第三章　32ビットPIC(PIC32MX)を使ってみる

　　　　高性能な３２ビットＰＩＣ（ＰＩＣ３２ＭＸ）を使ってみようというコーナーです。
　　　　ＰＩＣ３２ＭＸには、ＡＲＭと並び、世界的に普及しているＭＩＰＳコア（ＭＩＰＳ３２）が使用されており、ＰＩＣの分野に限らず、
　　　　これから本格的にアセンブラでＭＩＰＳコアを使おうというユーザーにも最適だと思います。
　　　　ＭＩＰＳコアは、ＲＩＳＣプロセッサを代表するもので、デジタル家電から通信、その他ゲーム機まで幅広い用途で本格的に
　　　　使われていて、多くの半導体メーカーが採用しているアーキテクチャーの一つなので、資料も豊富です。
　　　　開発に必要なアセンブラ等のマニュアルは、 「ＭＩＰＳ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ　社」のＨＰより無償でダウンロードできます。
　　　　マイクロチップ社が紹介しているマニュアル「MIPS32　Architecture　for　Programmers　Volume　II:　The MIPS32　Instruction
　　　　Set」は、アセンブラで開発する場合は、このＨＰからダウンロードしておいた方がいいと思います。
　　　　（簡単なユーザー登録は必要です。）
　　　　
　　　　ＭＩＰＳ命令セットは、従来のＰＩＣとはかなり異なっています。
　　　　時間のかかるメモリーとのアクセスは、ロード、ストア命令でのみ行ない、それ以外の命令は３１本の汎用レジスタ間で行なう
　　　　ようになっています。（これらのレジスタの中には特徴のあるレジスタがあるので、全てが自由に使用できるわけではありません）
　　　　分岐命令を行なう場合は、ＮＯＰ等が必要になる場合があります。
　　　　その他、いろいろ特徴のある命令セットですが、Ｃ言語だけで開発すると、その特徴は分かりにくいので、アセンブラで開発して
　　　　みる事をお勧めします。
　　　
　　　　なお、ＰＩＣ３２ＭＸは、３２ビットの高性能なＣＰＵですが、１ステップ１クロックで動作するので、クロック数だけで比較しても、
　　　　同一クロックでは、８ビット系ＰＩＣや１６ビットＰＩＣに比べて、処理速度が２〜４倍になります。
　　　　

　　　　　●ＰＩＣ３２ＭＸの秋月電子での取り扱い　　Ｈ２４．６現在
　　
　　　　　　　ＰＩＣ３２ＭＸ２５０Ｆ１２８Ｂ−Ｉ／ＳＰ　プログラムメモリ：１２８ＫＢ／ＳＲＡＭ：３２ＫＢ　ＵＳＢ　　３６０円
　　　　　　　ＰＩＣ３２ＭＸ２３０Ｆ０６４Ｂ−Ｉ／ＳＰ　プログラムメモリ：　６４ＫＢ／ＳＲＡＭ：１６ＫＢ　ＵＳＢ　　３２０円　
　　　　　　　ＰＩＣ３２ＭＸ２２０Ｆ０３２Ｂ−Ｉ／ＳＰ　プログラムメモリ：　３２ＫＢ／ＳＲＡＭ：　８ＫＢ　ＵＳＢ　　２２０円
　　　　　　　ＰＩＣ３２ＭＸ２１０Ｆ０３２Ｂ−Ｉ／ＳＰ　プログラムメモリ：　１６ＫＢ／ＳＲＡＭ：　４ＫＢ　ＵＳＢ　　２００円
　　　　　　　ＰＩＣ３２ＭＸ１２０Ｆ０３２Ｂ−Ｉ／ＳＰ　プログラムメモリ：　３２ＫＢ／ＳＲＡＭ：　８ＫＢ　　　　　　　２００円
　　　　　　　ＰＩＣ３２ＭＸ１１０Ｆ０３２Ｂ−Ｉ／ＳＰ　プログラムメモリ：　１６ＫＢ／ＳＲＡＭ：　４ＫＢ　　　　　　　１９０円
　

マイクロチップ社のパンフレットより抜粋

28ピン(32ビット)PIC　PIC32MX120F032B/PIC32MX220F032B/PIC32MX250F128Bを使ってみる

　　　　　　PIC32MX120F032Bは、３２ビットの高性能なＣＰＵでありながら、形状が２８ピンＤＩＰ型と扱いやすく、また、ピン配列が
　　　　　第二章や第三章で扱っている１６ビット系ＰＩＣ（PIC24FJ64GA002やdsPIC33FJ32GP202等）と同じである事から、そのまま
　　　　　差し替えが可能な、大変使いやすいマイコンです。
　　　　　PIC32MX220F032Bは、ＰＯＲＴＢの一部がＵＳＢで取られているため、ポートをフルに使う用途ではPIC32MX120F032Bの方が
　　　　　使いやすいかと思いますが、ＵＳＢを使う用途は多いと思われるので、そういう用途では便利なマイコンだと思います。

　　　　　このマイコンは、電源電圧が２．３Ｖ〜３．６Ｖなので注意が必要です。

PIC32MX120F032B／PIC32MX220F032B／PIC32MX250F128Bのイメージ

マイクロチップ社のデータシートより抜粋

ＰＩＣＫＩＴ３を接続する例
　

マイクロチップ社のＣコンパイラー（ＭＰＬＡＢ　Ｃ３２）の変数　※マイクロチップ社のマニュアルより抜粋

　　●　実験ボード　タイプ１(PIC32MX120F032B)

　　　　　第二章で使用した１６ビット系ＰＩＣの実験ボードを、そのまま使用して実験ボードにしてみました。
　　　　　ＩＳＣＰ用のアダプタも、１６ビットＰＩＣ用に作成したものが、そのまま使用できます。

実験ボードのイメージ／回路図

　　　　　１．基本プログラム編

　　　　　　　（１−ａ）ルーレットアダプタをつないでみる�@

　　　　　　　　　　　ＰＯＲＴＢ（０〜７）につないだＬＥＤが回転するプログラムを作ってみた。


　　　　　　　　　　　サンプル�@、�C、�Eは、アセンブラプログラムで、Ｃ３２を使ってそのままコンパイルできます（コンパイラが拡張子Ｓのファイルを
　　　　　　　　　　　アセンブラと認識します）。
　　　　　　　　　　　プリプロセッサを使っているので、ファイル名の拡張子は大文字の「．Ｓ」にします。
　　　　　　　　　　　アセンブラバージョンのみ、Ｃｏｎｆｉｇは、ＭＰＬＡＢの「Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ」＝＞「Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　Ｂｉｔｓ」で指定します。
　　　　　　　　　　　（アセンブラソース中のＣｏｎｆｉｇは、デバイスに反映されていません。設定方法は、下記の図を参照の事）。
　　　　　　　　　　　Ｃ言語バージョンのＣｏｎｆｉｇは、プログラム中のＣｏｎｆｉｇワードで設定しているので、ＭＰＬＡＢでは指定しないで下さい。
　　　　　　　　　　　サンプル�@は、ＬＥＤの表示位置をＲＡＭ領域に置いていますが、これはＲＡＭをアクセスするサンプルにするためです。
　　　　　　　　　　　�Eの割り込みバージョンは、タイマーの周期が２秒になっています（�Cは１秒です）。
　　　　　　　　　　　ＭＩＰＳコアのコマンドは、全てが１クロックで動作完了できるわけではないので、コマンド発行の後に、ＮＯＰ等が必要になる種類の
　　　　　　　　　　　コマンドがあります（サンプルソースでは、「ｂｎｅ」「ｍｕｌｔ」等のコマンドが該当します）。


　　　　　　　　　　　サンプル�Fは、ＴＩＭＥＲ２割り込みバージョンですが、ＰＩＣ３２ＭＸで割り込みを発生させる場合、アセンブラにより’ＥＩ’コマンド
　　　　　　　　　　　（enable interrupts）を発行するか、Ｃ３２の「INTEnableInterrupts」関数等で割り込みをイネーブルにしてやる必要があるので、
　　　　　　　　　　　注意が必要です。※詳しくは、サンプル�Fのプログラムソースを参照してください。


　　　　　　　　　　　サンプル�Gは、ＴＩＭＥＲ２割り込みを３２ビットモードでかけているものですが、このモードではＴＩＭＥＲ２、３をペアで使うため、
　　　　　　　　　　　コントロールはＴＩＭＥＲ２で行い、ＰＲレジスタはＴＩＭＥＲ２，３で指定し、割り込みはＴＩＭＥＲ３で行なう必要があります。
　　　　　　　　　　　この仕様は１６ビットＰＩＣでも同じです。

写真／回路図

ＭＰＬＡＢの画面からＣｏｎｆｉｇを指定する例（内部ＯＳＣ：８ＭＨｚ）　

test1.S

プログラムソースサンプル�@(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　アセンブラ)　バージョン

test2.c

プログラムソースサンプル�A(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｃ言語(MPLAB　C32))　バージョン　※内部ＯＳＣ:８[ＭＨｚ]

test3.c

プログラムソースサンプル�B(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｃ言語(MPLAB　C32))　バージョン　※高速ＰＬＬ４０ＭＨｚ、タイマー：１[Ｓ]　

test4.S

プログラムソースサンプル�C(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｔｉｍｅｒ仕様　アセンブラ)　バージョン

test5.c

プログラムソースサンプル�D(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｔｉｍｅｒ仕様　Ｃ言語(MPLAB　C32))　バージョン 　※内部ＯＳＣ:８[ＭＨｚ]、タイマー：１[Ｓ]

test6.S

プログラムソースサンプル�E(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｔｉｍｅｒ割り込み仕様　アセンブラ)　バージョン

test7.c

プログラムソースサンプル�F(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｔｉｍｅｒ割り込み仕様　Ｃ言語(MPLAB　C32))　バージョン 　
※内部ＯＳＣ　ＰＬＬ:４０[ＭＨｚ]、タイマー割り込み：１[Ｓ]

test8.c

プログラムソースサンプル�G(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｔｉｍｅｒ割り込み仕様　Ｃ言語(MPLAB　C32))　バージョン 　
※内部ＯＳＣ　ＰＬＬ:４０[ＭＨｚ]、タイマー割り込み：１[Ｓ]　３２ビットタイマーモード

　　　　　　　（１−ｂ）ルーレットアダプタをつないでみる�A

　　　　　　　　　　　上記のサンプルに、８ＭＨｚの水晶をつないで、クロックを内部ＯＳＣではなく、外部の水晶にしたものです。


　　　　　　　　　　　サンプル�@は、１秒毎にＬＥＤが動くもので、上記サンプル�Gのプログラムのコンフィグワードを変更したものです。
　　　　　　　　　　　クロックは、ＰＬＬで４０ＭＨｚになっています。

写真／回路図
使用した水晶は、プラスッチック製で、変な形状をしていますが、安価な８ＭＨｚ・表面実装タイプのものです。
（普通の水晶と同じです）

test1.c

プログラムソースサンプル�@(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｔｉｍｅｒ割り込み仕様　Ｃ言語(MPLAB　C32))　バージョン 　
※外部８ＭＨｚ水晶　ＰＬＬ:４０[ＭＨｚ]、タイマー割り込み：１[Ｓ]　３２ビットタイマーモード

　　　　　　　（２）ＵＡＲＴを使ってみる

　　　　　　　　　　　パソコンのハイパーターミナルにつないで、簡単なエコーバックプログラムを作ってみた。
　　　　　　　　　　　サンプル�Aは、サンプル�@の受信割り込みバージョンですが、ＰＩＣ３２ＭＸで割り込みを発生させる場合、アセンブラにより’ＥＩ’
　　　　　　　　　　　コマンド（enable interrupts）を発行するか、Ｃ３２の「INTEnableInterrupts」関数等で割り込みをイネーブルにしてやる必要があるので、
　　　　　　　　　　　注意が必要です。　※詳しくは、サンプル�Aを参照してください。

写真／回路図　

ハイパーターミナルのイメージ

ハイパーターミナルの設定　

test1.c

プログラムソースサンプル�@(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｃ言語(MPLAB　C32))　※内部ＯＳＣ−ＰＬＬ　４０[ＭＨｚ]　バージョン　

test2.c

プログラムソースサンプル�A(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｃ言語(MPLAB　C32))　※内部ＯＳＣ−ＰＬＬ　４０[ＭＨｚ]、ＵＡＲＴ割り込みバージョン　

　　　　　　　（３）電圧計にしてみる（０〜３．３[Ｖ]）

　　　　　　　　　　　Ａ／Ｄ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒモジュールを使って、０〜３．３[Ｖ]の電圧計にしてみた。
　　　　　　　　　　　結果はパソコンのハイパーターミナルに表示する。
　　　　　　　　　　　実験で簡単な保護回路しか付けていないので、入力が電源電圧を越えるとＰＩＣが壊れるので、注意が必要だ。

写真／回路図　

ハイパーターミナルのイメージ

ハイパーターミナルの設定　

test1.c

プログラムソース�@(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｃ言語(MPLAB　C32))　※内部ＯＳＣ−ＰＬＬ　４０[ＭＨｚ]　バージョン　

　　　　　　　（４）Ｄ／Ａコンバータにしてみる

　　　　　　　　　　　ＰＩＣ３２ＭＸ１２０Ｆ０３２Ｂに内蔵されているＣｏｍｐａｒａｔｅｒ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅは、これを出力する事もできるので、１６Ｓｔｅｐの
　　　　　　　　　　　Ｄ／Ａコンバータにする事もできます。
　　　　　　　　　　　サンプル�@は、８ＭＨｚの水晶と、ＯＰ−ＡＭＰによるボルテージフォロアをつないで、５０ＨｚのＳＩＮ波を出力するものです。

写真／回路図／オシロスコープによる出力イメージ　

test1.c

プログラムソース�@(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｃ言語(MPLAB　C32))　※外部８ＭＨｚ水晶　４０[ＭＨｚ]　バージョン　

　　　　　　　（５）周波数カウンターにしてみる

　　　　　　　　　　　実験で、３２ビットタイマー割り込みを使って周波数カウンターにしてみました。
　　　　　　　　　　　ＰＩＣ３２ＭＸは高速で、３２ビットカウント（０〜４、２９４、９６７、２９５）出来るので、ソフトウエアによる簡単なカウンターだけでも
　　　　　　　　　　　数ＭＨｚ程度の周波数カウンターを作る事ができます。
　　　　　　　　　　　サンプル�@は、測定精度を上げるため、１ＭＨｚのパルスを入力しながら実測し、タイマー２、３のＰＲ２，ＰＲ３に補正をかけたものですが、
　　　　　　　　　　　この部分は、コンパイラーの種類やバージョンに左右されるため、測定精度を高くするなら、ＰＲ２，ＰＲ３の補正が個々に必要になります。

　　　　　　　　　　　このサンプルは、簡単な保護回路しか付けていないので、入力は電源電圧を越えてはいけません。

写真／回路図　

１ＭＨｚのパルスを入力して、ハイパーターミナルに表示したイメージ　
時々、誤った値を表示する事がありますが、このサンプルは、実験レベルのものです。

ハイパーターミナルの設定

test1.c

プログラムソース�@(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｃ言語(MPLAB　C32))　※外部８ＭＨｚ水晶　４０[ＭＨｚ]　バージョン　

　　　　　　　　　　　●このような実験に使うテストパルスは、メーカー製のファンクションジェネレータで発生させても、クリスタルオシレータを使っても
　　　　　　　　　　　　いいと思うのですが、３．３Ｖ用のクリスタルオシレータは、５Ｖ用のものほど入手しやすくはないと思うので、
　　　　　　　　　　　　１２Ｆ１８２２を使って簡単な分周プログラムを作っておくと、３．３Ｖ、５Ｖ兼用のクリスタルオシレータとして使えて、便利だと思います。
　　　　　　　　　　　　サンプルは、電源投入時のＳ１、Ｓ２の組み合わせで、１ＭＨｚ、１００ＫＨｚ、１０ＫＨｚ、１ＫＨｚを出力するもので、単なる分周プログラム
　　　　　　　　　　　　です。
　　　　　　　　　　　　このようなプログラムはアセンブラで作る必要があります。

写真／回路図　
回路図中の１０ＫΩ＊２のプルアップ抵抗は、基板中央にある黒いチップ抵抗です。
０．１μＦのコンデンサもチップです。

電源投入時のモードスイッチの設定値と出力周波数
○：スイッチを閉じる、　×：スイッチを開く　

test1.asm

プログラムソース�@(MPLAB用　PIC12F1822用　アセンブラ言語(MPLAB／MPASM))

　　●　実験ボード　タイプ２(PIC32MX120F032B)

　　　　　１６ビットのアダプタをつなぐため、ボードを作ってみました。
　　　　　７ＳＥＧＭＥＮＴ　ＬＥＤや、ドットマトリックス表示器等をつなぐためのものです。
　　　　　回路は上記の「実験ボード　タイプ１」とほぼ同じです。

　　　　　　　（１）１６ビットＤ／Ａコンバータをつないでみる

　　　　　　　　　　　１６ビットＲ−２Ｒ型のＤ／Ａコンバータをつないでみました。
　　　　　　　　　　　「第二章　１６ビットＰＩＣを使ってみる」で作ったアダプタをつないだものです。
　　　　　　　　　　　ポートの出力をそのままＤ／Ａ出力するために１６ビットにしてありますが、無調整で１６ビットもの精度があるわけではありません。

　　　　　　　　　　　サンプル�@は５０Ｈｚ、サンプル�Aは１ＫＨｚのＳＩＮ波を発生するもので、２００分割した滑らかなＳＩＮ波を出力します。
　　　　　　　　　　　かんたんなサンプルで、高精度なプログラムにはしていませんが、周波数の精度は１パーセント以上はあるようです。

写真と回路図

実験ボードタイプ２／Ｄ・Ａコンバータアダプタ　

出力イメージ（５０Ｈｚ／１ＫＨｚ）　

sample1.c

プログラムソースサンプル�@　５０ＨｚＳＩＮ波　(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｃ言語(MPLAB　C32))　
※８ＭＨｚ水晶−ＰＬＬ　４０[ＭＨｚ]バージョン　

sample2.c

プログラムソースサンプル�A　１ＫＨｚＳＩＮ波　(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｃ言語(MPLAB　C32))　
※８ＭＨｚ水晶−ＰＬＬ　４０[ＭＨｚ]バージョン　

　　　　　　　（２）０〜３３００[ｍＶ]電圧計にしてみる

　　　　　　　　　　　７ＳＥＧＭＥＮＴ　ＬＥＤをつないで、０〜３．３［Ｖ］の電圧計にしてみました。
　　　　　　　　　　　このＭＰＵは３．３Ｖデバイスなので、７４ＨＣ２４５を３．３−＞５Ｖ変換ＩＣの代わりに使っています。
　　　　　　　　　　　７４ＨＣ２４５を使ったのは、秋月電子で５個２００円で購入できるからで、双方向性が必要なわけではありません。
　　　　　　　　　　　このＩＣを使った場合、ＤＩＲ（１ピン）の電圧を間違えると、入力と出力が逆向きになり、ＰＩＣ側に５Ｖが出力されて、ＰＩＣが
　　　　　　　　　　　壊れる可能性があります。
　　　　　　　　　　　また、入力はＰＩＣの電源電圧を超えないように注意が必要です。

写真と回路図
７ＳＥＧＭＥＮＴ表示器の種類にもよりますが、表示が暗いので、制限抵抗の４７０Ω＊８はもう少し小さくしたほうがいいと思います。
ただし、制限抵抗を小さくした場合は、２ＳＣ１８１５のＩｃに注意するか、Ｉｃがもっと大きなトランジスタに変更する必要があります。

アダプタ基板のイメージ　

sample1.c

プログラムソースサンプル�@　(MPLAB用　PIC32MX120F032B用　Ｃ言語(MPLAB　C32))　
※８ＭＨｚ水晶−ＰＬＬ　４０[ＭＨｚ]バージョン　

　　●　実験ボード　タイプ３(PIC32MX250F128B/PIC32MX220F032B) ※USB機能

　　●　ＬＡＮ（イーサネット）につないでみる(ENC28J60　＋　PIC32MX120F032B)

　　　　　ＬＡＮコントローラ（ＥＮＣ２８Ｊ６０）を使って、ＬＡＮにつなぐ事例です。

　　　　※この記事は、 「（別室）インターフェースのページ」のページ にあります。

　　●　人の声を出力してみる(ATP3011F4　＋　PIC32MX250F128B)

　　　　　音声合成ＬＳＩ（ＡＴＰ３０１１）を使って、人間の声をしゃべるプログラムを作ってみました。
　　　　　使用した音声合成ＬＳＩ（ＡＴＰ３０１１Ｆ４−ＰＵ）は、秋月電子で８５０円で購入できるもので、このＬＳＩは
　　　　　「かわいい系の女性」の声ですが、秋月電子では、他に男性の声や、ロボットの声などのＬＳＩも販売しています。
　　　　　ＵＡＲＴやＩ２Ｃでローマ字データを入力するだけで使用できるＬＳＩなので、ＰＩＣ３２ＭＸ２５０Ｆ１２８Ｂのような高性能な
　　　　　マイコンを使わなくても、８ピンＰＩＣ（ＰＩＣ１２Ｆｘｘｘ）でも十分使えるＬＳＩなのですが、
　　　　　３２ビットＰＩＣを使ったのは、簡単なＡＩを作って、ＡＩの出力として使う事を想定しているからです。
　　　　　ＡＩについては、この章でサンプルプログラムを紹介する予定です。

　　　　　電源が３．３Ｖなので、オーディオアンプに、秋月電子で安価で購入できるＴＡ７３６８Ｐを使っていますが、
　　　　　５Ｖ系ＰＩＣを使えば、最も一般的なＬＭ３８６のようなＩＣを使用する事もできます。
　　　　　
　　　　　サンプル�@は、稼動確認のために作った簡単なプログラムで、電源を入れるとチャイム音がして、
　　　　　「おはようございます」、「こんにちは」、「こんばんわ」と女性の声を出力します。
　　　　　但し、実際には、「かわいい系の女性の声」というより、子供の声に近い感じの声ですが。

基板のイメージ　

回路図
PIC32MX250F128B用ですが、PIC32MX120F032Bでも差し替えて使用できるようにしてあります　

sample1.c

プログラムソースサンプル�@　(MPLAB用　PIC32MX250F128B用　Ｃ言語(MPLAB　C32))　

　　　　　　　（１）０〜３３００[ｍＶ]電圧計にしてみる

　　　　　　　　　　　ＡＮ０（ＲＡ０）の電圧を測定して、測定結果を音声（女性の声）で出力するようにしてみました。
　　　　　　　　　　　何の保護回路も付けていないので、入力電圧は０Ｖ〜電源電圧を超えない範囲で入力する必要があります。

写真／回路図　

sample1.c

プログラムソースサンプル�@　(MPLAB用　PIC32MX250F128B用　Ｃ言語(MPLAB　C32))