LED ON・OFFの実験

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LED ON・OFFの実験 2006.01.03(火)～作成 2004.06.18(金) 中野良知編集 2006.01.04(水) アセンブリ言語のステップ数削減の記述を削除。 2006.04.12(水) 概要、目次、サンプルプログラムの項目を追加。概要 EZ-USBマイコンでLEDの点滅を行います。目次 1. 接続図 2. 開発環境のインストール 3. サンプルプログラム 4. プログラムの実行 5. LedOnOff.cのフローチャート 6. 点滅が見えるようにする 6.1. フローチャートは 6.2. 変数loop_countの働き 6.3. 変数loop_countのチェック 6.4. プログラムの編集 6.5. コンパイル 6.6. ループの所要時間について 1. 接続図 ┏━━━━━━┓ ┏━━━━━━┳━━┓＋┌──┬┐－ ┃ ┃ USBケーブル ┃MINI ┃B9 ┠─┤LED │├─┐ ┃Windows PC ┣━━━━━━━┫EZ-USB ┃ ┃ └──┴┘ │ ┃ ┃ ┃キット ┃ ┃ ┌───┐ │ ┃ ┃ ┃ ┃B13 ┠─┤220Ω　├─┘ ┗━━━━━━┛ ┗━━━━━━┻━━┛ └───┘ ↑ コネクタコネクタの端子番号 B9 には、EZ-USBマイコンのポートBのビット0(PORTB-0)がプリント基板内で接続されています。 2. 開発環境のインストール Windows PC に Cypressからダウンロードした、Cypress EZ-USB Development Kit をインストールします。インストール手順はこちらを参照して下さい。 3. サンプルプログラムサンプルプロジェクトをダウンロードし、解凍します。解凍した「LedOnOff」フォルダーを D:\Cypress\USB\Myprogramのサブフォルダーに移動します。移動したフォルダーのパスです。 D:\Cypress\USB\Myprogram\LedOnOff\ ドライブ D:は、Cypress EZ-USB Development Kit のインストール先により変わります。 4. プログラムの実行「スタート」→「プログラム」→「Cypress」→「USB」→「EZ-USB control panel」を順にクリックしてください。開いたEZ-USBコントロールパネルの「DownLoad」釦をクリックし、解凍したサンプルプログラムの"LedOnOff.hex"を選択し「開く」釦をクリックしてください。 PCからMINI EZ-USBキットへプログラム転送が行われます。プログラムの転送が終了するとMINI EZ-USBマイコンが、今転送したプログラムを実行し、LEDが点灯します。 EZ-USBコントロールパネルの「HOLD」釦と「RUN」釦を交互にクリックしてください。「RUN」を押すとLEDが点灯します。「HOLD」を押すタイミングによってLEDが消灯する場合があります。「RUN」を押した時の B9 の出力波形 LED ON ┌───┐LED OFF ┌───┐ ┌───┐ ───┘ └────┘ └────┘ └─── │←─→│←──→│ 1.36μsec 2.32μsec 「HOLD」を押した時の B9 の出力波形1 LED ON ┌───┐LED OFF ───┘ └───────────────────── ↑ ここで「HOLD」釦を押したとき「HOLD」を押した時の B9 の出力波形2 LED ON ┌───┐LED OFF ┌──────────────── ───┘ └────┘ ↑ ここで「HOLD」釦を押したとき EZ-USBコントロールパネルの「HOLD」釦を押したことにより、LEDを接続したポートの出力を1または0の状態に保持したままEZ-USBマイコンは動作を停止します。 5. LedOnOff.cのフローチャート ┌───────┐ │ スタート │ └───┬───┘ │ ┌───┴──────┐ │PORTB-0を出力に設定 │ └───┬──────┘ ├←───────┐ ┌───┴─────┐ │ │PORTB-0に1を出力 │ │ └───┬─────┘ │ │ │ ┌───┴─────┐ │ │PORTB-0に0を出力 │ │ └───┬─────┘ │ │ │ └────────┘ 6. 点滅が見えるようにする LED のON/OFFを目に見えるようにしたいと思います。 1)loop_countという名前の変数を用意します。ソースコードで long loop_count; と記述すると、整数型32ビット長(4バイト)の変数名 loop_count が使用できるようになります。 6.1. フローチャートは ┌───────┐ │ スタート │ └───┬───┘ ┌───┴───────┐ │変数 loop_count を用意│ └───┬───────┘ ┌───┴───────┐ │変数 loop_count = 0 │ └───┬───────┘ ┌───┴──────┐ │PORTB-0を出力に設定 │ └───┬──────┘ ↓ ├←────────────────────┐ │ │ ───┴────────── 1 │ ＜変数 loop_count のビット17 ＞──┐ │ ───┬────────── │ │ │0 │ │ ┌───┴─────┐ ┌───┴─────┐ │ │PORTB-0に0を出力 │ │PORTB-0に1を出力 │ │ └───┬─────┘ └───┬─────┘ │ ├─────────────┘ │ ┌───┴────────────┐ │ │変数 loop_count = loop_count +1 │ │ └───┬────────────┘ │ │ │ └─────────────────────┘ 6.2. 変数loop_countの働き変数 loop_count の内容は、ループ1回ごとにカウントアップします。 loop_countの内容を2進数で表現すると、初期値は 31 30 29 28 18 17 16 5 4 3 2 1 0 ┌─┬─┬─┬─┬ ─ ─┬─┬─┬─┬ ─ ─ ┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐ │ 0│ 0│ 0│ 0│ │ 0│ 0│ 0│ │ 0│ 0│ 0│ 0│ 0│ 0│ └─┴─┴─┴─┴ ─ ─┴─┴─┴─┴ ─ ─ ┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘ です。途中を省略しています。ループ内の処理1回の最後の変数 loop_count = loop_count + 1により 31 30 29 28 18 17 16 5 4 3 2 1 0 ┌─┬─┬─┬─┬ ─ ─┬─┬─┬─┬ ─ ─ ┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐ │ 0│ 0│ 0│ 0│ │ 0│ 0│ 0│ │ 0│ 0│ 0│ 0│ 0│ 1│ └─┴─┴─┴─┴ ─ ─┴─┴─┴─┴ ─ ─ ┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘ ループ2回目 31 30 29 28 18 17 16 5 4 3 2 1 0 ┌─┬─┬─┬─┬ ─ ─┬─┬─┬─┬ ─ ─ ┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐ │ 0│ 0│ 0│ 0│ │ 0│ 0│ 0│ │ 0│ 0│ 0│ 0│ 1│ 0│ └─┴─┴─┴─┴ ─ ─┴─┴─┴─┴ ─ ─ ┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘ ... ... ループ131031回目 31 30 29 28 18 17 16 5 4 3 2 1 0 ┌─┬─┬─┬─┬ ─ ─┬─┬─┬─┬ ─ ─ ┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐ │ 0│ 0│ 0│ 0│ │ 0│ 0│ 1│ │ 1│ 1│ 1│ 1│ 1│ 1│ └─┴─┴─┴─┴ ─ ─┴─┴─┴─┴ ─ ─ ┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘ ループ131032回目 31 30 29 28 18 17 16 5 4 3 2 1 0 ┌─┬─┬─┬─┬ ─ ─┬─┬─┬─┬ ─ ─ ┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐ │ 0│ 0│ 0│ 0│ │ 0│ 1│ 0│ │ 0│ 0│ 0│ 0│ 0│ 0│ └─┴─┴─┴─┴ ─ ─┴─┴─┴─┴ ─ ─ ┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘ ↑ ビット17 ... ... ループ262064回目 31 30 29 28 18 17 16 5 4 3 2 1 0 ┌─┬─┬─┬─┬ ─ ─┬─┬─┬─┬ ─ ─ ┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐ │ 0│ 0│ 0│ 0│ │ 1│ 0│ 0│ │ 0│ 0│ 0│ 0│ 0│ 0│ └─┴─┴─┴─┴ ─ ─┴─┴─┴─┴ ─ ─ ┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘ ↑ ビット17 ビット17はループ回数が131032回ごとに値が変化します。 1回のループが9μsecであった場合、131032回ループの所要時間は、 9μsec * 131032 = 1.18sec です。変数 loop_count のビット17の値によりプログラムの流れを変えることにより LEDを約 1.2秒間隔でON・OFFさせることが出来ます。一回のループ時間 9μsecの出所は、このテキストの最後を参照してください。 6.3. 変数loop_countのチェック loop_countのビット17の値は以下のようにして判定します。 loop_count の値 00000000000000011111111111111111 (131031=0x0001FFFF) 論理積) 00000000000000100000000000000000 (131032=0x00020000) ------------------------------------------------------- 00000000000000000000000000000000 → 答えは0になります loop_count の値 00000000000000100000000000000000 (131032=0x00020000) 論理積) 00000000000000100000000000000000 (131032=0x00020000) ------------------------------------------------------- 00000000000000100000000000000000 → 答えは0以外になります C言語で記述すると if( loop_count & 0x00020000 ){ /* 結果が0以外なら、LEDをONにします。 */ }else{ /* 結果が0なら、LEDをOFFにします。 */ } です。 6.4. プログラムの編集「スタート」→「プログラム」→「Keil uVision2」を順にクリックします。 Keil uVision2パネルの「Project」→「Open Project」をクリックし、解凍したフォルダの \LedOnOff.Uv2 を選択して「開く」をクリックします。プロジェクトフレームの[Source Group1][LedOnOff.c]をダブルクリックします。 LedOnOff.cのソースコードが表示されます。 //-------------------------------------------------------------------------- #include #include main() { OEB = 1; // POATB BIT0:OUTPUT while(TRUE){ OUTB |= bmBIT0; // LED ON OUTB &= ~bmBIT0; // LED OFF } } //-------------------------------------------------------------------------- を //-------------------------------------------------------------------------- #include #include main() { long loop_count; loop_count = 0; OEB = 1; // PORTB BIT0:OUTPUT while(TRUE){ if( loop_count & 0x20000 ){ OUTB |= bmBIT0; // LED ON }else{ OUTB &= ~bmBIT0; // LED OFF } loop_count++; // loop_count = loop_count + 1 } } //-------------------------------------------------------------------------- に書き換えます。 6.5. コンパイル │↓│ Keil uVision2パネルの └─┘ マークの釦をクリックしてください。コンパイルが始まり、LedOnOff.hex が更新されます。 EZ-USB Control Panelの[DOWN LOAD]釦をクリックし、更新した"LedOnOff.hex"を選択し、「開く」釦を押してください。プログラムのダウンロード後、EZ-USBマイコンがプログラムを実行し、約1.2秒ごとに LEDがON・OFFします。 6.6. ループの所要時間について以下は、LedOnOff.cをコンパイルして生成したアセンブリ言語プログラムで、 main()関数の部分です。 ----------------------------------------------------------------------------- ASSEMBLY LISTING OF GENERATED OBJECT CODE ; FUNCTION main (BEGIN) ; SOURCE LINE # 16 ; SOURCE LINE # 17 ; SOURCE LINE # 20 0000 E4 CLR A 0001 F500 R MOV loop_count+03H,A 0003 F500 R MOV loop_count+02H,A 0005 F500 R MOV loop_count+01H,A 0007 F500 R MOV loop_count,A ; SOURCE LINE # 22 0009 900000 E MOV DPTR,#OEB 000C 04 INC A 000D F0 MOVX @DPTR,A 000E ?C0001: ; SOURCE LINE # 24 ; SOURCE LINE # 25 000E E4 CLR A 000F FF MOV R7,A 0010 FE MOV R6,A 0011 E500 R MOV A,loop_count+01H 0013 5402 ANL A,#02H 0015 FD MOV R5,A 0016 E4 CLR A 0017 FC MOV R4,A 0018 ED MOV A,R5 0019 6009 JZ ?C0003 ; SOURCE LINE # 26 001B 900000 E MOV DPTR,#OUTB 001E E0 MOVX A,@DPTR 001F 4401 ORL A,#01H 0021 F0 MOVX @DPTR,A ; SOURCE LINE # 27 0022 8007 SJMP ?C0004 0024 ?C0003: ; SOURCE LINE # 28 0024 900000 E MOV DPTR,#OUTB 0027 E0 MOVX A,@DPTR 0028 54FE ANL A,#0FEH 002A F0 MOVX @DPTR,A ; SOURCE LINE # 29 002B ?C0004: ; SOURCE LINE # 30 002B E4 CLR A 002C FA MOV R2,A 002D F9 MOV R1,A 002E F8 MOV R0,A 002F E500 R MOV A,loop_count+03H 0031 2401 ADD A,#01H 0033 F500 R MOV loop_count+03H,A 0035 EA MOV A,R2 0036 3500 R ADDC A,loop_count+02H 0038 F500 R MOV loop_count+02H,A 003A E9 MOV A,R1 003B 3500 R ADDC A,loop_count+01H 003D F500 R MOV loop_count+01H,A 003F E8 MOV A,R0 0040 3500 R ADDC A,loop_count 0042 F500 R MOV loop_count,A ; SOURCE LINE # 31 C51 COMPILER V6.10 LEDONOFF 06/18/2004 15:46:18 PAGE 3 0044 80C8 SJMP ?C0001 ; FUNCTION main (END) ----------------------------------------------------------------------------- このなかで、while文の先頭からPORTB-0に1を出力し、while文に戻るまでの流れは以下のようになります。上から順に実行します。 000E ?C0001: 000E E4 1 CLR A ;while文の先頭 000F FF 1 MOV R7,A 0010 FE 1 MOV R6,A 0011 E500 R 2 MOV A,loop_count+01H 0013 5402 2 ANL A,#02H ;loop_countのビット17を判定 0015 FD 1 MOV R5,A 0016 E4 1 CLR A 0017 FC 1 MOV R4,A 0018 ED 1 MOV A,R5 0019 6009 3 JZ ?C0003 ;loop_countのビット17が0なら?C0003へ 001B 900000 E 3 MOV DPTR,#OUTB 001E E0 2 MOVX A,@DPTR 001F 4401 2 ORL A,#01H 0021 F0 2 MOVX @DPTR,A 0022 8007 3 SJMP ?C0004 ;loop_countのビット17が1なら?C0004へ 002B ?C0004: 002B E4 1 CLR A 002C FA 1 MOV R2,A 002D F9 1 MOV R1,A 002E F8 1 MOV R0,A 002F E500 R 2 MOV A,loop_count+03H ;loop_countをインクリメント 0031 2401 2 ADD A,#01H 0033 F500 R 2 MOV loop_count+03H,A 0035 EA 1 MOV A,R2 0036 3500 R 2 ADDC A,loop_count+02H ;loop_count内2バイト目へ桁上げ 0038 F500 R 2 MOV loop_count+02H,A 003A E9 1 MOV A,R1 003B 3500 R 2 ADDC A,loop_count+01H ;loop_count内3バイト目へ桁上げ 003D F500 R 2 MOV loop_count+01H,A 003F E8 1 MOV A,R0 0040 3500 R 2 ADDC A,loop_count ;loop_count内4バイト目へ桁上げ 0042 F500 R 2 MOV loop_count,A 0044 80C8 3 SJMP ?C0001 ;while文の先頭へジャンプ ↑ は１命令の実行サイクル数を追記しました。命令の実行サイクル数の合計は54命令サイクルです。 54命令サイクルの所要時間は 54[命令サイクル] * (1 / 24MHz)[クロック周期] * 4[クロック数/命令サイクル] = 9μsec です。ここで (1 / 24MHz)[クロック周期]は、マイコンの源発振周波数の１クロック時間を示します。 4[クロック数/命令サイクル]は、１命令サイクルがマイコンの源発振周波数の4クロックであることを示します。 C言語で書くと簡単なプログラムも、アセンブリ言語に置き換えると多くのステップで出来ていることが分かると思います。 Topへ

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