよくして、akibowさんが 9.216MHz のセラミックレゾネータで作って居られたのを思い出しました。これで動くのなら、入手しにくく価格の高い水晶（digi-keyで\79、高くないか　でも運賃が）でなく秋月の9.22MHzセラロック\40が使えます。２つのコンデンサを抱かさなくてもいいのもうれしいことです。上のものとほぼ同じ基板に組み立てました。

回路図は上のものと、水晶をセラロックに代えたこと、モードスイッチを省略したこと、LEDが抵抗付きの赤色に変わったこと以外はすべて同じです。ファームウエアは akibowさんの ser2spi.hex(9.216MHz用) を頂戴いたしました。（感謝）
結果は機嫌良く動いてくれています。
この分ではChaNさんが公開してくれている　4MHz、6MHz、8MHz、10MHz も同様に作動するのではないでしょうか。これでokなら一般的なセラミックレゾネータでライタが作製できることになります。（05.12.21）
（06.01.05追記）4MHzの水晶とセラロック、8MHzのセラロックを実験してみましたが誤差0のボーレイトを選んでも成功しませんでした。（残念）
（06.05.03追記）ChanさんのBBSレポートを思い出して、８MHzと４MHzに再度挑戦してみました。ファームウエア ser2spi.asm のクロックを変えて、ボーレートを８MHzで 38400 にしてみました。このときの誤差は0.2%です。水晶がないのでセラロックで試したところ、デバイス情報の読みとりとプログラムの読み出しはできるようですが書き込みではベリファイエラーになり、残念ながら使えませんでした。セラロックは手持ちの数個を試しましたが結果は同じでした。４MHzのセラロックでは、ボーレート 19200 に設定しましたが、こちらは正常に使えるようです。ただ、115200 に比べると速度が遅くなりますので無理してまで使うことはないと思います。3.6864の水晶や9.22のセラロックが手にはいるまでの間に合わせには使えるようです。
なお、オプション　-pb1:19200　を付けて実行しています。

周波数カウンタの比較　KTXO-18S(12.8MHz)　DS3231　DS3234

　今まで自作の周波数カウンタは基準時間を得るために秋月で扱われていたKTXO-18Sを使ったものでした。これ以外に安価で簡単に入手できる基準はありませんでした。しかし、MAXIMのRTCの精度が良いことを知ってこの１秒出力を基準時間にする周波数カウンタの製作実験をしました。
その結果の概要を掲示板から再掲します。

MAXIM　RTC　DS3234を基準時間とした周波数カウンタのバラックが完成しましたので報告します。

このRTCはDS3231のSPI版で秋月でも取り扱っています。
DS3231とほぼ同じ構成で、１HzをSQW端子から取り出してゲート時間を作りました。

16MHzの水晶発振器の４分周出力を測定したところ、
秋月の12.8MHz基準のカウンタで　3.999954～55Hz
DS3231基準のカウンタで　　　　 3.999942～43Hz
DS3234基準のカウンタで　　　　 3.999945～46Hz
となりました。

秋月12.8MHzを基準にしますと、
DS3231　は　-12Hz　（3ppmクロックが速い）
DS3234　は　- 9Hz　（2ppm強クロックが速い）
となります。

真の値は不明ですが、これらの中間にあるとすれば±2ppm程度の正確さで使えるのではないでしょうか。
素人の基準を持たないケースではこの程度の誤差は問題になることはないようですから、いずれを基準に
しても実用になろうかと思います。
一般の水晶は50ppm程度と聞きますから一桁あまり正確であると言えるでしょうか。

なお、このDS3231は長時間の平均誤差が1.5ppm（クロックが速い）と報告した時計の物とは別の個体です。

DS3231はI2Cバス、DS3234はSPIバスの違いはありますがクロック生成回路は同じだと思います。当然ロットが違うはずですがこの２つの差は実験結果だけで見れば1ppm以下で、かなり正確ではないかと思います。スペックでは0～40℃で±2ppmとなっています。
使用電源電圧は5Vですが、本来は3Vでクロックを調整してあるようで5Vではやや高めのクロックになるようです。別個体のDS3231使用時計は約４ヶ月の平均誤差が1.5ppm（クロックが高速）でしたので同様に考えれば少し補正が必要かもしれません。もし1ppm程度の補正が必要とすればこれらのRTCは素人に取っては極めて精度の高い基準として使えると思います。

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