ＰＩＣ−ＵＳＢＩＯ　ｕｓｉｎｇ　ＢＡＳＩＣ
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ＵＳＢインターフェースを内蔵したＰＩＣを使ってＷｉｎｄｏｗｓパソコンで外部回路を制御するための各種Ｉ／Ｏ基板の製作記事です。
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［第８０回］



●ＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３（２９）Ｔｉｍｅｒ１（１１）ＣＡＰＴＵＲＥモード（２）カウント値の誤差？

前回の終わりのところに書きましたようにＣＡＰＴＵＲＥモードは入力パルスの周期をカウントするモードのようです。
するとその機能をテストするためにはＣＣＰ１端子に正確なパルスを入れる必要があります。
そこで思いついたのがＴｉｍｅｒ０の割り込みを利用した方形波出力です（［第６９回］参照）。
ＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３を２台使って＃３０のボードから方形波を出力してそれを＃３１で受けてＣＡＰＴＵＲＥモードでカウントすればよいはずです。
下の画像はそのように考えて作ったテストプログラムです。

左側のコマンドプロンプトではＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３　＃３０をＵＳＢ接続し、ＰＩＣＵＳＢＩＯ用ＢＡＳＩＣインタプリタが起動しています。
ロードしたプログラムは［第６９回］で作ったプログラムです。
２０行でＴ０ＣＯＮに＄８５を設定しています。
プリスケーラは１：６４です。
Ｔ０ＣＯＮについては［第６４回］を参照してください。
３０行で割り込みを許可しています。
Ｔ０ＣＯＮの設定でＴｉｍｅｒ０は１６ビットカウンタとして働きますから６５５３６カウントごとにオーバーフロー割り込みが発生します。
その間隔を計算してみます。
システムクロック（４８ＭＨｚ）の１／４クロックをプリスケーラで１：６４にしますからＴｉｍｅｒ０の入力クロックは
１２０００（ＫＨｚ）／６４＝１８７．５ＫＨｚです。
１８７５００／６５５３６＝２．８６１（Ｈｚ）のサイクルで割り込みが発生します。
その逆数１／２．８６１＝０．３４９５（Ｓｅｃ）が割り込みの発生する間隔です。
割り込みごとに反転するパルスがＲＣ４から出力されます（［第６９回］参照）。
３４９．５ｍｓｅｃごとに反転する出力ですからそのパルスの１周期は６９９ｍｓｅｃです。
このパルスをＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３　＃３１のＣＣＰ１端子に入力してＣＡＰＴＵＲＥモードでカウントします。

上の画面の右側のコマンドプロンプトではＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３　＃３１をＵＳＢ接続し、ＰＩＣＵＳＢＩＯ用ＢＡＳＩＣインタプリタが起動しています。
プログラムの説明です。
１０行でＴｉｍｅｒ１の設定をしています。
Ｔ１ＣＯＮレジスタに＄８１を設定しています。
Ｔ１ＣＯＮについては［第７０回］を参照してください。
プリスケーラは使わずシステムクロックの１／４（１２ＭＨｚ）をカウントします。
２０行でＴ３ＣＯＮに０を設定しています。
ＣＡＰＴＵＲＥモードのＴｉｍｅｒとしてＴｉｍｅｒ１を使う設定です（［第７８回］参照）。
３０行でＣＣＰ１ＣＯＮレジスタに＄０４を設定しています。
ＣＣＰ１端子から入力される信号の下がりエッジでＣＣＰ１ＩＦフラグがセットされます。
ＣＣＰ１ＣＯＮについては［第７８回］を参照してください。
４０行でＣＣＰ１ＩＦフラグをクリアしています。
ＣＣＰ１ＩＦはＰＩＲ１レジスタのビット２です。
ＰＩＲ１レジスタについては［第７３回］を参照してください。
本来はＰＩＲ１レジスタのビット２のみをクリアすべきところですがプログラムを簡単にするためにＰＩＲ１の全ビットをクリアしています。
１０行を実行するとＴｉｍｅｒ１はカウントを開始します（カウントはエンドレスです）。
２０行と３０行を実行するとＣＡＰＴＵＲＥモードが開始されます。
５０行ではＣＣＰ１ＩＦをチェックしています。
ＣＣＰ１ＩＦがセットされたら次の行（６０行）を実行します。
６０行でＴＭＲ１Ｌ、ＴＭＲ１Ｈ、ＣＣＰＲ１Ｌ、ＣＣＰＲ１Ｈの値を読み込みます。
ＣＣＰＲ１レジスタの値は入力信号の次の下がりエッジが来るまでラッチされています。
プログラムとしてはＣＣＰＲ１レジスタの値を読むだけでよいのですがＴｉｍｅｒ１が作動していることを確認するためにＴＭＲ１レジスタの値も読んでいます。
７０行ではＣＣＰＲ１Ｈ、ＣＣＰＲ１Ｌ、ＰＩＲ１、ＴＭＲ１Ｈ、ＴＭＲ１Ｌの各値を表示します。
ＰＩＲ１以外は１６進数表示です。
ＰＩＲ１はＣＣＰ１ＩＦの状態を念のため確認するために入力し表示しています。
８０行で４０行に戻って繰り返します。
ＣＣＰ１はＲＣ５（ＰＯＲＴＣのｂｉｔ５）と端子を共用しています。
ＣＡＰＴＵＲＥモードではＣＣＰ１から信号を入力しますからＲＣ５を入力に設定する必要があります。
ＰＯＲＴＣはリセットによって入力に設定されますから今回のプログラムではＴＲＩＳＣの設定はしていません。

左側のコマンドプロンプトで実行するＴｉｍｅｒ０の割り込みプログラムではＲＣ４（ＰＯＲＴＣのｂｉｔ４）からパルスを出力します。
その信号を右側のコマンドプロンプトのプログラムではＲＣ５から入力します。
そこで今回のテストでは２台のＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３の入出力用コネクタを１６ｐｉｎフラットケーブルで接続しそのケーブルを改造して左側（ＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３　＃３０）のＲＣ４と右側（ＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３　＃３１）のＲＣ５を結線しました。
そのように準備したうえでプログラムを実行しました。

右側に表示されている数値は前からＣＣＰＲ１Ｈ、ＣＣＰＲ１Ｌ、ＰＩＲ１、ＴＭＲ１Ｈ、ＴＭＲ１Ｌです。
ＣＣＰＲ１の値とＴＭＲ１の値が全く合っていません。
どういうことでしょうか。
Ｔｉｍｅｒ１の１カウントは１／１２＝０．０８３μｓｅｃです。
ＣＣＰＲ１レジスタはラッチされますがＴＭＲ１レジスタはカウントを続けています。
ＵＳＢ接続（ＨＩＤ型）は低速なので各レジスタにアクセスするごとに最低２ｍｓｅｃはかかってしまいます。
その間にＴｉｍｅｒ１は２０００／０．０８３≒２４０００カウントも進んでしまいます。
ＣＣＰＲ１の値とＴＭＲ１の値が全く合っていないのはおそらくそのためだと考えられます。
しかしＣＣＰＲ１の値も毎回異なっています。
左側のＰＩＣの出力パルスは割り込みプログラムによって送出されていますし画面からわかるようにＢＡＳＩＣプログラムはＲＵＮコマンド実行後はすぐに終了しています。
あとはＰＩＣの割り込みプログラムのみが実行されていてＵＳＢ通信によるアクセスも行なわれていません。
ということは左側のＰＩＣから送出されるパルスはかなり正確な周期のパルスのはずです。
一方右側のＢＡＳＩＣプログラムは常時ＵＳＢ通信でＰＩＣのレジスタにアクセスしてその値を表示しますから上に書きましたようにＴＭＲ１レジスタの値はランダムに見えるほど変動しています。
しかしＣＣＰＲ１レジスタは入力の立下りエッジでＴＭＲ１レジスタの値をラッチしますからこちらは変動しない、はずです。
なぜなら左側のＰＩＣからの出力パルスは上の方で行なった計算の順序を入れ換えると１２０００ＫＨｚ／６５５３６／６４／２の周波数でその逆数が周期６５５３６＊６４＊２／１２０００＝６９９ｍｓｅｃになるのに対して右側のＰＩＣも６５５３６／１２０００の周期でオーバーフローしますから上のケースではＣＣＰＲ１の値はＴｉｍｅｒ１が１２８回転するごとの同じ値になるはずだからです（うまく説明できません。のちほど別のプログラムを使って検証します。とにかくそういうことのはずです）。
ところがＣＣＰＲ１も少しずつですが表示される値が変動しています。
どのくらい変動しているか念のため計算してみたところランダムな変動ではなくて一定の傾向があることがわかりました。
下は前の値と次の値との差を計算した結果です。

２６８６
２７８Ａ　１０４
２８８Ｄ　１０３
２９９１　１０４
２Ａ９５　１０４
２Ｂ９８　１０３

１６進数表示で１０４か１０３ですから１０進数で示すと２６０カウントか２５９カウントずつずれていっているようです。
ただの誤差ではなくてなんとなく意味がありそうな数字です。
誤差にしては大きすぎるようですしＵＳＢアクセスに起因する遅延にしては小さすぎる値です。
本当に何なんでしょう。
念のために左側のＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３からの出力パルスの周波数を変えてみました。

さきほどはＴ０ＣＯＮに＄８５を設定していましたが今度は＄８４を設定しました。
＄８５はプリスケーラが１：６４ですから上の方で計算しましたように出力パルスの１周期は６９９ｍｓｅｃです。
今回は＄８４にしましたからプリスケーラは１：３２です。
出力パルスの１周期はさきほどの１／２の３４９．５ｍｓｅｃになります。
さきほどと同じように前の値と次の値との差を計算してみました。

Ａ７Ａ８
Ａ８２Ｂ　８３
Ａ８ＡＥ　８３
Ａ９３１　８３
Ａ９Ｂ４　８３
ＡＡ３７　８３

１６進数表示で８３（１０進数では１３１）ですからこちらもさきほどの１／２です。
どうやらパルスの周期（カウント回数）に比例しているようです。
ひょっとすると。
これはあれではないか。
ひとつ思いついたことがあります。
その線でいろいろ試していくことで思いついた通りだったことがわかったのですが、そこに行き着くまでの過程でちょいと納得がいかない現象に出くわしてしまったりしたものですからあれやこれやでたっぷり２日ほど悩んでしまいました。
そのあたりを含めて謎を残したまま次回に続きます。

ＰＩＣ−ＵＳＢＩＯ　ｕｓｉｎｇ　ＢＡＳＩＣ［第８０回］
２０２２．１０．２２ｕｐｌｏａｄ

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