3 実験方法

3.1 日程

この実験は，4回(150分×4)で行い，スケジュールは以下のとおりである．

1日目

ブレッドボードの使い方
ポート出力実験．主に，マイコンを使って，LEDを点灯させる．
割り込み制御実験．

2日目

PWM実験．

3日目

AD/DA変換器の実験
液晶表示装置を使った表示実験

4日目

応用回路実験．自分で回路とプログラムを考えて，動作させる．

**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		5V出力	1
		9V出力	1
赤色LED			6
トランジスター	東芝	2SC1815	2
抵抗		3.3 [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
液晶表示モジュール			1
温度センサー			1
OPアンプ			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

**図 5:** ブレッドボード上の配置
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=0.9]{figure/bread_bord_layout.eps}$

**図 6:** ブレッドボードの内部配線
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/bread_bord_block.eps}$

この実験のプログラムは，gccを使って開発する．gccは統合開発環境ではないため，プログラム開発は原始的な部分³から作成しなくてはならない．原始的な部分からプログラムを開発すると大変ではあるが，コンピューターに関する多くの知識が得られる．この実験では原始的な部分に触れないが，もしこれに興味があれば参考文献 []から読みはじめればよいだろう．また，私のWEBページ「H8プログラム開発(Linux C言語編)」でも記述している．

この実験で必要な原始的な部分のプログラムは全て，ダウンロードして使う．このプログラムの中身を全て理解できれば，一人前である．興味のある者はこれを理解するよう努力せよ．コンピューターの仕組みがよくわかるようになる．

諸君がこの実験で記述するプグラムには原始的な部分はあまり見えないようにしているが，それでもビット操作等が必要になる．その時は，じっくり考えて動作の内容を理解しなくてはならない．

3.3 ポート出力実験

3.3.1 概要

3.3.1.1 ポートとレジスター

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)と変化させて，I/Oポートに接続したLEDの様子を調べる． Port5の電圧は，H8のレジスターPDR5で設定できる．レジスターPDR5とI/OポートのPort5の電圧の関係を図7にしめす．

**図 7:** `PDR5`とPort5の電圧の関係
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/port5.eps}$

3.3.1.2 プログラム

図7から，Port5はCN1の14-19番ピンに割り当てられていることが分かる．ここにLEDを接続すると，それらを点灯/消灯することができる．このピンの出力電圧はレジスターPDR5の下位6ビットにより決まる(図7)．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，14番ピンに5[ $\mathrm{V}$ ]が出力されLEDは点滅する．反対にビットが0になるとLEDは消灯する．プログラムにより，H8 マイコンのPDR5レジスターの設定すると，そこに接続されたLEDを点灯/消灯できるのである．ソフトウェアーでハードウェアーを制御している．

レジスターPDR5の値をC言語で設定するには，次のようにする．

	PDR5 = 0x01;

これで，PDR5の第0ビットを1にして，他の第1-7ビットを0に設定している．この方法だとまずい場合がある．第6ビットと第7ビットは他の用途に使われており，それらのいっしょに変更している．第6ビットと第7ビットを変更しないで，他のビットを変更するには，次のようにする．

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

このようにすると，最初の0x01の部分を変えることで，第0--5ビットを任意に設定できる．ここでは．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0xffとしても，第0--5ビットは1が設定されるが，第6と 7ビットは変化しない．このようなことができる理由を以下に示す．

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．

3.3.1.3 練習問題

プログラムを理解したならば，次の練習問題を実施せよ．

[練習2]: 式を使って，PDR5 = (0x01 & 0x3f) | (PDR5 & 0xc0)とする理由を説明せよ．

3.3.2 1つのLED点灯実験

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．

3.3.2.1 プログラム

リスト1のプログラムの8行目で，レジスターPDR5の第0ビットを1に設定している．そのため，このプログラムを実行するとCN1の14番ピンから 5[ $\mathrm{V}$ ]が出力される．すると，そこに接続されたLEDが点灯する．0x01を0x00にすると，接続したLEDは点灯しない．

3.3.2.2 実験順序

PDR5の第0ビットの値とCN1の14番ピンの出力の関係を以下の実験で調べる．

図9のような回路をブレッドボード上に作成する．回路を作成しているとき，その部品の破損を防ぐために電源を接続していはならない．意図しない電流が素子に流れることがあるからである．図 5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．ここでの実験使う機器は全て 5[ $\mathrm{V}$ ]で動作する．
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8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．ファイル名や拡張子を変えてはならない．Makefileをダウンロードするときに余分な拡張子--.htmや.html-- が付くことがあるので，取り除くこと．
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5[ $\mathrm{V}$ ]を供給する;電源のバナナジャックの正(赤)をブレッドボードに接続する)．
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．
1. 5[ $\mathrm{V}$ ]の電源をOFFにする;電源のバナナジャックの正(赤)をブレッドボードから引き抜く．
2. 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．
3. ブレッドボードに，5[ $\mathrm{V}$ ]を供給する．
4. プログラムが実行されて，LEDが点灯する．
5. 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 8:** ブレッドボード上でのH8のピン番号
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=0.78]{figure/H8_on_bread_bord.eps}$

**図 9:** LED点灯実験回路
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/LED_1.eps}$

[練習3]: テスターの電圧測定レンジを用いて，LEDに流れる電流を測定せよ．電流や抵抗を測定するレンジを使ってはならない．
[練習4]: マイコンの出力端子にLEDを直に接続してはならない．その理由を説明せよ．この実験の回路では，3.3[ $\mathrm{K\Omega}$ ]の抵抗を直列に接続している．
[練習5]: リスト1を書き換えて，LEDが消灯するプログラムを作成せよ．そして，実際に動作させてみよ．

3.3.3 複数のLED点灯実験

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．

3.3.3.1 プログラム

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7 を見よ．

3.3.3.2 実験順序

先ほどの回路にLEDを5つ追加する．さらに，プログラムの一部を書き換えて，複数個の LEDの点灯/消灯の実験を行う．

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，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5[ $\mathrm{V}$ ]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．複数のLEDが転倒するはずである．
1. ブレッドボードから，5[ $\mathrm{V}$ ]の電源を取り外す．
2. 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．
3. ブレッドボードに，5[ $\mathrm{V}$ ]を供給する．
4. プログラムが実行されて，LEDが交互に点灯する．
5. 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 10:** 複数LED点滅実験回路
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/LED_6.eps}$

[練習6]: リスト2を書き換えて，LEDが ON-ON-ON-OFF-OFF-OFFとなるプログラムを作成せよ．そして，実際に動作させてみよ．
[練習7]: さらに，リスト2を書き換えて，LEDが ON-ON-OFF-OFF-ON-OFFとなるプログラムを作成せよ．そして，実際に動作させてみよ．

3.4 割り込み制御実験

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．この割り込み処理の実験を行う．

3.4.1 タイマー割り込み実験

3.4.1.1 実験内容

タイマー割り込みを使って，複数のLEDの制御を行う．ここでのプログラムでは0.5秒毎に割り込みがかかり，LEDの状態が変化する．接続されている6つのLEDが2進数のビットパターンを表しており，それがひとつずつ増加する．

3.4.1.2 プログラム

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．

3.4.1.3 実験順序

実験に使う回路は，先の「複数のLEDの点灯実験」と同一(図 10)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5[ $\mathrm{V}$ ]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，5[ $\mathrm{V}$ ]の電源を取り外す．
- 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，5[ $\mathrm{V}$ ]の電源を取り付ける．
- 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

3.4.2 IRQ割り込み実験

3.4.2.1 実験内容

IRQ割り込み要求(Interrupt Request)を使って，複数のLEDの制御を行う．ここでは，回路に接続したタクトスイッチを押すことにより，割り込み要求を発生させ，特定の関数を実行させる．この関数の実行によりLEDの状態を変える．

3.4.2.2 プログラム

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．

3.4.2.3 実験順序

以下実験順序を示す．注意事項等については，p.

の「複数の LED点灯実験」と同じである．

図11のような回路をブレッドボード上に作成する．ただし，まだ電源は接続しない．
先のプログラム「experiment.c」を書き直して，IRQ割り込み実験プログラム「リスト4」を作成する．
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．
H8マイコンを実行させる．IRQ0に接続したスイッチを押すとLEDの状態が変化する．

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

3.5 PWM実験

パルスの繰り返しやデューティ比--図12のH(5V)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．

ここでの実験は，主に文献 [2]を参考にした．

**図 12:** PWMのパルス幅
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/PWM.eps}$

3.5.1 トランジスター

ここの実験では，トランジスターをスイッチング素子として使う．実験に先立って，以下の練習問題によりトランジスターの動作内容を理解せよ．

[練習8]: インターネットを使って，トランジスターの動作内容を理解せよ．
[練習9]: ダーリントン接続を説明せよ．

3.5.2 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

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．

3.5.2.1 実験順序

以下実験順序を示す．注意事項等については，p.

の「複数の LED点灯実験」と同じである．

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，まだ電源は接続しない．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「experiment.c」を書き直して，音を鳴らす実験プログラム「リスト5」を作成する．
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．
H8マイコンを実行させる．割り込みのスイッチを押す毎に周波数が高くなる．

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

3.5.3 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

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．

3.5.3.1 実験順序

以下実験順序を示す．注意事項等については，p.

の「複数の LED点灯実験」と同じである．

図14のような回路をブレッドボード上に作成する．ただし，まだ電源は接続しない．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「experiment.c」を書き直して，DCモーターの速度制御の実験プログラム「リスト6」を作成する．
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．
H8マイコンを実行させる．割り込みのスイッチを押す毎にモーターの回転数が増える．

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

3.6 LCD表示実験

ここでは，LCD(液晶ディスプレイ:Liquid Crystal Display)に文字を表示させる実験を行う．C言語で書かれたH8マイコンのプログラムにより，LCDをコントロールして任意の文字を表示させる．プログラムおよびハードウェアーの設定は，主に文献 [3]を参考にした．

3.6.1 LCD

液晶は電圧を加えることにより，光のシャッターとして使うことができる．これを利用したものがLCDである．ここの実験では，16文字 $\times$ 2行の表示ができるLCDを使う．このLCDはひとつの文字を7 $\times$ 5ドットで構成しているので，合計1120ドットある．すなわち，1120個の小さい点を液晶によりON/OFFすることにより，いろいろな文字を表示しているのである．

図15にこの実験で使うLCDの外観とピン番号を示す．ここで使うLCDはデータを4ビットと8ビットのいずれかで転送することができる．今回の実験では，接続する線の数を減らすために，4ビットモードで使用する．

**図 15:** LCDの外観とピン番号
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/LCD_pin_NO.eps}$

3.6.2 ポテンションメーター

回路基板に取り付ける部品で，抵抗が可変のものを可変抵抗といったり，トリマーあるいはポテンションメーターと言う．ここでも，ポテンションメーターを使うので，簡単に原理を説明する．そして，実際にポテンションメーターの動作を実験で確かめる．

図16に示すように，それには3本の電極がある．2本は抵抗の両端に接続されており，残りの1本は抵抗の途中に接続されている．そのため図16のように接続することにより，0～5[V]の電圧を取り出すことができる．

ここでは，10 $\mathrm{[k}\Omega\mathrm{]}$ のポテンションメーターを使って，LCDのコントラストの調整に用いている．LCDのコントラストは，3番ピンの電圧で決まる．その電圧をポテンションメーターで供給する．

**図 16:** ポテンションメーター
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/V_potention.eps}$

[練習10]: ポテンションメーターの抵抗が図16のようになっていることをテスターで確認せよ．
[練習11]: 図16の回路を作成し，0～5[V]が取り出せることを確認せよ．

3.6.3 H8によるLCD制御

H8に接続したLCDに文字を出力する実験を行う．H8マイコンのPort5出力(CN1の14-19番) の6本の線を使って，LCDの表示を制御する．このうち4本(CN1の14-17番)がデータ線で，残りの2本が制御線である．

3.6.3.1 実験順序

以下実験順序を示す．注意事項等については，p.

の「複数の LED点灯実験」と同じである．

図17のように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「experiment.c」を書き直して，LCD制御の実験プログラム「リスト7」を作成する．
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．
H8マイコンを実行させる．文字が表示されるはずである．

LCDを制御するために，以下のような関数を用意した．必要に応じて使うこと．これらの関数のソースプログラムは，ファイル h8c.c にあるので興味のある者は見るとよいだろう．

関数 void LCD_init(void)

役割 LCDを使うための初期化を行う．LCDを使うときに，最初に必ず呼び出さなくてはならない．

関数	`void LCD_init(void)`
役割	LCDを使うための初期化を行う．LCDを使うときに，最初に必ず呼び出さなくてはならない．

関数 void LCD_clear(void)

役割 LCDの画面の文字を全て消去する．

関数	`void LCD_clear(void)`
役割	LCDの画面の文字を全て消去する．

関数 void LCD_locate(int row, int col)

引数第一引数:行数　第二引数:列数

役割引数で指定した位置にカーソルを移動させる．

関数	`void LCD_locate(int row, int col)`
引数	第一引数:行数　第二引数:列数
役割	引数で指定した位置にカーソルを移動させる．

関数 void LCD_putstr(char *string)

引数文字列を示すポインター

役割文字列をLCDに表示させる．

関数	`void LCD_putstr(char *string)`
引数	文字列を示すポインター
役割	文字列をLCDに表示させる．

関数 void LCD_putchar(char c)

引数表示させたい文字(1文字)

役割文字をLCDに表示させる．

関数	`void LCD_putchar(char c)`
引数	表示させたい文字(1文字)
役割	文字をLCDに表示させる．

関数 void LCD_putint(char i)

引数表示させたい整数．

役割整数をLCDに表示させる．

関数	`void LCD_putint(char i)`
引数	表示させたい整数．
役割	整数をLCDに表示させる．

関数 void LCD_putfloat(double x, int d)

引数第一引数:表示させたい倍精度実数　第二引数:小数点以下の桁数

役割倍精度実数を浮動小数点数として，指定の桁数で表示する．

関数	`void LCD_putfloat(double x, int d)`
引数	第一引数:表示させたい倍精度実数　第二引数:小数点以下の桁数
役割	倍精度実数を浮動小数点数として，指定の桁数で表示する．

関数 void LCD_putbit8(unsigned char d)

引数表示させたい整数(1バイト)

役割 1バイトのビットパターンを表示させる．

関数	`void LCD_putbit8(unsigned char d)`
引数	表示させたい整数(1バイト)
役割	1バイトのビットパターンを表示させる．

関数 void wait_ms(int s)

引数ミリ秒

役割指定の時間，CPUの動作を止める．

関数	`void wait_ms(int s)`
引数	ミリ秒
役割	指定の時間，CPUの動作を止める．

   1 #include <stdlib.h>
   2 #include "3664.h"
   3 #include "h8c.h"
   4 
   5 
   6 int main()
   7 {
   8   
   9   LCD_init();                      // LCDの初期化
  10   LCD_clear();                     // LCDの画面クリアー
  11   LCD_locate(1,1);                 // カーソル位置変更
  12   LCD_putstr("Hello World !.");    // 文字列出力
  13   LCD_locate(2,1);
  14   LCD_putstr("From Akita.");
  15 
  16   while(1){
  17     SLEEP();
  18   }
  19 }
  20

**図 17:** H8によるLCD制御実験の回路
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/LCD.eps}$

[練習12]: リスト7を書き換えて，自分の名前を表示(1行目:姓，2 行目:名)せよ．
[練習13]: リスト7を書き換えて，適当な整数を表示せよ．ただし， LCD_putint()関数を使うこと．
[練習14]: リスト7を書き換えて，適当な実数を表示せよ．ただし， LCD_putfloat()関数を使うこと．

3.7 A/D変換器実験

ここでは，H8マイコンのAD変換器(Analog to Digital Converter)の実験を行う．

3.7.1 電圧計

H8マイコンでは，アナログ信号を取り込んで処理することができる．アナログ信号をコンピューターで処理するためには，デジタル情報に変換する必要がある．その変換を行う部分をAD変換器と言う．H8マイコンにはAD変換を行う回路が組み込まれている．ここでは，それを使って，デジタル電圧計を作成する．

H8マイコンは，CN1の23番ピンに印加されている電圧(大体5[ $\mathrm{V}$ ])を10ビットでデジタルに変換する．10ビットで表現できる最大値は 1111111111=1023 である．したがって， 5/1023=4.88[ $\mathrm{mV}$ ]が分解能である．

H8マイコンには8個のアナログ入力端子があるが，ここではCN1の10番ピンのAN0のみ使う．この端子に印加する電圧は，AD変換を行う際の比較電圧(CN1の23番ピン)よりも小さくしなくてはならない．また，逆電圧も印加してはならない．回路が破損するからである．そのため，ここでの実験ではダイオードを用いた保護回路つける．

3.7.1.1 実験順序

以下実験順序を示す．注意事項等については，p.

の「複数の LED点灯実験」と同じである．

図18のように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「experiment.c」を書き直して，電圧計実験プログラム「リスト8」を作成する．
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．
H8マイコンを実行させる．すると，電圧が表示される．
1 $\mathrm{[k}\Omega\mathrm{]}$ のポテンションのネジを回して，電圧を変化させてみよ．

AD変換器を制御するために，以下のような関数を用意した．必要に応じて使うこと．これらの関数のソースプログラムは，ファイル h8c.c にあるので興味のある者は見るとよいだろう．

関数 void ADC_init(void)

役割 AD変換器を使うための初期化を行う．AD変換器を使うときに，最初に必ず呼び出さなくてはならない．

関数	`void ADC_init(void)`
役割	AD変換器を使うための初期化を行う．AD変換器を使うときに，最初に必ず呼び出さなくてはならない．

関数 int ADC(void)

役割 AN0(CN1の10番ピン)に接続さたアナログ電圧よ読み取り，戻り値として返す．戻り値は 0～1023の整数値である．0が0[ $\mathrm{V}$ ]で，1023がCN1の23番ピンの電圧となる．

関数	`int ADC(void)`
役割	AN0(CN1の10番ピン)に接続さたアナログ電圧よ読み取り，戻り値として返す．戻り値は 0～1023の整数値である．0が0[ $\mathrm{V}$ ]で，1023がCN1の23番ピンの電圧となる．

   1 #include <stdlib.h>
   2 #include "3664.h"
   3 #include "h8c.h"
   4 
   5 
   6 int main()
   7 {
   8   int vdata;
   9   double v;
  10   
  11   LCD_init();
  12   LCD_clear();
  13   LCD_locate(1,1);
  14   LCD_putstr("Start ADC");
  15   wait_ms(1000);
  16   LCD_clear();
  17 
  18   ADC_init();
  19 
  20   while(1){
  21     vdata= ADC();
  22 
  23     v = (double)vdata/1023*5.1;
  24     
  25     LCD_clear();
  26     LCD_locate(1,1);
  27     LCD_putstr("ADC result");
  28     LCD_locate(2,1);
  29     LCD_putfloat(v,3);
  30     LCD_locate(2,10);
  31     LCD_putstr("[V]");
  32 
  33     wait_ms(100);
  34   }
  35 }
  36

**図 18:** A/D変換器を使った電圧計の回路
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/V_measure.eps}$

[練習15]: リスト8のプログラムだとノイズによる電圧の揺らぎが大きい．複数回測定の平均値を祖テク位電圧することにより，この問題は解決できる．10000回測定して，その平均電圧を表示するプログラムに直せ．測定精度は，どの程度向上したか?

3.7.2 温度計

電圧計を応用して温度計を作製する．

3.7.2.1 温度センサー

温度センサーは，ナショナルセミコンダクター社の LM35 を使う．これは図 19のような形状をしている．Gをグラウンド電位(0[ $\mathrm{V}$ ])にして, +Vsに4～20[ $\mathrm{V}$ ]を印加すると，Voutに10[ $\mathrm{mV/℃}$ ]が出力される．20[ $\mathrm{℃}$ ]だと，200[ $\mathrm{mV}$ ]が出力される．

**図 19:** 温度センサー
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/sensor_tmp.eps}$

[練習16]: ブレッドボード上で，LM35のGをラウンドウンド電位に，+Vsに 5[ $\mathrm{V}$ ]を印加して，Voutを測定せよ．現在の室温と比べてどうか?

3.7.2.2 OPアンプ

温度センサーLM35の出力は，H8マイコンのAD変換器の測定レンジに比べ小さい．20[℃]の場合のセンサー出力0.2[ $\mathrm{V}$ ]に対して，AD変換器は5[ $\mathrm{V}$ ]まで入力できる．センサーの出力を増幅させて，測定精度の向上をはかる．

電圧の増幅にはOPアンプ(operational amplifier)をつかう．OPアンプ使った信号の増幅は簡単で，広範囲に使われている．ここでは，非反転増幅という回路をつかう．その回路は，図20のようにする．このようにすると入力電圧( $V_{in}$ )と出力電圧 ( $V_{out}$ )は，

$\displaystyle V_{out}=\frac{R_s+R_f}{Rs}V_{in}$

(1)

となる．

が増幅率になる．抵抗の組み合わせで，簡単に増幅率を変えることができる．

**図 20:** OPアンプを使った非反転増幅回路
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/hihanten.eps}$

この実験で使うOPアンプはナショナルセミコンダクター社のLMC662で，図 21に示すように，ひとつのパッケージに2つのOPアンプが内蔵されている．

**図 21:** OPアンプ(LMC662CN)の内部
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/op_amp.eps}$

[練習17]: 図22の回路の増幅率が11倍になっていることを式で示せ．

図22のように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「experiment.c」を書き直して，温度計の作成実験のプログラム「リスト9」を作成する．
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．
H8マイコンを実行させる．すると，温度が表示される．
- ブレッドボードから，5[ $\mathrm{V}$ ]の電源を取り外す．
- 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，5[ $\mathrm{V}$ ]を供給する．
- プログラムで指定した通りに表示される．
- 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．
温度センサーを触ったりして，温度の変化を調べよ．

   1 #include <stdlib.h>
   2 #include "3664.h"
   3 #include "h8c.h"
   4 
   5 
   6 int main()
   7 {
   8   int i, sum_ad, N=10000;
   9   double t;
  10   
  11   LCD_init();
  12   LCD_clear();
  13   LCD_locate(1,1);
  14   LCD_putstr("Start ADC");
  15   wait_ms(1000);
  16   LCD_clear();
  17 
  18   ADC_init();
  19 
  20   while(1){
  21     sum_ad=0;
  22 
  23     for(i=0;i<N;i++){
  24       sum_ad += ADC();
  25     }
  26 
  27     t = (double)sum_ad/N*5.1/1023/11.0/0.01;
  28     
  29     LCD_clear();
  30     LCD_locate(1,1);
  31     LCD_putstr("Temperature");
  32     LCD_locate(2,1);
  33     LCD_putfloat(t,4);
  34     LCD_locate(2,11);
  35     LCD_putstr("[deg]");
  36   }
  37 }
  38

**図 22:** A/D変換器を使った温度計の回路
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/Temp_measure.eps}$

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

Yamamoto Masashi
平成19年8月27日