はじめてのH8マイコン 基礎編
＜第29回＞タイマ機能を使ってLEDの明るさを自由に変えてみよう！…part2

　ここで，PWM波形の周期TとGRA_1レジスタの関係，およびパルス幅WとGRB_1レジスタの関係は次式のようになります．

　　　T = GRA_1 / PSS・・・(1)
　　　W = GRB_1 / PSS・・・(2)

　ただし，PSSはプリスケーラの設定（φ，φ/2，φ/4，φ/8）です．φはH8マイコン・ボードの水晶発振器のクロック周波数（14.7456MHz）です．なお，デューティ比DとGRA_1，GRB_1との関係は次式のようになります．
　　　D = W / T = GRB_1 / GRA_1・・・(3)

（計算例）波形の周期T=10ms，パルス幅W=2.5ms（デューティ比D=25%）のPWM波形を出力させる場合のGRA_1，GRB_1の値を求めてみます．ここでは，プリスケーラはPSS=φ/4に設定するものとします．式(1)より，

　　　GRA_1 = 10ms × 14.7456MHz/4 = 36864 (=0x9000)

　式(2)より，
　　　GRB_1 = 2.5ms × 14.7456MHz/4 = 9216 (=0x2400)
となります．

■各種レジスタ設定
　表1に各種レジスタと設定した値を示します．TCNT_1レジスタの初期値は0x0000になっているため，設定は省略できます．



（注1）赤字のレジスタおよびビットを設定する．それ以外は初期値のままで設定は省略可．

■タイマZによるPWMモードでLEDの明るさを変えるC言語プログラムを作成する
　LEDの明るさをPWMモードで変えるプログラムを作成するということで，ワークスペース名には「led_pwm」という名前をつけたいと思います．リスト1にC言語プログラムのソース・リストを示します．

＜リスト1＞タイマZによるPWMモードでLEDの明るさを変えるプログラム（led_pwm.c）のソース・リスト

#include "iodefine.h"      // (1) I/Oレジスタ定義ファイル

void main(void)
{
    TZ1.TCR.BIT.TPSC = 2;  // (2) 内部クロックφ/4 でカウント
    TZ1.TCR.BIT.CCLR = 1;  // (3) コンペアマッチAでTCNT_1をクリア
    TZ.TPMR.BIT.PWMB1 = 1; // (4)FTIOB1端子はPWMモード
    TZ1.GRA = 0x9000;      // (5) 周期の設定(T=10ms)
    TZ1.GRB = 0x2400;      // (6) パルス幅の設定(W=2.5ms)
    TZ.TOER.BIT.EB1 = 0;   // (7)FTIOB1端子の出力許可
    TZ.TSTR.BIT.STR1 = 1;  // (8) TCNT_1カウント開始
}

●プログラムの概要
　リスト1に示したコメント (1) ～ (8) の順にプログラムの流れを説明していきます．
(1) I/Oレジスタ定義ファイル･･･main関数の前にI/Oレジスタ定義ファイルを取り込みます．これでタイマZモジュールに関するレジスタやビット名が定義され，アドレスを記述する作業などを省略することができます．I/Oレジスタ定義ファイルについては基礎編の第23回に解説があります．
(2) 内部クロックφ/4 でカウント…周期T=10msに設定する場合，式(1)よりPSS=φ/4，もしくはφ/8，どちらかの内部クロックを選択することになります．φ/4を選択するとタイマ設定の分解能を高くすることができます．
(3) コンペアマッチAでTCNT_1をクリア…PWMモードの動作説明にあるように，TCNT_1がGRA_1の設定値と一致（コンペアマッチA）のときクリアされる設定とします．
(4) FTIOB1端子はPWMモード…FTIOB1端子をPWMモードに設定してLEDの調光を行います．
(5) 周期の設定(T=10ms)…式(1)より求めたGRA_1の値により周期が設定されます．
(6) パルス幅の設定(W=2.5ms)…式(2)より求めたGRB_1の値によりHighレベル幅が設定されます．
(7) FTIOB1端子の出力許可…TOERレジスタのEB1ビットでFTIOB1端子のタイマ出力を許可します．
(8) TCNT_1カウント開始…TSTRレジスタのSTR1ビットを1にセットすると，TCNT_1カウンタが動作します．

■リスト1のC言語プログラムを実行してLEDを光らせてみよう！
●Htermによるプログラムの実行
　それでは，リスト1に示したC言語プログラムをHtermで実行してみましょう．図2に示すように，Htermのコンソールから次のように入力してみましょう．F890はプログラムの先頭アドレスです．
　G F890［リターンキー］
　これでLED2(橙)が点灯すればプログラムが正常に動作しています．LEDの点灯を確認したらH8マイコン・ボードのプッシュ・スイッチを押してHtermへ戻りましょう．

●周辺機能のレジスタ表示と変更
　次にGRBレジスタの値を変更してみます．［表示］メニューから［Peripheral］を選択すると，周辺機能を選択するウィンドウ（図3）が開きます．ここでは［TZ1］を選択して［OK］ボタンをクリックしてみましょう．


　さて，Peripheralウィンドウ内でGRBレジスタが表示されている部分をダブルクリックすると，図5のようにCODEの値が変更できます．設定値は16進数で入力して[OK]をクリックしてください．

●LEDの発光のようす
　写真1および写真2に示すように，GRBレジスタの値を変更することでLEDの明るさが変わることがわかります．数値を大きくすると暗くなり，逆に数値を小さくすると明るくなります．ただし，GRAレジスタの設定値は0x9000ですのでこれ以上の数値は使用できません．


●出力波形のようす
　オシロスコープで観測したFTIOB1端子の出力波形を写真3および写真4に示します．
 
＜写真3＞GRBを0x2400に設定した時のFTIOB1端子の出力電圧波形（デューティ比D=25%）


■LEDを「ホタルの光」のように変化させるC言語プログラムを作成する
　それでは先ほどのプログラムをちょっと応用してみましょう．LEDを「ホタルの光」のように連続的に変化させながら点灯/消灯させるプログラムを作ってみましょう．リスト2にC言語プログラムのソース・リストを示します．

＜リスト2＞LEDを「ホタルの光」のように変化させるプログラム（led_hotaru.c）のソース・リスト

#include "iodefine.h"      // (1) I/Oレジスタ定義ファイル

void main(void)
{
    volatile unsigned int i, j;

    TZ1.TCR.BIT.TPSC = 2;  // (2) 内部クロックφ/4 でカウント
    TZ1.TCR.BIT.CCLR = 1;  // (3) コンペアマッチAでTCNT_1をクリア
    TZ.TPMR.BIT.PWMB1 = 1; // (4) FTIOB1端子はPWMモード
    TZ1.GRA = 0x9000;      // (5) 周期の設定(T=10ms)
    TZ1.GRB = 0x2400;      // (6) パルス幅の設定(W=2.5ms)
    TZ.TOER.BIT.EB1 = 0;   // (7) FTIOB1端子の出力許可
    TZ.TSTR.BIT.STR1 = 1;  // (8) TCNT_1カウント開始

    while(1) {             // (9) ループの繰り返し
        for ( i = 1; i < 0x8FFF; i++) {   // (10) 明→暗へのループ
            TZ1.GRB = i;   // (11) Highレベル幅の設定(0ms→10ms)
            for ( j = 0; j < 20; j++); // (12) ウエイト
        }
        for ( i = 0x8FFF; i > 1; i--) {   // (13) 暗→明へのループ
            TZ1.GRB = i;   // (14) Highレベル幅の設定(10ms→0ms)
            for ( j = 0; j < 20; j++); // (15) ウエイト
        }
    }
}

●プログラムの概要
　リスト2は(9) ～ (15) のプログラムをリスト1に追加しています．(1) から (8) までのプログラムの内容は前項の解説を参照してください．
(9) ループの繰り返し…明→暗，暗→明のループを繰り返し実行します．
(10) 明→暗へのループ…Highレベル幅の設定値を 0→0x8FFFまで変えます．
(11) パルス幅の設定(0ms→10ms)…GRB_1に設定値を代入してHighレベル幅を設定します．
(12) ウエイト…明→暗のループを繰り返す時間を設定します．
(13) 暗→明へのループ…Highレベル幅の設定値を 0x8FFF→1まで変えます．
(14) パルス幅の設定(10ms→0ms)…GRB_1に設定値を代入してHighレベル幅を設定します．
(15) ウエイト…暗→明のループを繰り返す時間を設定します．

　それでは，プログラム・リスト2を実行してみましょう．「ホタルの光」のように連続的に明るさが変化しながら点灯/消灯しましたか．

　今回はタイマZモジュール機能を使ってLEDの明るさを変化させる簡単なC言語プログラムを作ってみましたが，いかがだったでしょうか．次回はH8マイコン・ボードのプッシュスイッチを押すとLEDが点灯/消灯するプログラムを作ってみましょう．お楽しみに！