ＰＩＣマイコンを用いた電子回路の制御森研究室 S03S024 １．序論マイコンとは、電子回路を制御するためのコンピュータの一種である。電灯のオン／オフはスイッチ一つで切り換え可能な簡単な回路で操作できるが、ある一定時間でオン／オフを繰り返したい時など、その回路は少し複雑化してしまう。ところが、ここにマイコンを組み込むと、その動作をプログラムが代わりに行ってくれるので回路の複雑化を避けられ、回路の縮小化が可能になる。つまりマイコンとは、このようなちょっと複雑な処理をプログラムで実現させるために特化されたコンピュータであると言える。マイコンの特徴は、パソコンと同様に中心にＣＰＵを備え、そこへＲＡＭ，ＲＯＭ，Ｉ／Ｏが装備されていることである。ただパソコンとは違い、マイコンはメモリの容量が小さいため、ＲＡＭでデータを読み込み実行することはしない。代わりに、ＣＰＵはＲＯＭから逐次命令を読み出し実行する方法をとる。ＰＩＣマイコン（ＰＩＣ）も同様に様々な周辺機器を制御するために用いられる。ＰＩＣは、回路とプログラム、モーターやＬＣＤなどの様々な電子部品や周辺機器をあわせることで、可能な動作がどんどん広がる。本研究の目的は、このＰＩＣを用いＬＥＤ点灯装置（ＬＥＤフラッシャー）を作ることで、ＰＩＣの特性を知ることである。２．製作方法ＰＩＣには数多くの種類が存在するが、今回はＰＩＣ１６Ｆ８４Ａを選択した。これは、実験が何度も行えるように、プログラムが電気的に消去／書き換えが行えるフラッシュメモリの搭載を優先したためである。また、ＰＩＣに接続する部品が少ないため、ピン数が１８でも十分に回路作製をできるからである。図１はＰＩＣマイコンの写真である。実際の大きさは縦約 20 mm 横約 8 mm である。図１．ＰＩＣマイコン１６Ｆ８４ＡＰＩＣでは、プログラム作製にアセンブリ言語という、単純で理解しやすい言語を用いる。また、このアセンブリ言語で記された命令を処理するのがアセンブラと呼ばれるもので、今回はＭＰＡＳＭというアセンブラを使用した。基本は、この言語を専用のツールソフトで作製し、回路の動作が確認できるまで試行を繰り返す。ここで、作製したプログラムは専用ライターを用いＰＩＣに書き込む。このとき、各機器は図２のように専用のケーブルにてライターとＰＣを接続して、電源も入った状態である。図２．ライターとＰＣの接続製作の手順は以下のとおりである。ライターソフトライターハード（ボード）ＰＩＣマイコン→ （デバイス）（１）　ライターハード（ボード）の作製（２）　ボードの動作チェック（３）　ライターコントロールソフトのインストール（４）　アセンブラソフト（ＭＰＡＳＭ）のインストール（５）　ドライバーソフトのインストール（６）　ＰＣとボードの接続ポート確認（７）　電子回路作製(ＬＥＤフラッシャーの作製) （８）　ＭＰＡＳＭを用いプログラム作成（９）　ライターソフトの起動（１０）ボードに電源が入っているか確認（１１）ポートとボードの接続確認（１２）ＰＩＣ１６Ｆ８４Ａ（デバイス）をボードにセット（１３）デバイス設定を行う（１４）作製したプログラムファイルをロード（１５）プログラムの項目を押し、書き込み開始（１６）終了したら、デバイスをはずす（１７）デバイスを回路に組み込み動作確認（１８）反応が無ければ原因を探し、改善する（１９）動作確認ができるまで繰り返す（２０）確認できたら終了電子回路図３．製作の基本手順２－１）ライターの準備（１）～（６）まずは実験環境を整えることから始めた。実験には、ＰＩＣマイコン,ライターハード, ライターソフト,アセンブラソフト,ドライバーソフト,電子回路の作製に必要な機器・材料と、その他接続用ケーブルが必要である。図２の（１）～（２）より、最初はボード（ライターハード）の作製をした。これは、秋月電子通商で購入したキットを組み立てた。ボード単体の動作チェックをし、問題の無いことを確認した。正常に動作しているかどうかは、ボード右上に２つあるＬＥＤランプの右側が点灯することで確認できる。図４．ライターハードの完成図図２の（３）～（６）より、ＰＣに各ソフトをインストールし、起動するかどうかを確認した。チェックが終了したら、今度はボード等の機器やケーブルをしっかりと接続した。そして、２回以上は確認してから最後にボードの電源をオンにした。このとき、ポート番号が合っていないと接続はうまくいかないので、あらかじめポート番号を確認しておいた。ライターソフトがハードを認識したので、接続はうまくいったと考えられる。以上でライターが完成した。２－２）ＬＥＤフラッシャーの作製図２の（７）～（８）より、ＬＥＤフラッシャーの回路図を読み必要なものをそろえた。その後回路の実装にかかった。図５．ＬＥＤフラッシャー装置２－３）プログラミング次にアセンブラソフトのＭＰＡＳＭを利用したプログラミングを行った。プログラムは元になるデータがあったので、それを参考に新しいプログラムを作成した。手を加えることで、ＬＥＤランプの点滅の順番や、時間の間隔を変えられるようにした。２－４）ＰＩＣへの書き込み作業（９）～（１６）図２の（９）～（１１）より、ライターの準備を整えた。ライターを起動し接続を確認できたらＰＩＣをボードにセットした。デバイスの種類を選択し、プログラムのソースファイルを開き、ソースから入手した情報をデバイスへ書き込んだ。書き込み終了を確認した上、ＰＩＣをボードから外した。図６．ライターソフト起動時の画面２－５）ＰＩＣの回路への実装図２の（１７）～（２０）より、ＰＩＣを回路に組み込み電源を入れ、期待通りの動作が観られるかを観察した。３．結果と考察ＬＥＤフラッシャーを動かしたところ、どの試行運転もほぼ失敗に終わり、期待したプログラムどおりの動きを示さなかった。これは、プログラミング時に必要な命令を入力していなかったり、回路図を読み違えていたりしたことが主な原因だった。しかし、試行していくうちに、プログラムや回路の問題点を発見でき、一つずつ改善していくことで、最後にはプログラミング通りの動作を確認できた。ＰＩＣを使用して、ＬＥＤランプの点滅の順番や早さを変えることは可能となった。また、ＰＩＣの構成にＸ－ＰＯＲＴという部品を加えればネットワーク接続が可能になる。そこで、実際にＸ－ＰＯＲＴを用いた回路の製作を試みたが、回路及びプログラムが複雑なため、作製に失敗した。しかし、この回路が完成すれば、液晶表示器や測定器をセットしネットワーク上で回路を制御できると期待できる。参考文献［1］高橋隆雄｢やさしい PIC マイコンプログラミング＆電子工作｣