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アナログとデジタル

　コンピュータの内部は０か１のデジタルで動いています。０か１しかありませんが、各桁に重みをつけて表せば、１以上の大きな値も表せます。

　


　自然界には連続した値がたくさんあります。このような値をアナログ値と言います。たとえば、水銀を使った温度計はアナログです。

　
　これを見て、２２度、と読めますが、実際には22.1度なのかもしれないし、21.999度なのかもしれません。連続しているので観測者が単位を考慮して何度か決める必要があります。

　コンピュータはデジタルで動いていますので、なんらかの方法で自然界にあるアナログ量をデジタルに変換する必要があります。

　余談ですが、マイコン本などによく「離散値が」とか「離散化して」という表現が出てきますが、これはデジタル値のことをさしています。連続していない、離散（とびとび）した値なのでデジタルです。

ＡＤＣについて

　最近のほとんどのマイコンにはＡＤＣ（Analog Digital Converter：アナログ−デジタル変換機）が付いています。この場合のアナログは、アナログの電圧値を表します。自然界の現象を電圧に変換することができれば、マイコンで扱うデジタル値に変換することができます。

　ＡＤＣはある電圧の範囲を設定し、その範囲内の値をデジタル量に変換します。たとえば、マイコンが乾電池ｘ３本の電源で動いている場合に、設定できる最低は０Ｖ、最高は４．５Ｖになります。

　PIC16F1936のＡＤＣは１０ビットのＡＤＣです。これは変換した値を１０ビットで表すことができます。先の最低０Ｖ、最高４．５Ｖに設定したとすると、０Ｖの時は 0b0000000000 、４．５Ｖの時は 0b1111111111（１０進数で１０２４） となります。つまり０〜４．５Ｖの連続値を１０２４段階のデジタル値で表現できます。

　ＰＩＣ１６Ｆ１９３６のＡＤＣについてはデータシートの１１章に書いてあります。 １１．１．３に書いてあるのが電圧の最高値と最低値についての記述です。ＡＶＤＤというのが電源の＋、ＡＶＳＳというのが電源の−の意味です。ということでこれらに設定すれば、０〜４．５Ｖ（乾電池の電圧）の範囲になります。
　その後、変換クロックなどの記述がありますが、読まなくても大丈夫です。

　１１．１．６結果のフォーマット、のところで、変換された１０ビットの値が、２つの８ビットレジスタにどのように格納されるかが説明されています。
　
　ＰＩＣ１６Ｆ１９３６は８ビットマイコンなので、基本的には８ビット単位の構造になっています。よって、１０ビットの結果値は８ビットのレジスタ２個に振り分けられます。ＡＤＦＭ＝０のように左つめで格納すると、ＡＤＲＥＳＨレジスタに８ビット値の結果が格納されることになります。このとき、ＡＤＲＥＳＬを無視すると末端の２ビットを無視することになります。

　１１．２以降に動作の説明がありますが、要約すると、「ＧＯ／ＤＯＮＥ」ビットを１にすると変換が開始され、変換が終了するとＧＯ／ＤＯＮＥビットが０になります。結果はＡＤＲＥＳＨとＡＤＲＥＳＬに格納されます。

　設定はＡＤＣＯＮ０とＡＤＣＯＮ１で行います。ＡＤＣは、入力端子は沢山ありますが、マイコン内部で実際に変換する装置は１つしかなく、ＡＤＣＯＮ０のＣＨＳビットでどの端子の電圧を変換するかを選択します。

　

　
　ＶＲＥＦ−が最低電圧、ＶＲＥＦ＋が最高電圧になります。ＡＤＣＯＮ１のビットが全部０の場合だと、ＶＲＥＦ−がＧＮＤ（０Ｖ）、ＶＲＥＦ＋がＡＶＤＤ（電池の＋に接続されている）になります。

プログラム

　ということで作ったプログラムが次のようになります。

　行２０まではいままでと同じなので説明を省略します。


　

　念のため、テキストファイルを用意しました。適当なプロジェクトを作ってコピー＆ペーストしてもよいでしょう。

　sensor.txt （右クリックで対象を保存）

　今回、新しい部分は行３２以降です。データシートを参考に、行３３〜３４のように設定しました。読み取り端子はＡＮ１２に設定しています。データシートを見るとＡＮ１２はＲＢ０端子と共用なのがわかります。
　

　htc.hの中（のその先にあるファイル）を読むと、GO/DONEビットは「GO_nDONE」という名前で定義されています。よってこれを１にして、０になるまで待てば変換されることになります。
　while( ) はカッコ内の条件が成立しているあいだは繰り返す、という文ですが、Ｃ言語の仕様で、成立（真）は数値の１と同じと決まっています。よって、GO_nDONEビットが１の間はwhileが繰り返されます。while文に｛｝で囲まれた実際の処理部分が無いので、単にGO_nDONEビットが１の間待つという動きになります。
　変換された値はADRESHとADRESLに入りますが、下位２ビットを無視してADRESHだけを行４０で表示しています。

　センサーの接続はこのようになります。白赤黒の線は浅草ギ研のセンサーケーブルです。他のセンサーでも同じように接続できます。

　

　
　実際の実験の様子です。とりあえず、距離センサーのAS-PSDを付けてみました。白い線がRB0につながるように接続します。
　浅草ギ研の電圧出力型センサーは、２ｍｍピッチ３穴の出力になっており、浅草ギ研のセンサーケーブルで簡単に接続できるようになっています。白い信号線をＰＩＣｏｌｏの内側、赤を真ん中、黒を外側につなぎます。


　
　出力結果です。出力はWindowsのハイパーターミナルで表示させました。これらの方法についても前回まででやっているので詳しくはそちらを参照願います。

さいごに

　センサーが使えると、工作の幅もぐっと広がります。浅草ギ研では、ＡＳ−ＰＳＤのようにＰＩＣｏｌｏに簡単に接続できるセンサーを沢山用意しています。そちらの方も組み合わせて、オリジナルガジェットを製作してみてください。

　次はＤＣモータ制御について


２０１０年７月２２日