PICの概要

2005 年 2 月 28 日
三浦克介 ([email protected])
電子情報工学創成実験
「マイコンプログラミング設計」補助資料
PIC の概要
概要
この文書は、
「マイコンプログラミング設計」実験課題を効率的に行う為の補助資料である。PIC
の特徴、一般的な計算機と PIC の違い、サンプルプログラムで使用されている命令、アセンブラで
ループや条件判定等を行う定石の処理、プログラム実行時間の計算方法、等について、極めて簡略に
説明している。詳細については、文献 [1, 2] を参照のこと。
目次
1 PIC の特徴、一般的な計算機との違い
1
2 ファイルレジスタ
2.1 特殊レジスタ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 汎用レジスタ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2
2
3 サンプルプログラムで使われている命令
3
4 アセンブラの定石処理
4.1 ループ . . . . . . . . .
4.2 条件判定 (ビット検査)
4.3 条件判定 (大小比較) . .
4.4 サブルーチン呼び出し
4.5 ビット演算 . . . . . .
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5 プログラム実行時間の計算方法
1
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4
4
4
4
6
6
6
PIC の特徴、一般的な計算機との違い
PIC の特徴、一般的な計算機と PIC で大きく違う点について説明する。一般的な計算機の構成を図 1
に、PIC の構成を図 2 に示す。
• 一般的な CPU では主記憶装置 ( メインメモリ) にプログラム、データ、スタックが置かれるが、PIC
では、それぞれに専用のプログラムメモリ、データメモリ、スタックがある。
• PIC のデータメモリは、フラッシュメモリ (不揮発性メモリ) を用いて実装されており、書き込み
速度が遅く、書き換え回数にも上限がある。計算時の一時的な記憶用途には向かず、長期的なデー
タの保存に適している。
• PIC の制御装置には汎用レジスタが無い。
• 主記憶装置と汎用レジスタの中間的な記憶装置として、PIC にはファイルレジスタと呼ばれるメモ
リがある。
• プログラムメモリは Read Only。
• スタックは Call/Return 専用。
–1–
C P U
図 1: 一般的な計算機の構成
P IC
図 2: PIC の構成
2 ファイルレジスタ
PIC のファイルレジスタについて説明する。詳細は、[1] p.19 参照。
• 8 ビット = 1 ワード。
• アドレス (番地) とバンクで、どのレジスタに対して読み書きするかを決定する。
• 1 つのバンクに 80 (50H1 ) ワードのレジスタがあり、これが 2 バンクある。
• 2 つのバンクは完全に独立では無い。一部のアドレスのレジスタは、どちらのバンクに対してアク
セスしても、同じレジスタへのアクセスになる。
2.1
特殊レジスタ
バンク 0, 1 のアドレス 0∼0BH は、PIC を制御する為の特殊レジスタになっている。このうち、良く
使うものを表 1 にまとめる。
2.2
汎用レジスタ
バンク 0, 1 のアドレス 0CH∼4FH は、プログラマが自由な用途で使用して良い汎用レジスタである。バ
ンク 0, 1 のどちらにアクセスしても同じレジスタにアクセスされる (即ち、レジスタの個数は 68 (44H) 個)。
1
数字の後に “H” が付くと、16 進数を意味する。先頭が英字の場合は、その前に “0” (ゼロ) を付ける。例：0A3H
–2–
表 1: よく使われる特殊レジスタ
バンク
アドレス
ビット
機能
0, 1 共通
3 (STATUS)
5 (RP0)
0
5 (PORTA)
0∼4
0
6 (PORTB)
0∼7
1
5 (TRISA)
0∼4
1
5 (TRISB)
0∼7
今後アクセスするバンクの切り変え (0：バン
ク 0 、1：バンク 1)
ポート RA が入力の場合：ポート RA に入力
されたデータの読み出し
ポート RA が出力の場合：ポート RA に出力
するデータの書き込み
ポート RB が入力の場合：ポート RB に入力
されたデータの読み出し
ポート RB が出力の場合：ポート RB に出力
するデータの書き込み
ポート RA を入力として使うか、出力として
使うかを決定 (ビット毎に指定でき、0：出力、
1：入力)
ポート RB を入力として使うか、出力として
使うかを決定 (ビット毎に指定でき、0：出力、
1：入力)
3 サンプルプログラムで使われている命令
サンプルプログラム timer.asm 、PAtoPB.asm で使われている命令について説明する。
label EQU value ：(EQUal) C 言語の#define と同様な定数定義。以降、label が出てくると、value に置き
換えられる。label は 32 文字以下の英数字かアンダーバー (先頭は英字かアンダーバー)。
BSF 3, 5 ：(Bit Set File-register) ファイルレジスタの内、現在選択されているバンクのアドレス 3 、ビッ
ト 5 を 1 にセットする。
あらかじめ、STATUS EQU 3 および RP0 EQU 5 と定数定義されていれば、BSF STATUS, RP0
と書くことができ、より可読性を高めることができる。P16F84.INC の中でこれらの定義がなされ
ており、このファイルをインクルードすれば、新ためて定義する必要は無い。
BCF address, bit ：(Bit Clear File-register) BSF の逆で、0 にクリアする。
CLRF address ：(CLeaR File-register) ファイルレジスタのアドレス address の全ビットを 0 にクリア。
MOVLW value ：(MOVe Literal to Working-register) 定数 value をワーキングレジスタ W に転送。
MOVFW address ：(MOVe File-register to Working-register) ファイルレジスタのアドレス address の内容
をワーキングレジスタ W に転送。
MOVWF address ：(MOVe Working-register to File-register) ワーキングレジスタ W の内容をファイルレ
ジスタのアドレス address に転送。
MOVF address, F ：(MOVe File-register to File-register) ファイルレジスタのアドレス address の内容を、
ファイルレジスタのアドレス address に転送。一見、無意味な命令のようだが、転送の際にフラグ
(後述) が変化するので、値のチェック等に用いられる。
MOVF address, W ：MOVFW address と同じ。
–3–
4 アセンブラの定石処理
ループ、条件判定、サブルーチン呼び出し、ビット演算等の、アセンブラでプログラムを作成する際
の定石的な処理について説明する。
4.1 ループ
ループ処理で良く使われる命令を以下で説明し、ループ処理のプログラム例および処理の流れを図 3
に示す。
GOTO label ：(GO TO) label の付けられた命令にジャンプする。
DECFSZ address, F ：(DECrement File-register & Skip if Zero) ファイルレジスタ address の内容を −1
し、結果が 0 なら次の命令を実行しない (非 0 なら実行する)。
DECFSZ address, W ：(DECrement File-register & Skip if Zero) ファイルレジスタ address の内容を −1
したものを W に転送し (ファイルレジスタの内容は変化しない) 、結果が 0 なら次の命令を実行し
ない (非 0 なら実行する)。
4.2
条件判定 (ビット検査)
条件判定 (ビット検査) でよく使われる命令を以下で説明し、条件判定 (ビット検査) のプログラム例お
よび処理の流れの様子を図 4 に示す。
BTFSC address, bit ：(Bit Test File-register & Skip if Cleared) ファイルレジスタ address の第 bit ビット
を調べ、0 なら次の命令をスキップする (1 なら実行)。
BTFSS address, bit ：(Bit Test File-register & Skip if Set) ファイルレジスタ address の第 bit ビットを調
べ、1 なら次の命令をスキップする (0 なら実行)。
4.3
条件判定 (大小比較)
大小関係の比較を行うには、ゼロフラグ Z 、キャリーフラグ C を用いる。これらのフラグは、演算を
行った結果や、転送した値に応じて、以下のように自動的に変化する。フラグが変化しない命令もある。
どの命令を実行した時に、どのフラグが変化するかの詳細は、[1] pp. 34–38 、[2] pp. 90–111 を参照。
• 演算結果や転送した値が 0 → Z := 1
L A B E L 1
M O V L W
M O V W F
lo o p _ c o u n t
a d d re ss
lo o p _ c o u n t
D E C F S Z a d d re ss, F
G O T O L A B E L 1
図 3: ループ処理のブログラム例と処理の流れ
–4–
• 演算結果や転送した値が非 0 → Z := 0
• 足し算時に桁溢れ有り → C := 1
• 足し算時に桁溢れ無し → C := 0
• 引き算時に桁借り有り → C := 0
• 引き算時に桁借り無し → C := 1
これらのフラグを用いて条件判定 (大小比較) を行う際によく用いる命令を以下で説明し、条件判定 (大
小比較) のプログラム例および処理の流れの様子を図 5 に示す。
BZ label ：(Branch if Zero) Z = 1 なら label へジャンプ。
BNZ label ：(Branch if Not Zero) Z = 0 なら label へジャンプ。
BC label ：(Branch if Carry) C = 1 なら label へジャンプ。
BNC label ：(Branch if Not Carry) C = 0 なら label へジャンプ。
SKPZ label ：(SKiP if Zero) Z = 1 なら次の命令をスキップ。
SKPNZ, SKPC, SKPNC ：同様。
B T F S S P O R T A , 4
G O T O L A B E L 1
if ( P O R T A
G O T O
} e ls e {
L A B E L 2
L A B E L 1
}
L A B E L 2
図 4: 条件判定 (ビットテスト ) のプログラム例と処理の流れ
M O V F W A
S U B W F B
B C L A B E L 1
G O T O
if ( A > B ) {
} e ls e {
L A B E L 2
L A B E L 1
}
L A B E L 2
図 5: 条件判定 (大小比較) のプログラム例と処理の流れ
–5–
4
1 ) {
4.4 サブルーチン呼び出し
サブルーチン呼び出しでよく使われる命令を以下で説明し、サブルーチン呼び出しのプログラム例お
よび処理の流れの様子を図 6 に示す。
CALL label ：(CALL) 現在のプログラム実行アドレスをスタックに記憶した上で、label の付けられた命
令にジャンプする。
RETURN ：(RETURN) スタックに記憶されている、前のプログラム実行アドレスに戻って、CALL の
次の命令から実行。
• ループや条件分岐には GOTO を使う。サブルーチンは CALL で呼び出し、RETURN で戻る。
• スタックの深さは 8 段あり、8 回まで入れ子状に CALL する (サブルーチンの中で他のサブルーチ
ンを呼びだす) ことが可能。再帰呼び出しも可能。
• CALL で呼び出して、GOTO で戻ってはいけない。GOTO で呼び出して、RETURN で戻ってもい
けない。
4.5 ビット演算
1 ワードのうち、一部のビットのみを取り出したい、あるいは一部のビットのみに書き込みたいといっ
た場合がある。このような場合には、以下のビット演算命令が役に立つ。
ANDLW value ：(AND Literal and Working-register) 各ビット毎に定数 value とワーキングレジスタ W の
論理積を求め、ワーキングレジスタに代入する。
例えば、W = 0AAH の時に ANDLW 0FH を実行すると、W = 0AH となる。
ANDWF, COMF, IORLW, IORWF, NEGF, XORLW, XORWF, RLF, RRF, SWAPF ：[1] pp. 34–38 、[2] pp. 90–
111 を参照。
5 プログラム実行時間の計算方法
アセンブラでは、以下の式によりプログラム実行時間を計算することができる。
プログラム実行時間 = クロック周期 × クロックサイクル数
L A B E L 1
C A L L
L A B E L 2
G O T O
L A B E L 1
L A B E L 2
R E T U R N
図 6: サブルーチン呼び出しのプログラム例と処理の流れ
–6–
クロック周期はセラロック発振子の発振周波数で決まり、実験で用いるセラロック発振子では約 10MHz
である。各命令のクロックサイクル数は、[2] pp. 90–111 に記載されている。大半の命令が 1 クロックサ
イクルで実行されるが、分岐命令などの一部の命令は 2 クロックサイクル必要である。
参考文献
[1] トランジスタ技術編集部編, 「 ECB No.4 特集 PIC マイコンを使おう」, CQ 出版, 2000.
[2] 後閑哲也, 「電子工作の為の PIC 活用ガイド」, 技術評論社, 2000.
–7–

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