MC9S08QG8デモンストレーション・ボード

3年前、ある雑誌用に書いたけど、なぜかボツになった原稿です。
もったいないので、抜粋したものをここに載せておきます。

（古い記事なので、現在の仕様と違っているかも）

、、、、、、
「MC9S08QG8デモンストレーション・ボード（DEMO9S08QG8）」
使用レポート

　フリースケール･セミコンダクタの「MC9S08QG8デモンストレーション・ボード（DEMO9S08QG8）」というマイコンボードを使ってみました。

このマイコンボードには同社が製造している「MC9S08QG8」という8bitマイコンが使われています。製品名に「デモ」とありますが、Cコンパイラなど必要なものは全てそろっていますので、開発用のボードとしてそのまま使用できます。
　「MC9S08QG8デモンストレーション・ボード」はツクモロボット王国などで販売されています（2006年現在）。メーカー純正のマイコンボードがCコンパイラ付きでこの値段というは、かなり安いと思います。ちなみにCコンパイラには有名な「CodeWarrior Development Studio」をカスタマイズしたものが使われています。

　マイコンボードの主なスペックは次のとおりです。

・搭載マイコン：「MC9S08QG8」（フリースケール･セミコンダクタ製8bitマイクロコントローラ）

・インターフェース：
　プッシュ・スイッチ×3個（SW1/SW2/RESET）
　LED×3個（LED1/LED2/VDD）
　アナログ入力×2つ（光センサ、VR抵抗）
　USBポート×1つ
　RS232シリアルポート×1つ
　拡張端子32pinピンソケット×1つ

　マイコン「MC9S08QG8」の主なスペックは次のとおりです。

・フラッシュROM：8Kバイト
・RAM：512バイト
・タイマ：2個
・10bitのAD変換入力×8チャンネル
・シリアル入出力機能、PWM出力機能

◆インストール方法

マイコンボードに付属する「Quick Start Guide」を元にプログラムの開発環境を構築します。
ただし、この資料がすべて英語です。英語が苦手な人にはかなり戸惑うと思います。「Quick Start Guide」だけは、WEBサイトに日本語版が用意されているようです。

まずCコンパイラを含む統合開発環境をインストールします。HCS08用とHCS12用のCDROMが入っていすが、このうちHCS12用は使いません。インストールが完了すると、ハードディスク上の“Program Files\Freescale”フォルダに「CodeWarrior Develop Studio Version 5.0 for HC(S)08」が展開されます。ちなみに語尾の「HC(S)08」とは、「HCS08」コアのことです。今回使用しているマイコン「MC9S08QG8」をさらに分類するとHCS08Qファミリに属しています。

　続いて、サービスパック用のCDROMに収録されているCodeWarrior V5.0用のインストーラを実行します。“start_here.htm”を実行後、「CW08 V5.0 Patch 1」を実行します。
CDROMには「CW08 V5.0 LT8 Service Pack」と「CW08 V5.0 LV8 Service Pack」も入っていますが、それらはHCS08Lファミリ用ですのでインストールする必要はありません。その他、CodeWarrior V3.1用のサービスパックも必要ありません。

それから、マイコンボード側に付属する「Axiom」と書かれたCDROMの“Examples”フォルダにあるサンプルプログラムを展開します。サンプルは次の2つです。それぞれ圧縮されていますので、ハードディスク上に展開します。

“DEMO9S08QG8_Test.zip”
簡単な動作テストを行うプログラムです。
スイッチ1（SW1）を押すと、LED1の点灯/消灯が切り替わります。
タイマ割り込みでLED2が点滅します。

“DEMO9S08QG8_APP.zip”
マイコンの機能を一通り確認できるプログラムです。タイマ割り込み、PWM出力、AD変換入力などが行えます。プログラムの操作には「ハイパーターミナル」などの通信ソフトを使います。このため別途シリアルケーブル（ストレート）が必要です。

◆マイコンボードの接続

では実際に動かしてみます。

　USBケーブルを使って、マイコンボードとパソコンを接続します。パソコン側の対応OSはWindows 98SE/2000/XPです。
パソコン側にマイコンボードを接続した時点で、「新しいハードウェアの検出ウィザード」は立ち上がります。デバイスドライバは「ソフトウェアを自動的にインストールする」を選択することでインストールが行われます。

　マイコンの仕様書は、WEBサイトからダウンロードしました。

http://www.freescale.com/files/microcontrollers/doc/data_sheet/MC9S08QG8.pdf?srch=1

　仕様書にはレジスタの情報が書かれています。これを独自にプログラムを作成するさいに必要になります。
　マイコンボード内でのポートの割り振りについては、次のとおりです。

SW1（スイッチ）：PTA2
SW2（スイッチ）：PTA3
LED1：PTB6
LED2：PTB7
RV1（可変抵抗）：PTA0
RZ1（光センサ）：PTA1

詳しくは付属のマニュアルに書かれています（CDROMの“Documents\Board Manuals\DEMO9S09QG8”フォルダに同様のpdfが入っています）。

　ファイル「DEMO9S08QG8_Test.mcp」を開くと、統合開発環境（CodeWarrior）が実行されます。
　F5キーを押すと、プログラムのビルドが行われます。プログラムライタが起動しますので、Enterを押してフラッシュROMに書き込みます。
続いて、ソースコードデバッガが起動します。F5キーを押すと、プログラムが実行されます。

　これで、スイッチ1（SW1）を押すとLED1が点灯/消灯するだけの簡単なプログラムが動きます。ソースを見たところ、スイッチ入力はトリガ（立ち下り）による割り込みで検出していました。たとえば、スイッチ1の検出には、PTA2と兼用になっているKBI1P2を使っています。「KBI」は「Key Board Interrupt（キーボード割り込み）」の略です。この割り込みを許可する場合、KBIPE_KBIPE2に1を書き込みます。
　ウインドウを閉じるとデバッグは終了です。

◆デモンストレーション

　ファイル「DEMO9S08QG8_APP.mcp」を開くと、統合開発環境（CodeWarrior）が実行されます。
　先のDEMO9S08QG8_Testとは違いこちらは多機能なプログラムになっています。

　プログラムの実行前にあらかじめシリアルケーブル（ストレート）を使い、マイコンボードとパソコンをつないでおきます。マイコンボードにはLCDなどの表示装置はありませんので、このプログラムではシリアル通信でデータの表示/入力を行っています。
　通信ソフトにはWindowsに標準で搭載されている「ハイパーターミナル」を使用しました。通信速度（ボーレート）は4800bps、データ8ビット、パリティなしに設定します。

◆AD変換入力

　AD変換は「アナログ-デジタル変換」のことです。アナログ的な電圧値をデジタルなカウント値に変換します。カウント値の範囲は0〜0x3FF（10ビット）です。
　マイコンボードにはAD変換用としてボリューム（RV1）が搭載されています。ボリュームはADC1P0につながっていますので、AD変換のチャンネル0を入力すればボリュームの位置を検出できることになります。

メニュー画面から「7:ADC test」を選択します。続いて「1:Meas RV1 & RZ1」を選択するとカウント値が表示されます。

「Value of RV1」がボリュームのカウント値です。ボリュームを時計方向に回すとカウント値が増えていきます。

　なお、「Value of RZ1」は光センサ（RZ1）によるカウント値です。センサに多く光が当たることでカウント値が下がります。感度が弱めに設定されているせいか、光センサにライトを思いきり近づけないと変化しませんでした。

◆タイマ割り込み

次の操作でタイマ割り込みを発生させることができます。

・「3:MTIM」を選択します。
・「2:Set prescaler」を選択して、プリスケーラ値を「128」に設定します。
・「3:Set modulo」を選択して、moduloを「ff」に設定します。
・「4:Set clock source」を選択して、クロックソースを「XCLK」に設定します。
・「5:Start MTIM」でタイマのスタート。

　これで、マイコンボード上のLED1が約2秒おきに点灯/消灯しました。LED1が点灯→消灯、消灯→点灯に転じた瞬間に割り込みが発生してるということになります。この間隔が早すぎると目で確認できないので、moduloの値を大きくしたのはそのためです。

　では、約2秒という周期がどうやって発生したのか考えてみます。
この設定ではクロックソースであるXCLKが128回発生するとカウンタが1増え、そのカウンタがff（255）に達すると、割り込みが発生します。

XCLKとは「Fixed system clock」の略です。ソースコードによるとXCLKの周波数は16.384kHzとのことでしたので、XCLKの周期は1[秒]÷16384[Hz] = 61.03515625[μ秒]となります。
この値にプリスケーラ値とカウンタ値を掛けます。

XCLK×255×128 = 1.9921875[秒]

、、、結果、約2秒となりました。
これで設定どおりに割り込みが発生していることがわかります。

◆PWM(その1)

　PWM（Pulse Width Modulation）とはパルス幅変調、パルス出力を制御する技術のことです。先ほど紹介したMTIMは割り込み発生時のポート出力によってパルスを作り出していましたが、PWMではこの処理をマイコンが自動的に行います。パルスの周期だけでなく、HighとLowの比率まで設定できます。
　PWM出力用の端子にはTPM1CH0とTPM1CH1の2つがあります。このうちのTPM1CH0にはすでに可変抵抗のRV1が接続されています（PTA0/ADC1P0と兼用）。このため出力するには、RV1のジャンパを外すか、TPM1CH1から出力することになります。

「DEMO9S08QG8_APP」を実行することでPWM出力を行うことができます。
　メニュー画面で「2:TPM PWM setup」を選択。続いて「2:XCLK source」を選択します。この時点でTPM1CH1という端子からパルスが出力されます。

パルスが出力されている確認として、J1コネクタにLEDと抵抗を接続します。J1の23番ピン（TPM1CH1）をLEDのアノード側、J1の3番ピン（GND）をLEDのカソード側に繋ぎます。これでLEDの点滅によって、パルスの発生を目で確認することができます。

ソースコードを確認したところ、TPMMODH/TPMMODL(Timer Counter Modulo Registers)というレジスタに代入してる値は0x03E7。10進数だと999です。
計算すると、XCLK×999 = 60.97412109375[m秒]。1秒間に約16回点滅を繰り返していることになります。

TPMC1SCはPWMのモード設定用のレジスタです。0x24を書き込むことでモードが「Edge-aligned」「Low-true pulses」に設定されます。
「Edge-aligned」はパルスのHigh/Lowを調節できるモードという意味です。
「Low-true pulses」とはカウンタとTPMC1VH/Lを比較して、一緒になった時にHighが出力されるという設定です。逆に「High-true pulses」の場合では、一致した時点でLowが出力されます。