はじめに

　ここからしばらくはＣ言語の解説になります。まずは変数型、四則演算、１６進数です。

　
　※このページで紹介する内容はあくまでも一例です。個別の作成のご相談ご質問はお答えできませんのでご了承下さい。このページと同じ内容についてのご質問についてはロボット掲示板にてお願いいたします。

　※以下の情報は2007年11月現在のものです。ご注意ください。

　※このページではC言語の用語が沢山出てきますが、ビギナーの方は各自C言語の初級本なども参照しながら読み進めてください。

　マイコンを含む、現在のほとんどのコンピュータは基本的にはONかOFF、つまりHIGHかLOW、つまり１か０の２進数で動いています。コンピュータで数値を扱う場合は実際にはバスという共通の配線を経由して値をやりとりしています。バスはCPUのビットタイプの分の幅があります。８ビットマイコンのバスは８本、１６ビットマイコンは１６本となります。ｄｓPIC33Fは１６ビットマイコンなので、バスは１６本の幅があります。
　

　バスは、CPU内のレジスタと呼ばれる記憶装置やメモリにつながっています。

　 レジスタはCPU内部にある記憶装置で、計算中の数値を一時的に保持するもので、高速に値をやりとりすることができます。dsPICには計算用に１６ビットのレジスタが１６個と、４０ビットのレジスタが２個あります。

　一部のレジスタは特殊レジスタ（SFR：Secial Function Register）と呼ばれ、マイコンの機能の設定などに使われています。ｄｓPICは１６ビットマイコンなので、各SFRも基本的には１６ビットの幅があります。

　メモリはCPUの中又は外に配置されており、レジスタよりは値のやりとりに時間がかかる場合が多いです。但し、容量は沢山あります（上の１６ビット幅の入れ物換算で約１万５千個（３０KB）分）。

　バスは１本の経路でONなのか、OFFなのかしか伝えることができません。ｄｓPIC33Fは３．３V動作ですので、ONの時に３．３Vになり、OFFの時に０Vになります。つまりマイコンは内部的には　１（３．３V:ON:HIGH)か　０（０V:OFF:LOW)の２進数で数値を扱います。

　０か１かの情報１つを「ビット」という単位で表します。バスが１６本あるということは１６ビットを表すことができます。

　私たちは１０進数を使っています。２進数から１０進数への変換は、各ビットへ重みをつけてそれを加算すればよいことになります。一番下位の重みは１、次は２、次は４．．．と、重みは２倍づつになります。

例えば、前の節のバスの絵で、ビット番号が０番と５番と１１番だけHIGH(3.3V)で他はLOW(0V)だったとすると、バス上の数値は

　２０４８　＋　３２　＋　１　＝　２０８１　となります。１０進数では。

　上の表から見て１６ビットでは、”マイナスの数値を考えなければ”、最高で０〜 ６５５３５（上の重みを全部足した数。）までの数値を表せることになります。
　但し、この数値はバス一回の計算で表せる数というだけで、レジスタやメモリを２つ以上使えばもっと大きな数を扱うこともできます。但し、１つの数値をやりとりするのにバスの動作が数回行わなければならず、計算速度は遅くなります。


＜２進数の足し算＞

　２進数は数字が２個しかないので、１＋１で桁が繰り上がります。

　０＋０＝０
　０＋１＝１　（１＋０＝１でも同じ）
　１＋１＝０　繰り上がり１

　という計算になります。１＋１は桁が上がるのでもう一桁増えてその桁が１になります。つまり、

　１＋１＝１０　となります


　尚、言語では基本的に２進数表記はできないので、１０進数表記か１６進数表記になります。２進数の説明は概念的なものだけ説明します。

　１６ビットで表せる数は、マイナス符号を考えなければ０〜６５５３５の数を表せます。これを６５５３６種類の数を表せるということにして、半分をマイナスの数にすると、−３２，７６７〜＋３２，７６８までの数を表現できます。

　０〜３２，７６７まではビット０〜１４までを使えば表せるのは簡単にわかると思います。ではマイナスの値はどうすればよいでしょう？この場合はたとえば次のように考えます。

　 「−１は、１を足すと０になる２進数」

　これを２の補数といいます。上の節で足し算で桁上がりが生じると説明しましたが、たとえば１６ビット全部１の数に１を足すとどうなるでしょうか？

　１１１１１１１１１１１１１１１１　＋　１　＝　（１）００００００００００００００００　

　各桁で１＋１が生じて全部桁上がりとなり、０番〜１５番ビットまでは全部０になります。バスは１６ビット幅なので、１６番ビットはありません。ということで見かけ上、１１１１１１１１１１１１１１１１が−１になります。

　同じように「−２を足して０になる数」は

　１１１１１１１１１１１１１１１０ ＋　１０　＝　（１）００００００００００００００００

　ということで、１１１１１１１１１１１１１１１０が−２になります。

　この方式のマイナス表示を「２の補数」と言います。マイナスの値の簡単な求め方は、プラスの数値の０と１を反転したものに１を足すとこのマイナス表記になります。

　コンピュータでは、このように同じ数でもマイナスを扱うかどうかで数値の意味が違ってきます。マイナスを扱わない場合は１１１１１１１１１１１１１１１１は６５５３５で、マイナスを扱う場合は−１となりますので。

　プログラムでは２進数だと長すぎるので、通常は１０進数か１６進数で表します。１６進数を表す場合は１０進数を区別するために数値の頭に「０ｘ」をつけます。

　１６進数は１６で桁上がりします。１０進数の１０〜１５に相当する１桁の数値はA〜Fのアルファベットで表します。

　１０進数の１６は桁上がりして０ｘ１０になります。

　１６進数のメリットですが、ビットごとの値がわかりやすいというメリットがあり、SFRの設定やビット演算などで使われることが多いです。２進数のビットを追う場合も１６進数だと４ビットづつに区切って表現できます。１０進数だと桁がズレるので１６進数の方がどの位置のビットか判定しやすい。

　たとえば、ｄｓPIC33FのSFRは16ビット幅なので、２進数で表すと　1111000010100101 などとなります。これでは見づらいので、４ビットづつに区切って 1111 0000 1010 0101 とします。その上で１６進数に直すと　0xF0A5 となり、プログラム中で表現できるようになります。（２進数はC言語では表現できないので）

　マイコンでは計算などを行うときに「変数」というものを使います。変数は数値を入れる入れ物のようなものと考えてください。

　

　変数には、プログラマ（プログラムを書く人をプログラマと言う）が任意（好きな）の名前をつけることができます。但し、C言語でもともと使われている言葉（予約語という）は使うことができません。たとば、後でプログラムの構文にｆｏｒ文というのがありますが、変数名にｆｏｒという名前はつけられません。

　

　変数は、実際にはメモリ上かレジスタ（dsPIC33Fでは計算用が１６個ある）のどちらかに配置されます。これはコンパイラーがコンパイル時（ビルド時）に自動的にどちらがよいかを判断して配置します。プログラマは変数名だけに注意すればよいことになります。

　C言語では、変数を使う前に、その変数で扱うビット数を宣言する必要があります。また、マイナスの符号を扱うかどうかも宣言します。宣言した以外の値をその変数で扱おうとすると、コンパイル時にエラーになるか、動作中に変な動きをします。（ほとんどはコンパイル中に教えてくれるはず）。

　基本の変数型は整数を扱う　ｉｎｔ　型です。integer(整数)の略です。dsPICの場合は１６ビットマイコンなのでｉｎｔは１６ビット幅の大きさになります。

　マイナスの符号を扱う場合は型の前にsigned と入れます。また、マイナスの符号を扱わない場合はunsigned と入れます。これらを省略した場合は、符号ありなしどちらに判断されるかは開発環境によってことなりますので注意して下さい。

　変数の型の名前はだいたい決まっていますが、マイコンや開発環境によってその大きさ（ビット幅）は違います。下はＣ３０の変数型です。

＜整数型＞

　マイコンはあまり少数点演算に向いていませんが、無理やり小数点の値を扱うこともできます。

＜実数型＞

　実数型に関しては、Ｃ言語の初級本かインターネット情報を読んでください。

　実数型を使うと、マイコンシステムでは計算速度が著しく低下しますので、通常は小数点にならないように計算します。たとえば、０．１の桁を使った計算をする場合は、全ての数を１０倍で計算して最後に１０で割ると近似値が計算できます。

　変数を宣言するにはプログラムの中で、変数型の後ろにつけたい名前を書きます。（最後に；）たとえば、

　int a;

　と宣言すると、プログラムの中でａという名前の変数が１つ作られます。符号のありなしをつけない場合は上の表から signed int であると解釈されます。よって、変数ａは１６ビット幅の符号付きの入れ物になります。
　この場合は、表現できる数は−３２７６８〜３２７６７の範囲になりますので注意して下さい。

　C言語での足し算引き算はそれぞれ　+ と -　の記号を使うので我々が習った数学と同じです。計算式の書き方は、はじめに計算結果を入れる変数を書いて、その後に計算式を書きます。たとえば、int型で　a b c の４つの変数を宣言したとしましょう。ａとｂを足してｃに入れる場合には

　c = a + b;

　のように書きます。

　a + b = c;

　と書くとエラーになります。

　掛け算は　ｘ　だとエックスと間違えやすいので、　* を使います。割り算の記号はキーボードでは表現できないのでスラッシュ / を使います。

　c = a * b;

　だとaとｂを掛けたものがｃに入ります。

　c = a / b;

　だとａをｂで割った値がｃに入ります。割り切れない場合は切り捨てとなります。あまりを求めたい場合は%を使います。

　c = a % b;

　だと、ａをｂで割ったあまりがｃに入ります。

　数学と同じように、カッコをつけるとカッコ内が先に計算されます。


＜演算子＞

　それでは実際に四則演算を行うプログラムを作ってみましょう。そして、前回行ったように、ＰＣ上のハイパーターミナルでモニタしてみます。

＜接続＞

　A33Fの電源を入れるため、USBケーブルをPCへつないで下さい。

　A33Fにプログラムを転送するので、ICD2経由でPCへつないで下さい。

　



＜ＣＯＭポートの確認、ハイパーターミナルの起動＞

　前のページのようにＣＯＭ番号を確認して、ハイパーターミナルを起動して設定してください。

　

　


＜プロジェクトの作成＞

　てきとうなプロジェクトフォルダを作り、ＭＰＬＡＢを起動してプロジェクトを作成し、必要なファイルを追加してください。以下、必要な５つのファイルです。

libp33FJ256GP710-coff.a
p33FJ256GP710.gld
p33FJ256GP710.h
stdio.h
uart.h

　プロジェクトウィンドウを開くと次のようになっているはずです。（ちがっていたら前のページをもう一度確認してみてください。）
　


＜ヒープの設定＞

　Project->Build Options->Project->MPLAB LINK30のHeap size に128を入れます。
　

　今回、プログラムは前回作ったソースプログラムを流用してみます。
　File->Open　で、前回作ったHello.cを開きます。
　

　Hello.cは開いているが、プロジェクトにはまだ追加されていません。ここで、　File->SaveAs　でファイル名を変えます。たとえばここでは算術を表すArithmetic.cという名前にしました。まだこの段階ではプロジェクトには追加されていません。
　


　プロジェクトウィンドウで、Source Files を右クリックでAdd Filesで先ほどのファイルを選択すると、プロジェクトに追加されます。

　

　以下、前のページなどで何回か説明していますので詳細は割愛します。

　 ビルドを開始するには、F10キーを押すか、「Project」−＞「Make」を選択します。ビルドが成功するとOutputウィンドウに「BUILD SUCCEEDED」と出ています。

　次にIDC2をソフト的につなぎます。Debugger->MPLAB ICD2を選択します。 正常につながるとOutputウィンドウにMPLAB ICD2 Ready と表示されます。

　ICD2がつながったので書き込んでみます。書き込みはDebugger->Programを選択します。（又はProgramTargetボタンを押す）OutputウィンドウにProgramming succeeded と出たらプログラムの転送終了です。

　今のソースファイルはＨｅｌｌｏ．ｃが原型なので、今のままではＨｅｌｌｏが表示されるだけです。では、算術演算を実際に行って、その結果を表示させてみましょう。プログラムのメインループの部分を下のように書き換えてください。

　

　今回はこちらで用意したソースプログラムは使いませんので、間違わないように変更してください。コメントの部分は全角（日本語）でもかまいませんが、その他のプログラム部分は、スペースも含めて半角（英数記号）となります。また、行の最後に　；　をつけるのをわすれないようにしましょう。これも半角です。

　コメントですが、C言語では　/* と */ に囲まれた部分はコメント（注釈）を書く部分になり、プログラム的には無視されますので何を書いてもよいことになります。また、C++やC#では // の後から改行までがコメントになります。// は書きやすいので多くのC言語のコンパイラではコメントになりますが、C30の場合も // はコメント行になります。
　コメントは実際のプログラムとは関係ないのですが、非常に重要で、プログラム上級者になるほどきちんとコメントを入れます。後でプログラムを読む、ということが多いのですが、コメントがあればしばらく経過した後でも自分がどのようなプログラムを組んでいたかを簡単に思い出せますので非常に大事です。また、一回書いたコメントは途中で不要になってもプログラム完成まではなるべく消さないのがポイントです。

　Ｈｅｌｌｏ．ｃと大きく違うのは次の部分です。

　行７９〜８０で変数を宣言しています。ｉｎｔ型なので符号付き１６ビット幅の変数となります。変数宣言は同じ型なら一行にカンマで区切って何個でも宣言できますよって、

　int a;
　int b;

　と

　int a,b;

　同じ意味です。

　行１０２〜１０４で計算をしています。

　行１０６のｐｒｉｎｔｆ文は前回と少し違います。

　printf( )は数値や変数も文字データに変換することができます。たとえば、dataという変数の中にある数値を文字に変換して送りたい場合は次の構文になります。（変数は数値を入れる入れ物のようなものです。後のページで詳しく）

　printf("%d", data);

※dataの前はカンマです。

　%dは与えられたデータを１０進数（１０進数は英語でdecimalなのでd）の文字に変換するもので、「フォーマット指定子」といいます。

　変更したらもう一度ビルドして、プログラムを転送してください。そしてＲＵＮして下さい。

結果はハイパーターミナルにこのように表示されました。


printf文の%dはこのように、”　”内に%dを入れた位置に変数の値を表示する、という機能があります。よって、表示されるのは"%d"でもなく"data"でもなく、dataの中にあった３の”文字”が表示されます。変数は複数指定することができ、カンマで区切ります。ということで行１０６を次のように変えてみましょう。

printf("%d+%d=%d\r\n", a,b,data);

すると結果は次のように表示されます。今度はａ又はｂの中身が％ｄがあった位置に表示されました。カンマで区切った変数を指定した順番の位置にその中身が表示されます。



フォーマット指定子にはいろいろな種類があります。たとえば、　%x は変数の値を１６進数（の文字）にします。a=10 b=2に変えて行１０６を

printf("%x+%x=%x\r\n", a,b,data);

のように変えると結果は

となります。１０進数の１０は１６進数の”ａ”、１２は”ｃ”です。

　このようにして計算の内容を知ることができます。

　例ではｉｎｔ型変数での計算を行いました。int型は−３２７６８〜３２７６７までの数しか表せません。では、これを超える数を計算させたらどうなるのでしょうか？ではプログラムを次のように変えてみてください。

　

　行１０１と１０２のようにすると行１０３の結果は６００００になりますのでｉｎｔの計算範囲を超えます。

　これをビルドしても特にエラーは出ませんでした。このような理論的な違いはコンパイル時にはエラーとみなされません。では実行してみましょう。

　ハイパーターミナルでの結果はこうなりました。
　

　これはつまり桁があふれて正確な計算ができていないことになります。Ｃ言語に慣れていないとこのように変数型でハマるということがよくあります。これは経験を重ねて気がつきやすくなるしかありません。

　同じように、数が大きすぎるのではなく型が小さすぎるということもないように注意して下さい。今度はａ，ｂ，ｄａｔａの変数を　unsigned char に変えて、数を次のようにしてみて下さい。

　

　

　次にビルドしてみます。今度は注意してＯｕｔｐｕｔの表示をよく見てみます。最後にはBUILD SUCCEEDEDと出ますが、実は途中で、

　

　と出ています。１０１行と１０２行が　warning だということです。warningは致命的なエラーではないが、なにかおかしいという場合に出るもので、プログラマに注意（warning）を促しています。英語部分を読むと大きな数値が問題であるようなことが書いてあるのが予想できます。これを実行しても、３００＋３００の６００とは出ません。（実際には２５５までしか計算できないので、２５６に桁上がりを２回繰り返して、最後には８８になる。２５６ｘ２＋８８＝６００。でも６００の数値は扱えないのででない。）

　では今度は、変数宣言をそのままunsigned int にして、数を　a=-1 b=-1　にしてみましょう。

　

　すると結果は、エラーは出ずに２５４になります。８ビット（ｃｈａｒ型は８ビット）の場合、２５４は２の補数では−２を意味します。どちらにしても、エラーが出ずに意図しない結果となります。