特集＊付録基板で始めるマイコン入門第9章簡易パルス・ジェネレータと周波数カウンタを作りながら学ぶタイマ機能と外部信号割り込みのテクニック島田義人 Yoshihito Shimada 本章では，H8/3694F マイコンのタイマ機能や外部信号割り込みのテクニックを学びます．タイマを使うと周期的なパルス信号を出力したり，このままでは，モータの回転をなめらかに制御することはできません．しかし，この H と L をすばやく切り替えることデューティ比を変化させた信号を発生させることができます．また，外部信号割り込みを使って一定期間にで，中間量の電流が流れているときと同じ状態を作り出すことができます．このとき，図 1 に示すように，入力されるパルス数をカウントすることで，周波数カウンタを作ることができます． 1 周期に対する H レベルの時間比率（デューティ比）を変えることでモータの駆動電流の平均値が変わります．これが PWM（Pulse Width Modulation）信号です． PWM 信号を出力する方法 ● タイマ W のしくみ ● PWM 信号とは電池駆動用の小型 DC モータの回転速度を変える方 PWM 信号は，I/O ポートの出力レベルを H と L に交互に切り替える方法でも生成できますが，タイマ法を考えてみましょう．一般的な方法として，電源電圧を変化させることが W を使うともっと簡単に出力できます．タイマ W を PWM モードに設定したときのブロック図を図 2 に示考えられます．例えば，つなぐ電池の本数を変えれば，します． 1 本（1.5 V）よりも 2 本（3 V）のほうがモータは速く回り，2 本（3 V）よりも 3 本（4.5 V）のほうがより速く回システム・クロック（φ） CPU を動作させるための基準クロックです．付録るというわけです．ところで，H8/3694F マイコンの I/O ポートは，D − マイコン基板には，20 MHz のセラミック発振子が付いています． A コンバータの機能をもっておらず，H レベル（5 V）プリスケーラ S （PSS）と L レベル（0 V）の二つの状態しか出力できません．システム・クロックφを入力とする 13 ビットのカ 75％ 100％ 75％デューティ比 0.75 50％ 100％デューティ比 0.5 50％モータ駆動電流の平均値 25％ 100％デューティ比 0.25 25％図 1 PWM 波形と電流の平均 2004 年 4 月号 197 システム・クロック φ＝20MHz プリスケーラS（PSS）（φ/8，φ/4，φ/2，φ） TCNTW 入力クロック設定部タイマW PWMモード機能設定部 φ /4 （5MHz）カウンタ・スタートタイマ・モード・レジスタW （TMRW） GRA φ /4 選択セレクタ比較回路 GRD 比較回路（0xC350）（0x0000〜0xC350） PWM周期設定 PWM出力設定タイマ・コントロール・レジスタW （TCRW）タイマ・カウンタ（TCNT） PWM H 幅設定 PWM出力端子制御回路初期出力レベル設定図2 タイマ W の PWM モードのブロック図 PWM出力（FTIOD端子）レジスタ名（アドレス）：TMRW （0xFF80）ビット 7 6 5 4 3 ビット名 CTS ― ― 初期値 R/W 0 R/W 1 ― BUFEB BUFEA 0 R/W 0 R/W 2 1 0 PWMD PWMC PWMB 1 ― 0 R/W 0 R/W 0 R/W PWMモードC ［FTIOC端子］ PWMモードD PWMモードB ［FTIOD端子］［FTIOB端子］出力モード選択 0：通常のアウトプット・コンペア出力 1：PWM出力 GRCの機能選択バッファ動作A 0：インプット・キャプチャ/アウトプット・コンペア・レジスタとして動作 1：GRAのバッファ・レジスタとして動作 GRDの機能選択バッファ動作B 0：インプット・キャプチャ/アウトプット・コンペア・レジスタとして動作 1：GRBのバッファ・レジスタとして動作 0：TNCTカウント動作停止カウンタ・スタート 1：TNCTカウント動作実施図 3 タイマ・モード・レジスタ（TMRW）のビット構成ウンタで，1 サイクルごとにカウント・アップします．タイマ・カウンタ（TCNT） 16 ビットのリード/ライト可能なアップ・カウンタが 0 のとき TCNT はカウント動作を停止し， 1 のときカウント動作を行います．PWM モード D ビット（PWMD）は，出力モードを選択するビットです．こので，入力クロックによりカウント・アップされます．ここでは，タイマ・カウンタにシステム・クロックのビットを 1 に選択すると PWM 出力モードになります． 4 分周（φ/4）を選択した例を示しています．タイマ・コントロール・レジスタ W （TCRW）タイマ・モード・レジスタ W（TMRW）タイマ・カウンタのスタート制御，FTIOB 〜主な機能はタイマ・カウンタの入力クロックを選択し，PWM 出力端子（FTIOA 〜 FTIOD）の初期出力値 FTIOD の出力モード切り替えを行います．図 3 にタイマ・モード・レジスタのビット構成を示します．を設定します．図 4 にタイマ・コントロール・レジスタのビット構成を示します． CTS はカウンタ・スタート・ビットで，このビット CCLR はカウンタ・クリアで，このビットが 1 のと 198 2004 年 4 月号