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No.0021 2021.3.21
ルネサス RX621 (11) アナログ入力、アナログ出力を使ってみる
今回のソースファイル：
rx62_test5.zip （301 KB）
□ １．アナログ入力、出力
RX621では、12bit（1ユニットｘ8ch）のアナログ入力、10bit（2ユニット×4ch）のアナログ入力が、排他でどちらか１つだけ使用できます。今回は10bitのアナログ入力を使用します。ここでいうユニットとはAD変換器のことで、2ユニットあるほうは最大2ch同時にAD変換できます。
アナログ出力については、残念ながら今回使用しているRX621の100pinタイプのみ、１ユニット（DA1）しか使用できないようです。10bit出力が可能です。
回路は以下のようにします。アナログ入力は、ボリューム抵抗で電圧を0～3Vの範囲で可変させて入力させます。上段の1kΩは、ボリューム抵抗の故障モードがよく分からないため、ショートモードを想定しての制限抵抗です。 アナログ出力は、47kΩで終端させています。1kΩは、ショートモードを想定しての制限抵抗です。制限抵抗との分圧で、0～3.2Vの波形となります。それぞれTPを付けて、そこの電圧を測定して動作確認とします。
AKI-RX621 ピンアサイン アナログ反映.xlsx
RX621 アナログ入出力回路図.xlsx
部品を実装した状態です。前回までの回路に、今回の回路を追加しました。可変抵抗は、コネクタを介せずに直接基板に取り付けました。各TPは電線をはんだ付けしました。オシロのプローブが付けやすいように、GNDも電線を付けました。
□ ２．アナログ入出力をしてみる
前回作成したタイマーのプロジェクトに、アナログ入出力の処理を追加します。
以下のような処理にします。なお、回路の分圧は考慮しないものとします。
①DA1は、sin波形を出力する。
90°で最大値3.3V、270°で0V、0°と180°のとき1.65Vとする。
2°ごとに出力値を算出し、出力を変動させる。
10bitDA出力のため、0.0032V/bitとなる。
②AN0の電圧0～3.3V（=0x3FFF）の値を参照し、最大値と現在値の比をsin波形の振幅とする。
③ボタン２（P46）を押すごとに、sin波形の出力ON/OFFが切り替わる
という処理にします。
ソースコードは以下のようになります。
前回のタイマーからの差分のみの掲載です。
vect.h、intprg.c の該当部分は、前回と同じようにコメントアウトしてください。
省略したタイマーなどの部分は、前回までのレポートを参照してください。
□ ３．外部関数の使い方
sin関数を使用するために、 冒頭の宣言で以下のように記載したと思いますが、 このままではビルドエラーが出てしまいます。
#include
"math.h"
// 三角関数演算用
【ビルドエラー】
E0562310:Undefined external symbol "_sin" referenced in "DefaultBuild\main.obj"
これは、ビルドツールのオプションを変更することでエラーが消えます。
① プロジェクトツリーの「CC-RX（ビルド・ツール）」を選択。
② 「ライブラリ・ジェネレート・オプション」タブを開く。
③ 「math.h(C89/C99)を有効にする」を 「はい(-head=math)」に変更する。
□ ４．コンペアマッチタイマ（CMT）の設定
DAの処理用にCMT1を使います。
使い方は、前回のレポートで使用したCMT0と同じです。
今回は、2°ごとに呼び出すため、タイマー時間 × 180 がsin波形の１周期となります。 PCLKは外部クロック12MHzの２倍で、24MHzです。PCLK/8 のクロックを選択し、24MHz÷8＝3MHz＝0.333μs が１カウント分の時間になります。今回は1000カウントを設定したため、0.333μs × 1000 × 180回 ＝ 60ms がsin波形の周期となります。
ベクタ仕様は、ベクタ番号：29、IER：IER03.IEN5、IPR：IPR05 になります。
No.0020 ルネサス RX621マイコン 初心者(10) タイマー機能を使ってみる
□ ５．アナログ出力（DA）の設定
最初に、このDAの機能は無効になっていますので、有効にします。
ハードウェアマニュアル（R01UH0033JJ0140）の「9.2.2 モジュールストップコントロールレジスタA（MSTPCRA）」の一覧にあるレジスタのうち、MSTPA19を0に設定します。
ソースコードでは以下のように記述します。
SYSTEM.MSTPCRA.
BIT.MSTPA19 = 0;
// DAユニット1 有効化
アナログ出力は10bitですが、レジスタ自体は16bitです。16bitのレジスタのうち下位10bit（0～0x3FF）を右詰め（LSB）で使用するのか、上位10bit（0x400～0xFFC）を左詰め（MSB）で使用するのか選択することができます。通常は右詰め（LSB）で使用します。初期設定は右詰め（LSB）のため、この設定は省略してもかまいません。ハードウェアマニュアル「36.2.3 DADRm フォーマット選択レジスタ（DADPR）」 のDPSELレジスタを使用します。
ソースコードでは以下のように記述します。
DA.DADPR.
BIT.DPSEL = 0;
// 0：D/AデータレジスタはLSB詰め
次にDA1の制御方法と出力の設定をします。初期状態は出力OFFにしておいて、ボタンが押されたら出力ON/OFFするようにします。 RX621の100pinタイプではDAは１つしかなく、初期状態で個別制御、出力OFFとなっているため、省略してもかまいません。
ソースコードでは以下のように記述します。
DA.DACR.
BIT.DAE = 0;
// 0：チャネル0、1のD/A変換を個別制御
DA.DACR.
BIT.DAOE1 = 0;
// チャネル1のアナログ出力（DA1）OFF
□ ６．アナログ入力（AD）の設定
最初に、このADの機能は無効になっていますので、有効にします。
ハードウェアマニュアル（R01UH0033JJ0140）の「9.2.2 モジュールストップコントロールレジスタA（MSTPCRA）」の一覧にあるレジスタのうち、MSTPA23を0に設定します。
ソースコードでは以下のように記述します。
SYSTEM.MSTPCRA.
BIT.MSTPA23 = 0;
// ADユニット0 有効化
AD変換の動作モードを設定します。シングルモードは、AD変換をONしたときに設定したchを1回だけ変換します。連続スキャンモードはAN0→AN1→AN2→AN3→AN0・・・と繰り返し変換し続けます。今回はシングルモードで使用します。初期設定は右詰めシングルモードのため、この設定は省略してもかまいません。ハードウェアマニュアル「35.2.3 A/D コントロールレジスタ（ADCR）」 のMODEレジスタを使用します。
ソースコードでは以下のように記述します。
AD0.ADCR.
BIT.MODE = 0;
// 動作モード シングルモード
次にAD変換のクロックを設定をします。
説明には以下のようにあります。
A/D 変換時間を決めるA/D 変換クロック（ADCLK）の周波数を設定します。 ADCLK の周波数は、4MHz 以上になるように設定してください。
AKI-RX621のPCLKは24MHzのため、4MHz以上とするには PCLK/4（= 6MHz）を選択します。 ハードウェアマニュアル「35.2.3 A/D コントロールレジスタ（ADCR）」 のCKSレジスタを使用します。
ソースコードでは以下のように記述します。
AD0.ADCR.
BIT.CKS = 1;
// クロック選択 PCLK/4
次にAD変換の開始タイミングを設定をします。
通常は、ADCSRレジスタのADSTレジスタを1にすることでAD変換を開始します。これをソフトウェアトリガといいます。その他に外部端子からの入力信号や、他の特定の割り込み発生のタイミングで開始することもできます。今回はソフトウェアトリガを使用し、初期設定でソフトウェアトリガになっているため省略可能です。 ハードウェアマニュアル「35.2.3 A/D コントロールレジスタ（ADCR）」 のTRGSレジスタを使用します。
ソースコードでは以下のように記述します。
AD0.ADCR.
BIT.TRGS = 1;
// ソフトウェアトリガ
アナログ入力は10bitですが、レジスタ自体は16bitです。16bitのレジスタのうち下位10bit（0～0x3FF）を右詰め（LSB）で使用するのか、上位10bit（0x400～0xFFC）を左詰め（MSB）で使用するのか選択することができます。通常は右詰め（LSB）で使用します。初期設定は右詰め（LSB）のため、この設定は省略してもかまいません。ハードウェアマニュアル「35.2.4 ADDRn フォーマット選択レジスタ（ADDPR）（n = A ～ D））」 のDPSELレジスタを使用します。
ソースコードでは以下のように記述します。
D0.ADDPR.
BIT.DPSEL = 0;
// データはLSB詰め
アナログ入力のA/D変換後に割り込みを発生させることができ、この割り込みのタイミングで変換データを取得します。シングルモードの場合は関係ありませんが、連続モードの場合は割り込みでデータを取得しないと、すぐに次のchのA/D変換を行ってしまうためデータが正しく読めなくなります。この割り込みを有効にします。ハードウェアマニュアル「35.2.2 A/D コントロール／ステータスレジスタ（ADCSR）」 のADIEレジスタを使用します。
ソースコードでは以下のように記述します。
AD0.ADCSR.
BIT.ADIE = 0;
// A/D割り込み許可
次にAD0で使用する割り込みの機能設定を行います。
ベクタテーブル一覧表から、ベクタ番号：98、IER：IER0C.IEN2、IPR：IPR44 の値を使用します。
ソースコードでは以下のように記述します。
ICU.IR[98].BIT.IR = 0;
// 割り込みステータスレジスタリセット
ICU.IPR[0x44].BIT.IPR = 0xF;
// 割込みレベル 15(高)
ICU.IER[0x0C].BIT.IEN2 = 1;
// ADI0(vect=98) 割込み許可
アナログ入力を行うchを設定します。このchはプログラム中で自由に切り替えることができ、切り替えた後にA/D変換をONにすることで、正しく各chの電圧を値にすることができます。今回はAN0しか使用しないため、予め設定しておきます。ハードウェアマニュアル「35.2.2 A/D コントロール／ステータスレジスタ（ADCSR）」 のCHレジスタを使用します。
ソースコードでは以下のように記述します。
AD0.ADCSR.
BIT.CH = 0;
// AN0を選択
最後に、アナログ入力を１回行います。 今回のテストプログラムでは、アナログ入力に応じでsin波の出力を変動させるようにするため、初期値を取得します。ハードウェアマニュアル「35.2.2 A/D コントロール／ステータスレジスタ（ADCSR）」 のADSTレジスタを使用します。
ソースコードでは以下のように記述します。
AD0.ADCSR.
BIT.ADST = 1;
// AN変換開始 (初期値取得)
□ ７．動作確認
ボタンのON/OFF処理（203～205行目）、sin波 出力処理（8、12、20行目、30～37行目、261～287行目）、 アナログ入力値取得の処理（13、17行目、292～295行目） を追加し、ビルド＆ダウンロードして実行します。 ボタン２（P46）を押すと、DA1からsin波形の出力がON/OFFできます。
オシロスコープの画像は、Ch1がDA1のTP、Ch2がAN0のTPです。 AN0の入力電圧に応じて、DA1から出力されるsin波の振幅が変化していることがわかります。
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