ＰＩＣ　ＡＶＲ　工作室　ブログ

マイコンで何かやろうと思ったら、やっぱり
どうしても使いたくなるのは正確な時間制御。
timer機能ですね。

MEGA168にはtimerが０〜２の計３つ登載されてます。
０と２が８ビットタイマー。１が１６ビットタイマー。

使い方も機能もそれぞれ大体同じなんですが、
timer1にはキャプチャー機能が、timer2には
外部パルスクロック入力機能があるという違い
はあります。
まぁ、MEGA168ならどのtimerでもノーマルモード、
ＣＴＣモードもあるし、タイマーカウントの結果を
ピン出力するいわゆるPWMも各timerで使用する
ことが出来ます。

とはいえ、arduinoなのでハードウェアの隅から
隅まで使い尽くすということより、簡単な
スケッチで動くということが重要なので、
それらの機能を全部使える必要はないでしょう。

標準の組み込みライブラリにはtimer割り込み関係の
モノはありませんでした。（ＰＷＭだけみたい）

というわけで、まずは先人のスケッチを
探してみます。ありました。↓これ。
http://www.arduino.cc/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1167000525

Ｑ＆Ａの途中のモノのようです。思ったように
動いていないようです。
ソースが古いのかarduinoIDEがバージョンアップ
してしまったのかわかりませんが、コンパイルすると
内部レジスターファイルの名称などが未定義と
出ちゃうので、山根さんの本を参考に動作する
ように修正してみました。
（後日訂正：コンパイルが通らなかったのは、多分
　mega8用のスケッチだからだと思われます）

↓こんな感じです。

#include ＜avr/interrupt.h＞
#include ＜avr/io.h＞

#define INIT_TIMER_COUNT 6
#define RESET_TIMER2 TCNT2 = INIT_TIMER_COUNT

int ledPin = 3; //digital3 (PD3)
int swPin = 9; //digital9 (PB1)
int int_counter = 0;
volatile int second = 0;
int oldSecond = 0;
long starttime = 0;

// Aruino runs at 16 Mhz, so we have 1000 Overflows per second...
// 1/ ((16000000 / 64) / 256) = 1 / 1000
ISR(TIMER2_OVF_vect) {
RESET_TIMER2;
int_counter += 1;
if (int_counter == 1000) {
second+=1;
int_counter = 0;
}
};

void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT); // set the digital pin as output
pinMode(swPin, INPUT); // set the digital pin as input
digitalWrite(swPin, HIGH); //set swPin internal pull-up
Serial.begin(9600);
Serial.println("Initializing timerinterrupt");
//Timer2 Settings: Timer Prescaler /64,
TCCR2B |= (1＜＜CS22); // turn on CS22 bit
TCCR2B &= ~((1＜＜CS21) | (1＜＜CS20)); // turn off CS21 and CS20 bits
// Use normal mode
TCCR2A &= ~((1＜＜WGM21) | (1＜＜WGM20)); // turn off WGM21 and WGM20 bits
// Use internal clock - external clock not used in Arduino
ASSR |= (0＜＜AS2);
TIMSK2 |= (1＜＜TOIE2) | (0＜＜OCIE2A); //Timer2 Overflow Interrupt Enable
RESET_TIMER2;
sei();
starttime = millis();
}

void loop() {
if (oldSecond != second) {
Serial.print(second);
Serial.print(". ->");
Serial.print(millis() - starttime);
Serial.println(".");
digitalWrite(ledPin, LOW);
delay(100);
digitalWrite(ledPin, HIGH);
oldSecond = second;
}

if (digitalRead(swPin) == LOW){
second = 0;
}
}

（後日訂正：#include文やビットシフト演算子の
　不等号記号は本来半角なのですが、半角不等号は
　htmlタグに認識されるのか、削除されてしまう
　ようなので、全角に置き換えてます。半角に
　読み直してください）

１秒ごとにＬＥＤが光って、シリアル経由で
ＰＣに秒数を表示します。

うーん、arduinoっぽく無いなぁ。
殆どｇｃｃのプログラムそのままですわ。
内部レジスタファイルをビット単位で操作
しているので、ｇｃｃのプログラムと
変わりありません…
（それに、元からの間違えが数箇所残ったまま
　です。ゼロと論理和をとっても何も変わらない
　はずだよなぁ…ASSR |= (0＜＜AS2);とか。
　普通なら、AS2のビットを０にするなら
　論理積取らなきゃでしょう。まぁ、ひとまず
　放って置きます）

ちなみに、出力用ＬＥＤはreduino-nano用に
合わせてデジタル３番にしています。適宜
１３番に修正して使ってください。
あと、ｓｗ３（PB1ピン）のボタンを有効に
してあり、押すと秒数が０にクリアされます。
PB1の内部プルアップを有効にしています。
ボタン押下でLOW入力です。
なおreduino-nanoをお使いの方へ。ｓｗ３は
↓この写真でいう緑のボタンです。


（黄色はリセットなので、実験中は押し間違え
　しないように…）


arduinoなのに、こんなにゴチャゴチャした
プログラムってねぇ…スケッチじゃないよ…。

と思っていたら、arduinoのサイトのlibraryの
ページ↓
http://www.arduino.cc/en/Reference/Libraries
に「MsTimer2」というライブラリが公開されて
いました。

このライブラリはOfficial Librariesではなく
Contributed Librariesなんですが、簡単に
使えるので便利、便利。

このライブラリを使ってみた結果と、そもそも
なぜみなさんtimer2を好んで使っているのかに
ついても調べてみました。

調べたら、それなりに理由があってtimer2のようです。
ある程度納得の行く理由が見つかりました。

この辺のことについてはまた後で書きます。

arduino（ほぼ）互換機reduino-nano。ＩＤＥ環境の
簡単さに味をしめてしまったので、さらに実験を。

今度はアナログセンサーＩＣを繋いで見ます。
温度センサーＩＣのS8100Bです。秋月に行けば
１００円でたくさん並んでます。死蔵してたのを
引っ張り出してきました。
（本当は、三軸加速度センサーを繋ごうと思った
　んですが、サーボモーターと一緒にどこかへ
　行ったまま。（ＴへＴ）　）

温度センサーＩＣS8100BにＩＣに与える電源は５Ｖ
だそうなので、例によってreduino-nanoのVccとGNDの
両端子から電源を拝借。
電池もＡＣアダプターも必要ないのがラクチンで
ｇｏｏｄ。

このS8100B。３ピンのＩＣですが、データシートの
PDFファイルを拾ってきても、足の順番がよくわかり
ません。っていうか、普通と反対向きに表裏が定義
されているので、PDFファイルどおりに配置すると
逆差しになっちゃいます。ご注意。
正しくはこれ↓


�@がＶＤＤ、�AがＶＳＳ、�BがＶｏｕｔとなっています。
ＶＤＤを５Ｖに、ＶＳＳをＧＮＤに、ＶｏｕｔをＡＤコン
の入力に繋げば温度センサーとしての機能を始めます。

さて、プログラムはこんな感じ。

int ledPin = 3; // select the pin for the LED
int analogpin0 = 0; // select the pin for analog0 input

double max = 80.0 + (1085.0/8.14); // temperature at ADC=0

int data = 0; // input data from ADC
int summary = 0; // summary of input data
int i;

double t_value; //temperature value


void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT); // declare the ledPin as an OUTPUT
Serial.begin(9600);

Serial.println("start");
Serial.println((int)max);
}


void loop() {

digitalWrite(ledPin, HIGH);
delay(1800);

summary = 0;
for(i=0;i<50;i++){
data = analogRead(analogpin0); //read data from analog0 pin
summary = summary + data;
delay(2);
}

Serial.println(summary/50);
t_value = max - ((double)(summary/50) * 5000.0/1024.0) / 8.14;

Serial.println((int)(t_value+0.5)); //output avarage of temperature value

digitalWrite(ledPin, LOW);

delay(100);
}

（preタグで整形すると、このブログの設定では１行おきに
　なっちゃって見づらいので普通に貼り付けるだけにしました。
　arduinoのＩＤＥ環境で自動整形機能をポチッとしてください）

面倒そうなことを色々やってますが、大したもんでは
ありません。

約２秒に１回、ＡＤコンバータから入力した値と
そこから読み取った温度を９６００ｂｐｓでＰＣに
送信します。

ただし、ＡＤコンバーターは１／５００秒毎に５０回
取り込みした平均値をとって、それを取り込み値と
しています。つまり約１／１０秒間の平均値。

取り込んだ電圧は、変換式を通して摂氏の温度表示
に換えないといけません。その計算式がプログラム中
に組み込んでありますが、簡単に。

このS8100BというＩＣの出力は、温度が高くなれば
なるほど出力電圧Ｖｏｕｔが小さいくなります。
データシートによると、１℃上がるごとに８．１４ｍＶ
ずつ電圧が下がっていきます。
摂氏８０℃の時は１．０８５Ｖなので、そのまま
温度をずーと上げていくとどこかで出力電圧は
０Ｖになるはずです。（実際は、その前にセンサーが
熱で壊れちゃいますが、あくまで理論上の話）

プログラム中のmaxという変数がその０Ｖ出力と
なる時の温度を示しています。電卓では大体摂氏
２１３℃くらいになるようです。

次に、取り込んだＡＤコンバーターの電圧値
が判れば、２１３℃（変数max）からその電圧値
分だけ下落すれば現在の温度になるわけで、
引き算をして求めます。

ＡＤコンの入力は０Ｖで「０」、約５Ｖで「１０２３」
となるので、５Ｖを１０２４で割ると１ビットあたり
の電圧値に変換できます。（あってるかな？）
電圧値が求まれば、上記のとおり８．１４ｍｖ／℃
なので、割り算で温度が求まります。

うーん、やっぱ文章で書くと意味不明に近いな。
後でやっぱりサイトに漫画書いて纏めておきます。

実際にブレッドボードに組んで見ました。


お初のブレッドボードですが、おニューではありません。
買ったは良いけど、ちっと小さすぎて死蔵していた
モノです。reduino-nano専用にしました。

さて、動かしてみると…

それっぽい温度がＰＣ側に転送されるんですが、
温度が激しくバタバタと動きまくってます。
…電源ノイズかな？

というわけで、ノイズ対策に５０回サンプリングした
平均値を取ってみたんですが…それでもバタついちゃい
ます。

そもそも、微細なアナログ電圧を弄るのに、
デジタル用電源とアナログ用電源を共用
しちゃったら電源からノイズ乗り放題だろうな
と思って、ＧＮＤとＶｏｕｔの間（２番ピンと
３番ピンの間）に０．１ｕＦのパスコンを
入れてみました。

写真では一番手前にセンサーＩＣ。その後ろに
黄色いフィルムコンデンサーがあります。
これがその０．１ｕＦのパスコン。

これ入れたら、一応ぴたりと止まりました。

さて、気を取り直して温度はというと…

部屋は２８度なのに表示される温度は２３度。
手でＩＣを触って暖めると、それなりに
じわーっと温度が上がっていくのが判ります。
が、なんで５度も差があるの？？？

昔の秋月の温度計キットの説明書とか読み返して
いたら、どうやら温度センサーって大なり小なり
校正が必要みたいですね。

それにしても５度も狂うの？
何か配線間違っているのかな？
そういえば、redino-nanoの電源ピンから出力されてる
電圧をテスターで測ったら、ＡＣアダプターより少し
低かったなぁ。ＰＣのＵＳＢ端子から供給される
電源電圧がちょっと低かったのかな？
うーん、低かったら逆に温度は高く表示されそうだし、
いや、逆にMEGA168内部のAREF電圧が低くなってて
ＡＤコンの値が大きな数字になっちゃってるのか？？？

と謎は深まるばかり。厳密なアナログにはやっぱり
ちゃんとした電源回路を用意しましょう！

まぁいいや。温度計作るんじゃなく、単なる実験
なので。まぁいつか機会があったらまたやってみます。

本当は、温度センサーＩＣといえばLM35DZの方が
計算簡単なんだよなぁ。（氷点下計れないけど）

メインＰＣの調子が今ひとつです。

電源入れたら、ハイバネから復旧できませんの
メッセージが！リセットしても電源ｏｆｆ−ｏｎ
しても同じ症状。

ＨＤＤは交換してからまだ数ヶ月だし、ハイバネ中
にエラーが出た記憶も無いし…。

それに、ｂｉｏｓ画面がなんだか少し遅い気が…
熱暴走かなぁ？

ちなみに、エアコン入れてから電源入れなおしたら
前回ハイバネにした状態からちゃんと立ち上がった…

うーん。

ちなみに、１ヶ月くらい前も変な動きしたので、
一旦箱を開けてみたんですが、中の電解コンは
全部無事みたいでした。

といっても、もう４年前後使ってるマザボだから
そろそろ寿命なのかな？

だからと言って、速度的にはまだ新しいマシンに
したいという要望は全然ないしなぁ。
それ以上に、ＰＣの再インストールが大嫌い
なんだよなぁ…
ゼロからソフト類をインストールしなおすと、
それだけで丸一日以上は掛かるはず。

そういえば最近ＨＤＤのバックアップとって
なかったなぁ。ちゃんとバックアップとって
置かないと危険だな。

熱暴走といえば、さっき近所を自転車で走って
いたら、ネコがマンホールの真中でゴロンと
寝っ転がってました。道の真中のマンホールで！
…危ないってば！

しかも、暑すぎて判断力もクソもないのか、
近くを通り過ぎても片目を開けてこっち
ちょっとだけ眺めただけ。
野生感ゼロですよー。こっちが気を使ってしまった…

マンホールの上って、涼しいのかなぁ？
金属製じゃなくて、セメント製のマンホール
だったんだけどな。

植え込みの土の上とかのほうが涼しそうな
気がするんだけども…。

もひとつオマケに、アナログ”入力”の実験も
してみました。

アナログ出力はＰＷＭでしたが、アナログ入力は
内蔵ＡＤコンバーターにアサインされてます。

１個ではさみしいし、死蔵してある三軸加速度
センサーモジュールを繋ぎたいので、
アナログ入力の０〜２の３本をそれぞれ可変抵抗
で分圧した電圧を入力することにします。

こんな感じ。

ＵＳＢケーブルや電源ケーブルなど、邪魔に
なるものが全然無いので、ブレッドボードの
真中に「えい、やっ」とぶっ差すことができて
ｇｏｏｄ！　レイアウトが良くできてます。

プログラムはarduinoのサイトを参考にして
こんな感じ↓

int ledPin = 3;   // select the pin for the LED

int analogpin0 = 0;  // select the pin for analog0 input

int analogpin1 = 1;  // select the pin for analog1 input

int analogpin2 = 2;  // select the pin for analog2 input

int data = 0;  // input data from ADC





void setup() {

  pinMode(ledPin, OUTPUT);  // declare the ledPin as an OUTPUT

  Serial.begin(9600);



  Serial.println("start");



}



void loop() {



  data = analogRead(analogpin0);  //read data from analog0 pin

  Serial.print(data);

  Serial.print(",");



  data = analogRead(analogpin1);  //read data from analog1 pin

  Serial.print(data);

  Serial.print(",");



  data = analogRead(analogpin2);  //read data from analog2 pin

  Serial.println(data);



  analogWrite(ledPin, data/4);  //(works on pins 3, 5, 6, 9, 10, and 11)



  delay(100);

}

（さっきと違って、ちゃんと＜ｐｒｅ＞タグを使って
　整形してみました）

ご覧のとおり、アナログ入力０、１、２の３つの
アナログ入力端子を使ってます。入力した３つの値は
シリアルの９６００ｂｐｓで出力してます。

アナログ２から入力した１０ビット値（０〜１０２３）
は、４で割って０〜２５５の閾値に変換後、３番ピン
（ＬＥＤ）にＰＷＭでアナログ出力してます。
可変抵抗をグルグルするとＬＥＤの明るさが変わります。

注意点としては、アナログＡＤの参照電圧は常に５Ｖ
固定ということです。つまり、外部リファレンス電圧などは
使えないようです。
（↑標準機能の場合。もしかしたら内部レジスタを直接
　操作すれば外部リファレンスが使えるかも）
　

それにしても簡単にできますね。ホント。プログラム
じゃなくてまさにスケッチという表現が的確。

大きいものをガチガチに組み上げるにはちょっと…
という感じではありますが、買ってきたばかりの
センサーＩＣ等をチョイチョイっと繋いで試す時には
便利便利。


そういえば、アナログ出力は大体４９０Ｈｚだそうですが、
逆数を取ると約２ｍ秒。
http://www5b.biglobe.ne.jp/~YASUSI/gallery/electronics/050820/050820.htm
一方↑こちらのサイトによると、サーボモーターのＰＷＭ
周期は１６ｍｓ。うーん、一桁違うなぁ。

このままではサーボモーター使うにはちょっと不便か？

なぜこんな周波数で固定されてるんだろう？
ＬＥＤの点滅が人間の目でわからない程度の周波数
にしました、という事なのだろうという気がするけど、
サーボモーターを使うには不便すぎるなぁ。

サーボモーター用には何か別のアナログ出力方法が
あるのかなぁ？

reduino-nanoのテストプログラムです。

せっかくＬＥＤもついてることだし、完全互換品と
違ってＬＥＤが１３番ではなく３番についているので、
ＰＷＭでＬＥＤを光らせることができます。

ということで、ＬＥＤで蛍のようなボワーとした
点滅をさせてみました。簡単です。


int ledPin = 3; // select the pin for the LED
int i;

void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT); // declare the ledPin as an OUTPUT
Serial.begin(9600);
Serial.println("start");
}

void loop() {
for(i=0;i<255;i++){
analogWrite(ledPin, i); //(works on pins 3, 5, 6, 9, 10, and 11)
delay(5);
}

for(i=255;i>0;i--){
analogWrite(ledPin, i); //(works on pins 3, 5, 6, 9, 10, and 11)
delay(5);
}
}

こんな感じ。
（タブがずれちゃうみたいなので、arduino-IDEの
　「tool」の「auto format」で整形してください）

まぁ、こういうフィジカルコンピューティングで
ＰＷＭを使うとしたら、普通はＬＥＤじゃなくて
サーボモーターだよなぁ。

サーボモーター、秋月で買っておいた死蔵品があった
はずなんですが、どこに隠しておいたかな？
（ハムスター並みの記憶力なので、どこにしまったか
忘れちゃう…）

見つけたら繋いで遊んでみよう。