3 実験方法

3.1 準備

3.1.1 機材

ここでの実験は，班で行うのではなく，ひとりひとりが個別にH8の動作を調べる．表 1に，ひとり当たり必要な実験器材を示す．表を見て分かるとおり，パソコン(PC)を使うため，電気棟3FのPCルームで実験を行う．

**表 1:** 実験器材
装置	メーカー	型番/仕様	数量
パソコン			1
H8マイコンボード	秋月電子通商	AKI-H8/3664N	1
ブレッドボード			1
直流電源		3Vと5V出力が可能なもの	1
電池		9V(角形 066P)	1
赤色LED			6
トランジスター	東芝	2SC1815	2
抵抗		10 [k $\Omega$ ]	8
セラミックコンデンサー		0.1 [ $\mu$ F]	2
スピーカー			1
モーター			1
タクトスイッチ			2
ジャンパーピン			2
D-SUBコネクター			1
ブレッドボード配線材

3.1.2 注意

実験をはじめる前に以下の注意を読み，正しく機器を使うこと．

指定以上の電圧を加えないこと．高い電圧を加えると，半導体は簡単に壊れる．
LEDやトランジスター，H8マイコンの出力端子には電流制限抵抗を付けて，グランドと接続している．直接電圧を印加すると最大定格以上の電流がながれ，半導体が破壊される．回路図のとおり，抵抗を接続すること．
LEDやトランジスターには極性があり，正しく接続する必要がある．図 2や図3に，それぞれの極性を表す．
H8マイコンへのプログラム転送の手順を間違えないこと．
プログラムが暴走したら，[Ctrl]に続けて[c]を押すことにより，強制終了させる．
ここでの実験は，順を追って回路を組み上げる．回路のレイアウトをきちんとしないと，最後の方で配線が大変になる．図4で示すようにブレッドボードに回路を配置すれば，きれいに仕上る．

**図 2:** LED外観と記号
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=0.7]{figure/H8/LED.eps}$

**図 3:** トランジスターの外観と記号
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=0.7]{figure/H8/transistor.eps}$

**図 4:** ブレッドボード上の配置

3.1.3 ブレッドボードについて

ここでは，回路をブレッドボード(bread bord)¹上に作成する (図4)．通常，回路の作成にはハンダ付の作業が伴う．しかし，ブレッドボードを使うとその作業が不要となり，回路の変更が容易である．学生実験や回路のテストを行う場合，とても都合が良い．

ブレッドボードを見て分かるように，たくさんの小さな穴が開いている．穴の間隔は1/10 インチとなっており，それはIC(Integrated Circuit)の足の間隔に等しい．この穴にICを差し込んで，回路を作成する．ICに限らず，抵抗やスイッチ，トランジスター等の半導体部品も差し込むことができる．差し込んだ部品は配線材により接続して，回路とする．

ブレッドボードを使うためには，内部の配線を理解しなくてはならない．ここで使うブレッドボードは，主に4つのブロックからできあがっている．そのひとつの内部配線を図 5 にしめす．数個の穴が内部で，電気的に接続されている．この接続を理解して，ブレッドボードを上手に使おう．

**図 5:** ブレッドボードの内部配線
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/H8/bread_bord_block.eps}$

3.2 ポート出力実験

3.2.1 実験内容

H8のI/Oポートの一つであるPort5を使って，LEDの点灯実験を行う．プログラムにより， Port5の電圧をH(5V)とL(0V)と変えて，その様子を調べる．Port5の電圧は，レジスターPDR5に設定する．PDR5とPort5の電圧の関係を図 6にしめす．

**図 6:** `PDR5`とPort5の電圧の関係
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/H8/port5.eps}$

3.2.2 プログラムの内容

図8の回路を見て分かるように，LEDはCN1の14番ピンに接続されている．14番ピンが5VだとLEDが点灯し，0Vだと消灯する．このピンの状態はレジスターPDR5 の第0ビットにより決まる(図6)．すなわち，8ビットのレジスターであるPDR5の第0ビットが1になるとLEDは点滅し，0になると消灯する．H8マイコンのPDR5レジスターにより，LEDを点灯/消灯できる．

リスト1のプログラムの8行目の

　

	PDR5 = (0x01 & 0x3f) | (PDR5 & 0xc0);

で，LEDを点灯させている．右辺の0x01により，PDR5レジスターの第0ビットに1を設定している．もし，ここを0x00とすると，LEDは消灯する．右辺のそのほかの部分は，

0x3fは，下位6ビットのみ変更可能としている．0x3fはマスクと呼ばれるもので，そのビットパターンは00111111となる．&は論理積(AND)である．0x01 & 0x3fは，下位6ビットを設定しているのである．
PDR5 & 0xc0で，上位2ビットのビットパターンはそのままで，下位6ビットをゼロにしている．PDR5 & 0xc0は，上位2ビットを設定しているのである．
最終的に，これらのビットの論理和(OR)をとることにより，8ビットの設定ができる．|が論理和の演算である．

の役割がある．

3.2.3 1つのLED点灯実験の順序

はじめに，ひとつのLEDの点灯と消灯の実験を行う．プログラムを変えることにより，LED の制御を行う．

図8のような回路をブレッドボード上に作成する．ただし，電源は，接続しない．図4の配置に従い，H8マイコンやLED，スイッチ類を配線すること．
1. ブレッドボード上に電源ラインを作成する．H8を駆動させるための9Vのラインと，スピーカーやモーターを駆動させるラインがある．両方のラインのグランドは同一とする．
2. ブレッドボード上にH8を取り付ける．ブレッドボードに取り付けた場合のH8のピン番号は，図7のとおりである．
3. 残りの配線を行う．LEDには正負があるので間違えないこと．
配線に間違いの無いことをチェックする．
プログラムに必要なファイルをダウンロードする．
リスト1のとおりH8マイコンのプログラムを作成する．
- ファイル名は，「experiment.c」とする．
- コメント文は，記述しなくてもよい．
- ダウンロードしたファイルは，変更してはならない．
コンパイルする．コマンドは，「make」である．
makeの結果，できあがったプログラムをH8マイコンへ転送する．
1. H8マイコン基板のJP2とJP3をジャンパーピンでショートする．
2. 回路に9Vを供給する．
3. コマンド「make write」をタイプし，プログラムを転送する．転送がはじまると，「H8/3664F is ready! 2001/2/1 Yukio Mituiwa.」と表示される．もし失敗したならば，[Ctrl]と[c]を押して，プログラムを止める．
4. 転送には，20秒くらい必要である．「EEPROM Writing is successed.」と表示されるまで待つ．
H8マイコンを実行させる．
- ブレッドボードから，9[V]の電池を取り外す．
- H8マイコン基板のJP2とJP3のジャンパーピンを取り外し，オープンにする．
- ブレッドボードに，9[V]の電池を取り付ける．
- プログラムを最初から実行させたければ，RESスイッチを押す．このプログラムでは状態の変化は分からない．

   1 #include "3664.h"
   2 
   3 int main()
   4 {
   5 
   6   init_led();
   7 
   8   PDR5 = (0x01 & 0x3f) | (PDR5 & 0xc0);      /* PDR5は，port5のデータレジスタ */
   9   
  10   while(1){
  11     SLEEP();
  12   }
  13 }
  14

**図 7:** ブレッドボード上でのH8のピン番号
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=0.78]{figure/H8/H8_on_bread_bord.eps}$

**図 8:** LED点灯実験回路
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/H8/LED_1.eps}$

3.2.4 複数のLED点灯実験の順序

次に，複数のLEDの点灯と消灯の実験を行う．先の実験で使ったプログラムを改良して，複数のLEDの制御を行う．

リスト2のプログラムでは，レジスターPDR5の下位6ビットの値は，0x2aから101010となる．このレジスターの値がCN1の14～19番ピン-- P50-P55--の出力を決めている．したがって，この回路を動作させると，LED が交互に点灯する．レジスターPDR5とポートの出力の関係は図6を見よ．

図9のような回路をブレッドボード上に作成する．ただし，電源は，まだ接続しない．
配線に間違いの無いことをチェックする．
先のプログラムを書き直して，リスト2のとおりH8マイコンのプログラムを作成する．
- ファイル名は，「experiment.c」とする．
- コメント文は，記述しなくてもよい．
- 他のファイルは，変更してはならない．
コンパイルする．コマンドは，「make」である．
makeの結果，できあがったプログラムをH8マイコンへ転送する．
1. H8マイコン基板のJP2とJP3をジャンパーピンでショートする．
2. 回路に9Vを供給する．
3. コマンド「make write」をタイプし，プログラムを転送する．転送がはじまると，「H8/3664F is ready! 2001/2/1 Yukio Mituiwa.」と表示される．もし失敗したならば，[Ctrl]と[c]を押して，プログラムを止める．
4. 転送には，20秒くらい必要である．「EEPROM Writing is successed.」 と表示されるまで待つ．
H8マイコンを実行させる．
- ブレッドボードから，9[V]の電池を取り外す．
- H8マイコン基板のJP2とJP3のジャンパーピンを取り外し，オープンにする．
- ブレッドボードに，9[V]の電池を取り付ける．
- プログラムを最初から実行させたければ，RESスイッチを押す．このプログラムでは状態の変化は分からない．

   1 #include "3664.h"
   2 
   3 int main()
   4 {
   5 
   6   init_led();
   7 
   8   PDR5 = (0x2a & 0x3f) | (PDR5 & 0xc0);      /* PDR5は，port5のデータレジスタ */
   9   
  10   while(1){
  11     SLEEP();
  12   }
  13 }
  14

**図 9:** 複数LED点滅実験回路
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/H8/LED_6.eps}$

3.3 割り込み制御実験

3.3.1 実験内容

外部の信号により動作中のプログラムを止めて，他のプログラムを実行させることを割り込み処理という．割り込み処理の実験を行う．

タイマー割り込みを使って，複数のLEDの制御を行う．リスト3のプログラムでは，0.5秒毎に割り込みがかかり，int_timera()関数が実行される．するとPDR5の値がひとつずつ増加するので，LEDの点灯状況が変わる．0.5秒毎に2進数のを表すLEDのパターンがひとつずつ増える．もし，TMAレジスターを0x99から 0x98にすると1秒毎になる．0x9aにすると0.25秒毎，0x9bにすると 0.03125秒毎になる．

実験に使う回路は，先の「複数のLEDの点灯実験」と同一(図 9)なので，変更の必要はない．
先のプログラムを書き直して，H8マイコンのプログラムを作成する．
- 書き直すファイルは「experiment.c」のみである．これをリスト 3のとおりにする．
- コメント文は，記述しなくてもよい．
- 他のファイルは，変更してはならない．
コンパイルする．コマンドは，「make」である．
makeの結果，できあがったプログラムをH8マイコンへ転送する．
1. H8マイコン基板のJP2とJP3をジャンパーピンでショートする．
2. 回路に9Vを供給する．
3. コマンド「make write」をタイプし，プログラムを転送する．転送がはじまると，「H8/3664F is ready! 2001/2/1 Yukio Mituiwa.」と表示される．もし失敗したならば，[Ctrl]と[c]を押して，プログラムを止める．
4. 転送には，20秒くらい必要である．「EEPROM Writing is successed.」 と表示されるまで待つ．
H8マイコンを実行させる．
- ブレッドボードから，9[V]の電池を取り外す．
- H8マイコン基板のJP2とJP3のジャンパーピンを取り外し，オープンにする．
- ブレッドボードに，9[V]の電池を取り付ける．
- プログラムを最初から実行させたければ，RESスイッチを押す．

   1 #include "3664.h"
   2 
   3 #pragma interrupt
   4 void int_timera(void)
   5 {
   6   CLI();
   7   IRR1 &= 0xbf;
   8   PDR5 = (PDR5++)&0x3f | (PDR5 & 0xc0);		/* カウントアップ */
   9   STI();
  10 }
  11 
  12 int main()
  13 {
  14 
  15   init_led();                                /* port5を使うときの初期化 */
  16   init_timer();                              /* timer割り込みを使うときの初期化 */
  17 
  18   PDR5 = (0x00 & 0x3f) | (PDR5 & 0xc0);      /* PDR5は，port5のデータレジスタ */
  19 
  20   TMA = 0x99;
  21   
  22   while(1){
  23     SLEEP();
  24   }
  25 }
  26

3.3.3 IRQ割り込み実験

IRQ割り込みを使って，複数のLEDの制御を行う．リスト4のプログラムでは，CN2の20番ピン(IRQ0)に接続したタクトスイッチを押すごとに， int_irq0()関数が実行される．するとPDR5の値がひとつずつ増加するので， LEDの点灯状況が変わる．スイッチを押すごとに2進数のを表すLEDのパターンがひとつずつ増える．

図10のような回路をブレッドボード上に作成する．ただし，電源は，接続しない．
先のプログラムを書き直して，H8マイコンのプログラムを作成する．
- 書き直すファイルは「experiment.c」のみである．これをリスト 4のとおりにする．
- コメント文は，記述しなくてもよい．
- 他のファイルは，変更してはならない．
コンパイルする．コマンドは，「make」である．
makeの結果，できあがったプログラムをH8マイコンへ転送する．
1. H8マイコン基板のJP2とJP3をジャンパーピンでショートする．
2. 回路に9Vを供給する．
3. コマンド「make write」をタイプし，プログラムを転送する．転送がはじまると，「H8/3664F is ready! 2001/2/1 Yukio Mituiwa.」と表示される．もし失敗したならば，[Ctrl]と[c]を押して，プログラムを止める．
4. 転送には，20秒くらい必要である．「EEPROM Writing is successed.」 と表示されるまで待つ．
H8マイコンを実行させる．
- ブレッドボードから，9[V]の電池を取り外す．
- H8マイコン基板のJP2とJP3のジャンパーピンを取り外し，オープンにする．
- ブレッドボードに，9[V]の電池を取り付ける．
- H8が動作をはじめる．IRQ0に接続したスイッチを押すとLEDの状態が変化する．
- プログラムを最初から実行させたければ，RESスイッチを押す．

   1 #include "3664.h"
   2 
   3 #pragma interrupt
   4 void int_irq0(void){
   5   CLI();
   6   IRR1 &= 0xfe;
   7   PDR5 = (PDR5++)&0x3f | (PDR5 & 0xc0);		/* カウントアップ */
   8   STI();
   9 }
  10 
  11 
  12 int main()
  13 {
  14 
  15   init_led();                                /* port5を使うときの初期化 */
  16   init_irq0();                               /* irq0割り込みを使うときの初期化 */
  17 
  18   PDR5 = (0x00 & 0x3f) | (PDR5 & 0xc0);      /* PDR5は，port5のデータレジスタ */
  19 
  20   while(1){
  21     SLEEP();
  22   }
  23 }
  24

**図 10:** スイッチによる割り込み(IRQ0)実験回路
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/H8/interrupt.eps}$

3.4 PWM実験

パルスの繰り返しやデューティ比--図11Hの時間の割合--を変化させることにより，機器を制御することができる．パルスを変化させて制御することを，PWM制御(Pulse Width Modulation)と言う．ここでは，H8マイコンのレジスターGRAと GRDを変えることにより，PWM制御の実験を行う．

**図 11:** PWMのパルス幅
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/H8/PWM.eps}$

3.4.1 音を鳴らす

PWMの波形を使って，音を鳴らす．リスト5のプログラムでは， IRQ0に接続されたスイッチを押すごとに，PDR5の値が増加して，LEDのビットがひとつずつ変化--2進数のビットパターンで+1増加--する．それとともに，GRA の周期が $ 3/4$

ずつ短くなる．ただし，デューティ比はいつも50%である．そのため，音の周波数が，スイッチを押すごとに

倍と高くなる．

H8マイコンで作られたPWM波形は，CN2の13番ピン(FTIOD)から出力される．その出力をトランジスターで増幅し，スピーカーをならしている．

図12のような回路をブレッドボード上に作成する．ただし，電源は，接続しない．トランジスターの極性を間違えないこと．
先のプログラムを書き直して，H8マイコンのプログラムを作成する．
- 書き直すファイルは「experiment.c」のみである．これをリスト 5のとおりにする．
- コメント文は，記述しなくてもよい．
- 他のファイルは，変更してはならない．
コンパイルする．コマンドは，「make」である．
makeの結果，できあがったプログラムをH8マイコンへ転送する．
1. H8マイコン基板のJP2とJP3をジャンパーピンでショートする．
2. 回路に9Vを供給する．
3. コマンド「make write」をタイプし，プログラムを転送する．転送がはじまると，「H8/3664F is ready! 2001/2/1 Yukio Mituiwa.」と表示される．もし失敗したならば，[Ctrl]と[c]を押して，プログラムを止める．
4. 転送には，20秒くらい必要である．「EEPROM Writing is successed.」 と表示されるまで待つ．
H8マイコンを実行させる．
- ブレッドボードから，9[V]の電池を取り外す．
- H8マイコン基板のJP2とJP3のジャンパーピンを取り外し，オープンにする．
- ブレッドボードに，9[V]の電池を取り付ける．
- スピーカーの回路の電源をONにする．
- プログラムを最初から実行させたければ，RESスイッチを押す．

   1 #include "3664.h"
   2 
   3 #pragma interrupt
   4 void int_irq0(void){
   5   CLI();
   6   IRR1 &= 0xfe;
   7 
   8   PDR5 = (PDR5++)&0x3f | (PDR5 & 0xc0);		/* カウントアップ */
   9   
  10   GRA=GRA/4*3;                                  /* 音の周期を3/4に */
  11   GRD=GRA/2;
  12 
  13   STI();
  14 }
  15 
  16 
  17 int main()
  18 {
  19 
  20   init_led();                                /* port5を使うときの初期化 */
  21   init_irq0();                               /* irq0割り込みを使うときの初期化 */
  22   init_pwm();
  23 
  24   PDR5 = (0x00 & 0x3f) | (PDR5 & 0xc0);      /* PDR5は，port5のデータレジスタ */
  25 
  26   GRA=0xffff;                                /* 音の初期値 */
  27   GRD=GRA/2;
  28 
  29   start_pwm();                               /* pwm 信号スタート */
  30 
  31   while(1){
  32     SLEEP();
  33   }
  34 }
  35

**図 12:** PWMを使ったスピーカーを鳴らす実験回路
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/H8/speaker.eps}$

3.4.2 DCモーターの速度制御

PWMを使って，DCモーターの速度制御を行う．DCモーターの回転数は平均電流に，大体，比例する．PWMのデューティ比は，平均電流に比例する．そのため，デューティ比を変化させることによりDCモーターの速度を制御することが可能となる．リスト 6のプログラムでは，GRDレジスターの値を $ 1/16$

ずつ増加させている．16回ボタンを押すとデューティ比が100%となる．

H8マイコンで作られたPWM波形は，CN2の13番ピン(FTIOD)から出力される．その出力をダーリントン接続したトランジスターで増幅し，モーターを回している．

図13のような回路をブレッドボード上に作成する．ただし，電源は，接続しない．トランジスターの極性を間違えないこと．
先のプログラムを書き直して，H8マイコンのプログラムを作成する．
- 書き直すファイルは「experiment.c」のみである．これをリスト 6のとおりにする．
- コメント文は，記述しなくてもよい．
- 他のファイルは，変更してはならない．
コンパイルする．コマンドは，「make」である．
makeの結果，できあがったプログラムをH8マイコンへ転送する．
1. H8マイコン基板のJP2とJP3をジャンパーピンでショートする．
2. 回路に9Vを供給する．
3. コマンド「make write」をタイプし，プログラムを転送する．転送がはじまると，「H8/3664F is ready! 2001/2/1 Yukio Mituiwa.」と表示される．もし失敗したならば，[Ctrl]と[c]を押して，プログラムを止める．
4. 転送には，20秒くらい必要である．「EEPROM Writing is successed.」 と表示されるまで待つ．
H8マイコンを実行させる．
- ブレッドボードから，9[V]の電池を取り外す．
- H8マイコン基板のJP2とJP3のジャンパーピンを取り外し，オープンにする．
- ブレッドボードに，9[V]の電池を取り付ける．
- モーター回路の電源をON(5V)にする．
- プログラムを最初から実行させたければ，RESスイッチを押す．

   1 #include "3664.h"
   2 
   3 #pragma interrupt
   4 void int_irq0(void){
   5   CLI();
   6   IRR1 &= 0xfe;
   7 
   8   PDR5 = (PDR5++)&0x3f | (PDR5 & 0xc0);		/* カウントアップ */
   9   
  10   GRD+=0x1000;                                  /* PWMのHの幅を1/16ずつひろげる */
  11 
  12   STI();
  13 }
  14 
  15 
  16 int main()
  17 {
  18 
  19   init_led();                                /* port5を使うときの初期化 */
  20   init_irq0();                               /* irq0割り込みを使うときの初期化 */
  21   init_pwm();
  22 
  23   PDR5 = (0x00 & 0x3f) | (PDR5 & 0xc0);      /* PDR5は，port5のデータレジスタ */
  24 
  25   GRA=0xffff;                                /* モーターの初期速度 */
  26   GRD=0x0000;
  27 
  28   start_pwm();                               /* pwm 信号スタート */
  29 
  30   while(1){
  31     SLEEP();
  32   }
  33 }
  34

**図 13:** PWMによるDCモーター動作実験回路
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/H8/motor.eps}$

ホームページ: Yamamoto's laboratory
著者: 山本昌志

Yamamoto Masashi
平成18年7月3日