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積分回路利用（割込み活用）

 
　積分回路では、電荷のキャパシタへの充放電をプログラムで計測して
　います。

　充放電処理の時間を計測するには、アナログコンパレータとインプット
　キャプチャ処理を組み合わせて対応します。

　アナログコンパレータをOPアンプを利用した回路にすると、以下。



　電源電圧Vccの2/3よりも、反転端子の入力電圧Vinが上回ると
　出力電圧Voutは、0V近くまで下がります。通常、VoutはVccに
　近い電圧になります。

　PIC16F627Aは、アナログコンパレータを内蔵しています。

　アナログコンパレータによる電圧検出で、割込みを発生させ
　られるので、使えるようになっておくと、ポーリングによる
　指定ピンの電圧監視処理をしないで済ませられます。

　スイッチを接続すると、ハードウエア上は次のようになります。



　回路を見てわかることは、コンパレータの出力がHかLか
　は、反転入力、非反転入力の接続で変わります。

　回路の接続を指定するには、アナログコンパレータ関係の
　レジスタCMCONで設定します。



　レジスタのビット７、６をみると、アナログコンパレータの
　出力値を参照できます。組み合わせは、以下。

　C2OUT 1:Vin+ > Vin- 0:Vin+ < Vin-
　C1OUT 1:Vin+ > Vin- 0:Vin+ < Vin-

　レジスタのビット５、４を使うとC2OUT、C1OUTの出力を
　反転できるようになっています。

　C2INV 1:inverse 0:normal
　C1INV 1:inverse 0:normal

　ここまでで、アナログコンパレータは２個あることがわかります。
　ピンアサインで確認できます。




　PICは、ひとつのピンに複数の機能を割り当てているので
　アナログコンパレータを使うのか、他の機能にするのか
　を指定します。

　CM2からCM0の組合せによる接続は、以下。



　アナログコンパレータを２つ使う場合、100を設定します。

   CMCON = 0x40 ;

　アナログコンパレータが２つあるので、プッシュスイッチ
　を２つ利用できるようにシステムを構成できます。



　プッシュスイッチを押すと、比較電圧よりも小さくなり
　そのときに割込みを発生するように指定します。


   CMCON = (3 << 4) | 0x40 ;

　プッシュスイッチSW1、SW2をスタート、ストップに役割
　分担しておけば、タイマー割込みとシフトレジスタでの
　判定処理よりも簡単にスイッチ状態の変化を読取れます。

　割込みを使うため、アナログコンパレータ関係のレジスタ
　リストを確認します。



　レジスタリストから必要なビット処理を指定していきます。

　周辺モジュールの該当割込み許可

   　PIE1.CMIE = ON ;

　周辺モジュールの割込み許可

   　INTCON.PEIE = ON ;

　ポートＡの入出力方向指定

   　TRISA = 0xff ;

　ここまでの内容を、初期化関数の中に入れます。

void usr_init(void)
{
  /* port directions */
  TRISA = 0xff ;
  /* initialize analog comparator */
  {
    /* select analog comparator channel and invert */
    CMCON = (3 << 4) | 0x40 ;
    /* enable analog comparator interrupt */
    PIE1.CMIE = ON ;
    /* enable peripheral interrupt */
    INTCON.PEIE = ON ;
  }
  /* enable global interrupt */
  INTCON.GIE = ON ;
}

　割込みハンドラは、アナログコンパレータの割込みを
　判定し、どちらのチャネルかで該当するフラグを設定
　します。

void interrupt(void)
{
  /* analog comparator */
  if ( INTCON.CMIF == ON ) {
    /* clear flag */
    INTCON.CMIF = OFF ;
    /* judge */
    if ( CMCON.C2OUT == ON ) { AC2FLAG = ON ; }
    if ( CMCON.C1OUT == ON ) { AC1FLAG = ON ; }
  }
}

　イベントフラグができれば、main関数内部の該当
　処理の記述は単純になります。

　積分回路では、キャパシタに電荷をチャージしてから
　放電により電荷がなくなるまでの時間を、タイマーで
　カウントさせるようにします。



　動作シーケンスは、次のようにします。

    

  1. ターゲットピンに１を出力

  2. ターゲットピンを出力に設定

  3. 時間待ち

  4. ターゲットピンを入力に設定

  5. カウンタ値をクリア

  6. 割込み処理のイベントフラグ待ち

  7. カウンタ値をリード

  8. カウンタ値に応じた処理実行


　１から４はひとつの関数にまとめられます。

void charge(void)
{
  /* impress 1 */
  PORTA.F0 = ON ;
  /* set RA0 as output pin */
  TRISA.F0 = 0 ;
  /* delay */
  Delay_ms(1);
  /* set RA0 as input pin */
  TRISA.F0 = 1 ;
}

　タイマーカウンタの値をクリアして
　放電を開始するコードは、以下。

  /* clear counter */
  TMR1H = 0 ;
  TMR1L = 0 ;
  /* enable timer 1 */
  T1CON.TMR1ON = ON ;

　カウントを開始してしまえば、アナログコンパレータ
　からの通知を待つだけになります。

  if ( CM1FLAG == ON ) {
    /* clear flag */
    CM1FLAG = OFF ;
    /* stop count */
    T1CON.TMR1ON = OFF ;
    /* get counter */
    xcnt = TMR1H ;
    xcnt <<= 8 ;
    xcnt |= TMR1L ;
  }

　充放電時間幅を求めるには、インプットキャプチャを利用します。

　２つのアナログコンパレータを利用し、開始と終了の
　トリガーを受けて、各時のタイマーカウンタ値を記録
　するのが、インプットキャプチャになります。



　カウンタを、フリーで自動インクリメントさせておき
　２つのアナログコンパレータ割込みで、カウンタ値を
　保存し、その差分Ｎを求めると、周期ｘＮで時間差を
　計算できます。

　OPアンプで構成したウィンドウコンパレータが、この
　処理と等価です。



　キャパシタの放電では、２つの電位でトリガーをかけて
　カウンタ値を取得します。放電するには、充電が必要と
　なるので、動作シーケンスを考えます。

　利用する回路は、以下。



　充電開始

　　充電開始のトリガーには、タイマー割込みを使います。
　　１秒ごとに、タイマー割込みでイベント通知フラグを
　　セットし、1ms充電します。

    if ( TFLAG == ON ) {
      /* clear flag */
      TFLAG = OFF ;
      /* disable analog comparator */
      CMCON = 0x07 ;
      /* stop count */
      T1CON.TMR1ON = OFF ;
      /* charge */
      charge();
      /* clear counter */
      TMR1H = 0 ;
      TMR1L = 0 ;
      /* start count */
      T1CON.TMR1ON = ON ;
      /* enable analog comparator */
      CMCON = 0x04 ;
      /* clear state */
      state = 0 ;
    }

　コンパレータ１割込み

　　コンパレータ１の割込み発生をイベント通知フラグで検出。
　　イベント通知フラグを利用し、カウンタ値を保存。

    if ( AC1TFLAG == ON ) {
      /* clear flag */
      AC1TFLAG = OFF ;
      /* store counter value */
      cmpcnt1 = TMR1H ;
      cmpcnt1 <<= 8 ;
      cmpcnt1 |= TMR1L ;
      /* update state */
      state++ ;
    }

　コンパレータ２割込み

　　コンパレータ２の割込み発生をイベント通知フラグで検出。
　　イベント通知フラグを利用し、カウンタ値を保存。

    if ( AC2TFLAG == ON ) {
      /* clear flag */
      AC2TFLAG = OFF ;
      /* store counter value */
      cmpcnt2 = TMR1H ;
      cmpcnt2 <<= 8 ;
      cmpcnt2 |= TMR1L ;
      /* update state */
      state++ ;
    }

　計算

　　状態変数を利用し、２カウンタ値を取得したことを
　　確認し、計算に入ります。

    if ( state == 2 ) {
      /* clear */
      state = 0 ;
      /* disable analog comparator */
      CMCON = 0x07 ;
      /* stop count */
      T1CON.TMR1ON = OFF ;
      /* calculate */
      if ( cmpcnt2 >= cmpcnt1 ) {
        cmpcnt = cmpcnt2 - cmpcnt1 ;
      } else {
        cmpcnt = cmpcnt1 - cmpcnt2 ;
      }
    }

　ここまでで、状態変数と通知フラグだけを利用し
　制御変数を利用した、for文でのシーケンスには
　なっていないことに注意します。

　組込みのファームウエアを作成する場合、タイマー割込みと
　通知フラグを使ったイベント駆動処理にするのが定石です。

(under construction)
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