BASCOM-AVR ７セグメントLEDの点灯 (その２)

(2007年4月24日)

　3桁7セグメントLED表示器と押しボタンスイッチを組み合わせて、数取り器やストップウォッチの実験をしました。

1. 押しボタンスイッチを押すたびにカウントアップするプログラム

　押しボタンスイッチを1回押すたびに数字が1ずつ増えていくプログラムです。回路図は下記の通りです。PB0～GND間に押しボタンスイッチをつなぎます。

　ブレッドボード上の配線図と試作写真を下に掲げます。

　プログラムは下記の通りです。メインプログラム内でスイッチの状態を監視し、スイッチが押されて「Pinb.0＝0」になったらサブルーチン「Switch」へ飛んで変数「N0」の値を1増やします。前項「7セグメントLEDの点灯 (その1)」ではLEDの各桁を10mSずつ点灯していましたが、至近距離で見ると若干ちらつくようなので、今回は5mSごとに点灯する桁を切り替えるようにしました。

　プログラムファイル 7seg2a.bas

1	$regfile = "at26def.dat"	ATtiny26Lを使用する。
2	$crystal = 1000000	クロック周波数を1MHzに設定。
3
4	Config Porta = Output	ポートAを出力に設定する。
5	Config Portb = &B11111110	PB0を入力に、PB1～PB7を出力に設定する。
6	Config Debounce = 1	デバウンス時間を1mSとする。
7	Declare Sub Switch	サブルーチン「Switch」を使用する。
8	Declare Sub Lednumber	サブルーチン「Lednumber」を使用する。
9	Dim N0 As Word	ワード型変数「N0」を使用する
10	Dim N1 As Word	ワード型変数「N1」を使用する。
11	Dim N2 As Word	ワード型変数「N2」を使用する。
12	Dim N3 As Word	ワード型変数「N3」を使用する。
13	Dim M As Word	ワード型変数「M」を使用する。
14	Dim LED(10) As Byte	バイト型変数「LED」(値は10個)を使用する。
15
16	Led(1) = 63	変数「LED」の1番目の値は「63」(「0」の表示用)。
17	Led(2) = 6	変数「LED」の2番目の値は「6」(「1」の表示用)。
18	Led(3) = 91	変数「LED」の3番目の値は「91」(「2」の表示用)。
19	Led(4) = 79	変数「LED」の4番目の値は「79」(「3」の表示用)。
20	Led(5) = 102	変数「LED」の5番目の値は「102」(「4」の表示用)。
21	Led(6) = 109	変数「LED」の6番目の値は「109」(「5」の表示用)。
22	Led(7) = 125	変数「LED」の7番目の値は「125」(「6」の表示用)。
23	Led(8) = 7	変数「LED」の8番目の値は「7」(「7」の表示用)。
24	Led(9) = 127	変数「LED」の9番目の値は「127」(「8」の表示用)。
25	Led(10) = 111	変数「LED」の10番目の値は「111」(「9」の表示用)。
26	Portb = 1	PB0をプルアップする。
27
28	Do	Doループここから。
29	Debounce Pinb.0 , 0 , Switch , Sub	「Pinb.0＝0」になったらサブルーチン「Switch」へ。
30	Call Lednumber	サブルーチン「Lednumber」を実行する。
31	Portb = 17	PB0とPB4を「1」にする。DIG1が点灯。
32	Porta = Led(n1)	変数「LED」の「N1」番目の値をポートAに出力。
33	Waitms 5	5ミリ秒間そのまま。
34	If N2 = 1 And N3 = 1 Then	条件分岐1。「N2＝1」かつ「N3＝1」ならば、
35	Portb = 0	ポートBの出力を「0」にする。
36	Else	「N2≠1」あるいは「N3≠1」ならば、
37	Portb = 33	PB0とPB5を「1」にする。DIG2が点灯。
38	Porta = Led(n2)	変数「LED」の「N2」番目の値をポートAに出力。
39	End If	条件分岐1ここまで。
40	Waitms 5	5ミリ秒間そのまま。
41	If N3 = 1 Then	条件分岐2。「N3＝1」ならば、
42	Portb = 0	ポートBの出力を「0」にする。
43	Else	「N3≠1」ならば、
44	Portb = 65	PB0とPB6を「1」にする。DIG3が点灯。
45	Porta = Led(n3)	変数「LED」の「N3」番目の値をポートAに出力。
46	End If	条件分岐2ここまで。
47	Waitms 5	5ミリ秒間そのまま。
48	Loop	Doループここまで。
49
50	End	メインプログラム終わり。
51
52	Sub Switch	サブルーチン「Switch」ここから。
53	Incr N0	変数「N0」の値を1増やす。
54	If N0 > 999 Then N0 = 0	「N0>999」になったら「N0＝0」にする。
55	End Sub	サブルーチン「Switch」ここまで。
56
57	Sub Lednumber	サブルーチン「Lednumber」ここから。
58	N3 = N0 ⁄ 100	「N0÷100」の商(整数部分)を「N3」とする。
59	M = N0 Mod 100	「N0÷100」の余りを「M」とする。
60	N2 = M ⁄ 10	「M÷10」の商(整数部分)を「N2」とする。
61	N1 = M Mod 10	「M÷10」の余りを「N1」とする。
62	N3 = N3 + 1	「N3＋1」を新たな「N3」とする。
63	N2 = N2 + 1	「N2＋1」を新たな「N2」とする。
64	N1 = N1 + 1	「N1＋1」を新たな「N1」とする。
65	End Sub	サブルーチン「Lednumber」ここまで。

　ポートBはPB0に入力スイッチ、PB4～PB6にLED表示器がつながっています。よって5行目「Config Portb = &B11111110」でPB0を入力に、その他を出力に設定します。26行目「Portb＝ 1」でPB0をプルアップします。この場所にプルアップ命令を書いたのは、最初の数字を「0」にするためです。これを書かないと初期状態で「1」が表示されます。

　Doループ内ではPB4, PB5, PB6を順に「1」にして表示桁を切り替えますが、このときスイッチがつながっているPB0も同時に「1」にしておかないとスイッチの操作に正しく反応しません。したがって、31, 33, 44行目はそれぞれ「Portb＝17」,「Portb＝33」,「Portb＝65」と、先のプログラムよりも数字がひとつ大きくなっています。

2. ロータリーエンコーダで数字を増減させるプログラム

　馬鹿のひとつ覚えと言われそうですが、ロータリーエンコーダで数を増やしたり減らしたりするプログラムを作りました。右へ1クリック回すたびに数字が1増え、左へ1クリック回すたびに数字が1減ります。回路図は下記の通りです。PB0, PB1, GNDにロータリーエンコーダをつなぎました。

　プログラムは下記の通りです。基本的に上のプログラムと同じやり方なんですが、ロータリーエンコーダのスイッチが短時間で切り替わるため、表示桁の切り替え時間を5mSにすると取りこぼしが多くなります。なので1mSごとに切り替えることにしました。ただ、それぞれに「Waitms 1」をつけるとDIG3 (最上位桁) だけが他の桁より明るくなったので、この部分には「Wait」命令がありません。サブルーチン「Lednumber」の処理にかかる時間が無視できなくなるためだと思います。それと、変数「N0」の範囲指定を簡単にするため、これだけインテジャー型で定義しました。

　プログラムファイル 7seg2b.bas

1	$regfile = "at26def.dat"	ATtiny26Lを使用する。
2	$crystal = 1000000	クロック周波数を1MHzに設定。
3
4	Config Porta = Output	ポートAを出力に設定する。
5	Config Portb = &B11111100	PB0, PB1を入力に、PB2～PB7を出力に設定する。
6	Config Debounce = 1	デバウンス時間を1mSとする。
7	Declare Sub Encode	サブルーチン「Encode」を使用する。
8	Declare Sub Lednumber	サブルーチン「Lednumber」を使用する。
9	Dim N0 As Integer	インテジャー型変数「N0」を使用する
10	Dim N1 As Word	ワード型変数「N1」を使用する。
11	Dim N2 As Word	ワード型変数「N2」を使用する。
12	Dim N3 As Word	ワード型変数「N3」を使用する。
13	Dim M As Word	ワード型変数「M」を使用する。
14	Dim LED(10) As Byte	バイト型変数「LED」(値は10個)を使用する。
15	A Alias Pinb.0	PB0入力を「A」という名前にする。
16	B Alias Pinb.1	PB1入力を「B」という名前にする。
17
18	Led(1) = 63	変数「LED」の1番目の値は「63」(「0」の表示用)。
19	Led(2) = 6	変数「LED」の2番目の値は「6」(「1」の表示用)。
20	Led(3) = 91	変数「LED」の3番目の値は「91」(「2」の表示用)。
21	Led(4) = 79	変数「LED」の4番目の値は「79」(「3」の表示用)。
22	Led(5) = 102	変数「LED」の5番目の値は「102」(「4」の表示用)。
23	Led(6) = 109	変数「LED」の6番目の値は「109」(「5」の表示用)。
24	Led(7) = 125	変数「LED」の7番目の値は「125」(「6」の表示用)。
25	Led(8) = 7	変数「LED」の8番目の値は「7」(「7」の表示用)。
26	Led(9) = 127	変数「LED」の9番目の値は「127」(「8」の表示用)。
27	Led(10) = 111	変数「LED」の10番目の値は「111」(「9」の表示用)。
28	Portb = 3	PB0, PB1をプルアップする。
29
30	Do	Doループここから。
31	Debounce A , 0 , Encode , Sub	「A＝0」になったらサブルーチン「Encode」へ。
32	Call Lednumber	サブルーチン「Lednumber」を実行する。
33	Portb = 19	PB0, PB1, PB4を「1」にする。DIG1が点灯。
34	Porta = Led(n1)	変数「LED」の「N1」番目の値をポートAに出力。
35	Waitms 1	1ミリ秒間そのまま。
36	If N2 = 1 And N3 = 1 Then	条件分岐1。「N2＝1」かつ「N3＝1」ならば、
37	Portb = 3	PB0, PB1を「1」にする。LED消灯。
38	Else	「N2≠1」あるいは「N3≠1」ならば、
39	Portb = 35	PB0, PB1, PB5を「1」にする。DIG2が点灯。
40	Porta = Led(n2)	変数「LED」の「N2」番目の値をポートAに出力。
41	End If	条件分岐1ここまで。
42	Waitms 1	1ミリ秒間そのまま。
43	If N3 = 1 Then	条件分岐2。「N3＝1」ならば、
44	Portb = 3	PB0, PB1を「1」にする。LED消灯。
45	Else	「N3≠1」ならば、
46	Portb = 67	PB0, PB1, PB6を「1」にする。DIG3が点灯。
47	Porta = Led(n3)	変数「LED」の「N3」番目の値をポートAに出力。
48	End If	条件分岐2ここまで。
49	Loop	Doループここまで。
50
51	End	メインプログラム終わり。
52
53	Sub Encode	サブルーチン「Encode」ここから。
54	If B = 1 Then	条件分岐3。「B＝1」(右回転) ならば、
55	Incr N0	「N0」の値を1増やす。
56	If N0 > 999 Then N0 = 999	「N0」の最大値を「999」とする。
57	End If	条件分岐3ここまで。
58	If B = 0 Then	条件分岐4。「B＝0」(左回転) ならば、
59	Decr N0	「N0」の値を1減らす。
60	If N0 < 0 Then N0 = 0	「N0」の最小値を「0」とする。
61	End If	条件分岐4ここまで。
62	End Sub	サブルーチン「Encode」ここまで。
63
64	Sub Lednumber	サブルーチン「Lednumber」ここから。
65	N3 = N0 ⁄ 100	「N0÷100」の商(整数部分)を「N3」とする。
66	M = N0 Mod 100	「N0÷100」の余りを「M」とする。
67	N2 = M ⁄ 10	「M÷10」の商(整数部分)を「N2」とする。
68	N1 = M Mod 10	「M÷10」の余りを「N1」とする。
69	N3 = N3 + 1	「N3＋1」を新たな「N3」とする。
70	N2 = N2 + 1	「N2＋1」を新たな「N2」とする。
71	N1 = N1 + 1	「N1＋1」を新たな「N1」とする。
72	End Sub	サブルーチン「Lednumber」ここまで。

3. ストップウォッチのプログラム

　99.9秒まで計測できるストップウォッチのプログラムです。スタート、ストップ、リセットの3つのスイッチが付いています。プログラムがスタートした時点では右端の「0」だけが表示されています。スタートスイッチを押すと、0.1秒刻みで数字がカウントアップします。ストップスイッチを押すとその時点でカウントが止まります。リセットスイッチを押すと表示が「0」に戻ります。

　回路図を下に示します。PB0にスタートスイッチ (SW1)、PB1にストップスイッチ (SW2) をつなぎます。リセットスイッチ (SW3) はPB7 (ICのリセット端子) につなぎます。

　プログラムは下記の通りです。

　プログラムファイル 7seg2c.bas

1	$regfile = "at26def.dat"	ATtiny26Lを使用する。
2	$crystal = 1000000	クロック周波数を1MHzに設定。
3
4	Config Porta = Output	ポートAを出力に設定する。
5	Config Portb = &B11111100	PB0, PB1を入力に、PB2～PB7を出力に設定する。
6	Config Debounce = 1	デバウンス時間を1mSとする。
7	Declare Sub Sw_start	サブルーチン「Sw_start」を使用する。
8	Declare Sub Sw_stop	サブルーチン「Sw_stop」を使用する。
9	Declare Sub Lednumber	サブルーチン「Lednumber」を使用する。
10	Dim N0 As Word	ワード型変数「N0」を使用する
11	Dim N1 As Word	ワード型変数「N1」を使用する。
12	Dim N2 As Word	ワード型変数「N2」を使用する。
13	Dim N3 As Word	ワード型変数「N3」を使用する。
14	Dim M As Word	ワード型変数「M」を使用する。
15	Dim T As Byte	バイト型変数「T」を使用する。
16	Dim F As Bit	ビット型変数「F」を使用する。
17	Dim LED(10) As Byte	バイト型変数「LED」(値は10個)を使用する。
18
19	Led(1) = 63	変数「LED」の1番目の値は「63」(「0」の表示用)。
20	Led(2) = 6	変数「LED」の2番目の値は「6」(「1」の表示用)。
21	Led(3) = 91	変数「LED」の3番目の値は「91」(「2」の表示用)。
22	Led(4) = 79	変数「LED」の4番目の値は「79」(「3」の表示用)。
23	Led(5) = 102	変数「LED」の5番目の値は「102」(「4」の表示用)。
24	Led(6) = 109	変数「LED」の6番目の値は「109」(「5」の表示用)。
25	Led(7) = 125	変数「LED」の7番目の値は「125」(「6」の表示用)。
26	Led(8) = 7	変数「LED」の8番目の値は「7」(「7」の表示用)。
27	Led(9) = 127	変数「LED」の9番目の値は「127」(「8」の表示用)。
28	Led(10) = 111	変数「LED」の10番目の値は「111」(「9」の表示用)。
29	Portb = 3	PB0, PB1をプルアップする。
30
31	Do	Doループここから。
32	Call Lednumber	サブルーチン「Lednumber」を実行する。
33	T = 0	変数「T」の値を「0」にする。
34	While T < 11	While～Wendループ。11回繰り返し。
35	Debounce Pinb.0, 0, Sw_start, Sub	「Pinb.0＝0」になったらサブルーチン「Sw_start」へ。
36	Debounce Pinb.1, 0, Sw_stop, Sub	「Pinb.1＝0」になったらサブルーチン「Sw_stop」へ。
37	Portb = 19	PB0, PB1, PB4を「1」にする。DIG1が点灯。
38	Porta = Led(n1)	変数「LED」の「N1」番目の値をポートAに出力。
39	Waitms 3	3ミリ秒間そのまま。
40	If N2 = 1 And N3 = 1 Then	条件分岐1。「N2＝1」かつ「N3＝1」ならば、
41	Portb = 3	PB0, PB1のみ「1」にする。LED消灯。
42	Else	「N2≠1」あるいは「N3≠1」ならば、
43	Portb = 35	PB0, PB1, PB5を「1」にする。DIG2が点灯。
44	Porta = Led(n2) + 128	変数「LED」の「N2」番目の値をポートAに出力。
		同時にDIG2の小数点も点灯する。
45	End If	条件分岐1ここまで。
46	Waitms 3	3ミリ秒間そのまま。
47	If N3 = 1 Then	条件分岐2。「N3＝1」ならば、
48	Portb = 3	PB0, PB1のみ「1」にする。LED消灯。
49	Else	「N3≠1」ならば、
50	Portb = 67	PB0, PB1, PB6を「1」にする。DIG3が点灯。
51	Porta = Led(n3)	変数「LED」の「N3」番目の値をポートAに出力。
52	End If	条件分岐2ここまで。
53	Waitms 3	3ミリ秒間そのまま。
54	Incr T	変数「T」の値を1増やす。
55	Wend	While～Wendループここまで。34行目へ戻る。
56	If F = 1 Then	条件分岐3。「F＝1」ならば、
57	Incr N0	変数「N0」の値を1増やす。
58	If N0 > 999 Then N0 = 0	「N0 > 999」になったら「N0＝0」にする。
59	End If	条件分岐3ここまで。
60	Loop	Doループここまで。
61
62	End	メインプログラム終わり。
63
64	Sub Sw_start	サブルーチン「Sw_start」ここから。
65	F = 1	変数「F」の値を「1」にする。
66	End Sub	サブルーチン「Sw_start」ここまで。
67
68	Sub Sw_stop	サブルーチン「Sw_stop」ここから。
69	F = 0	変数「F」の値を「0」にする。
70	End Sub	サブルーチン「Sw_stop」ここまで。
71
72	Sub Lednumber	サブルーチン「Lednumber」ここから。
73	N3 = N0 ⁄ 100	「N0÷100」の商(整数部分)を「N3」とする。
74	M = N0 Mod 100	「N0÷100」の余りを「M」とする。
75	N2 = M ⁄ 10	「M÷10」の商(整数部分)を「N2」とする。
76	N1 = M Mod 10	「M÷10」の余りを「N1」とする。
77	N3 = N3 + 1	「N3＋1」を新たな「N3」とする。
78	N2 = N2 + 1	「N2＋1」を新たな「N2」とする。
79	N1 = N1 + 1	「N1＋1」を新たな「N1」とする。
80	End Sub	サブルーチン「Lednumber」ここまで。

　34～55行目のWhile～Wendループは0.1秒ごとにカウントアップするプログラムです。この部分は前項「7セグメントLEDの点灯 (その1)」の「7seg1f.bas」と同じ考え方です。44行目「Porta = Led(n2) + 128」では、DIG2 (中央の桁) に数字を表示するとともに小数点も点灯します (PA7を「1」にする)。

　スタートスイッチ (SW1, Pinb.0) とストップスイッチ (SW2, Pinb.1) の状態を監視するプログラムは、反応が早いほうがいいだろうと思ってWhile～Wendループの中に入れました (35, 36行目)。でも、よく考えたらPB0とPB1はつねに「1」になっているので、どこに置いても同じだったかもしれません。カウントするかしないかは変数「F」の値によって決まります。「F＝1」でスタート、「F＝0」でストップです。リセットスイッチ (SW3) はマイコンICのリセット端子につながっているので、外部割込みのような動作になります。したがってプログラム中で監視する必要はありません。

　このプログラムは動作の確認が目的なので、時間の正確さには無頓着です。大雑把な見積りでは、While～Wendループを1周するのに9.2mS、これが11回で101mS、サブルーチン「Lednumber」の実行に1mSかかります。つまり約102mSごとにカウントがアップします。正確な計時をするには、クロックに水晶発振器を用い、各プログラムの実行時間を詳細に検討する必要があります。と言うか、そもそも「Wait」命令でタイミングを合わせようとするのは邪道かもしれません。

4. A⁄D変換値を表示するプログラム

　ADC端子の入力電圧を表示するプログラムです。表示は「0.00」から「5.00」までになります。回路図を下に示します。ADC7 (PB4, 7番ピン) に10kΩのボリュームをつなぎ、電源電圧を分圧して加えます。LED表示器のDIG1はPB3へ移しました。

　プログラムは下記の通りです。A⁄D変換については「A⁄D変換 (その1)」を見てください。A⁄D変換値 (0～1023) を電圧値 (0.00～5.00) に直すため、サブルーチン「Adconverter」内で、1000倍してから2048で割っています。これは電源電圧が5Vぴったりの場合を想定しています。変数「N0」は数字が大きくなるのでLong型にしました。それと、39行目「Porta＝Led(n3)＋128」の「＋128」は、左端の桁 (DIG3) に小数点を付けるためのものです。

　プログラムファイル 7seg2d.bas

1	$regfile = "at26def.dat"	ATtiny26Lを使用する。
2	$crystal = 1000000	クロック周波数を1MHzに設定。
3
4	Config Porta = Output	ポートAを出力に設定する。
5	Config Portb = Output	ポートBを出力に設定する。
6	Config Adc = Single , Prescaler = Auto	A⁄D変換の設定。
		変換方法は「単独変換」、分周値は「自動設定」。
7	Declare Sub Lednumber	サブルーチン「Lednumber」を使用する。
8	Declare Sub Adconverter	サブルーチン「Adconverter」を使用する。
9	Dim N0 As Long	ロング型変数「N0」を使用する
10	Dim N1 As Word	ワード型変数「N1」を使用する。
11	Dim N2 As Word	ワード型変数「N2」を使用する。
12	Dim N3 As Word	ワード型変数「N3」を使用する。
13	Dim M As Word	ワード型変数「M」を使用する。
14	Dim LED(10) As Byte	バイト型変数「LED」(値は10個)を使用する。
15
16	Led(1) = 63	変数「LED」の1番目の値は「63」(「0」の表示用)。
17	Led(2) = 6	変数「LED」の2番目の値は「6」(「1」の表示用)。
18	Led(3) = 91	変数「LED」の3番目の値は「91」(「2」の表示用)。
19	Led(4) = 79	変数「LED」の4番目の値は「79」(「3」の表示用)。
20	Led(5) = 102	変数「LED」の5番目の値は「102」(「4」の表示用)。
21	Led(6) = 109	変数「LED」の6番目の値は「109」(「5」の表示用)。
22	Led(7) = 125	変数「LED」の7番目の値は「125」(「6」の表示用)。
23	Led(8) = 7	変数「LED」の8番目の値は「7」(「7」の表示用)。
24	Led(9) = 127	変数「LED」の9番目の値は「127」(「8」の表示用)。
25	Led(10) = 111	変数「LED」の10番目の値は「111」(「9」の表示用)。
26
27	Do	Doループここから。
28	Start Adc	A⁄D変換を開始する。
29	N0 = Getadc(7)	ADC7の入力をA⁄D変換して「N0」に代入。
30	Call Adconverter	サブルーチン「Adconverter」を実行する。
31	Call Lednumber	サブルーチン「Lednumber」を実行する。
32	Portb = 8	PB3を「1」にする。DIG1が点灯。
33	Porta = Led(n1)	変数「LED」の「N1」番目の値をポートAに出力。
34	Waitms 5	5ミリ秒間そのまま。
35	Portb = 32	PB5を「1」にする。DIG2が点灯。
36	Porta = Led(n2)	変数「LED」の「N2」番目の値をポートAに出力。
37	Waitms 5	5ミリ秒間そのまま。
38	Portb = 64	PB6を「1」にする。DIG3が点灯。
39	Porta = Led(n3) + 128	変数「LED」の「N3」番目の値をポートAに出力。
		同時にDIG3の小数点(DP)を点灯する。
40	Waitms 5	5ミリ秒間そのまま。
41	Loop	Doループここまで。
42
43	End	メインプログラム終わり。
44
45	Sub Adconverter	サブルーチン「Adconverter」ここから。
46	N0 = N0 * 1000	「N0×1000」を新たな「N0」とする。
47	N0 = N0 ⁄ 2048	「N0÷2048」を新たな「N0」とする。
48	End Sub	サブルーチン「Adconverter」ここまで。
49
50	Sub Lednumber	サブルーチン「Lednumber」ここから。
51	N3 = N0 ⁄ 100	「N0÷100」の商(整数部分)を「N3」とする。
52	M = N0 Mod 100	「N0÷100」の余りを「M」とする。
53	N2 = M ⁄ 10	「M÷10」の商(整数部分)を「N2」とする。
54	N1 = M Mod 10	「M÷10」の余りを「N1」とする。
55	N3 = N3 + 1	「N3＋1」を新たな「N3」とする。
56	N2 = N2 + 1	「N2＋1」を新たな「N2」とする。
57	N1 = N1 + 1	「N1＋1」を新たな「N1」とする。
58	End Sub	サブルーチン「Lednumber」ここまで。