第25回 スイッチ制御プログラム

今回はスイッチを制御するプログラムを作成します。

今回の説明

PICマイコン電子工作入門の基礎編は、次のステップで説明しています。

この記事の説明は「❺ ベース回路にスイッチを追加」のうち、「スイッチ制御のプログラム作成」を説明します。

1. LEDを電池と抵抗のみで光らせる回路を組み立てる
   PICマイコンの回路を組み立てる前に、ブレッドボードの取り扱いに慣れておくことにします。電池、抵抗、LEDのみを使って、ブレッドボード上に回路を組み立ててLEDを光らせてみます。ここでは電池、抵抗、発光ダイオードの回路記号と回路図の説明をして、回路図からブレッドボードに組む方法を説明します。まずはブレッドボードに慣れましょう!
2. PICマイコンのベース回路を組む
   PICマイコンのはじめの一歩の回路は、LEDを1秒に1回光らせるだけの回路です。
   この回路をブレッドボードに組み立てます。
3. プログラムを作る
   LEDを1秒に1回光らせるプログラムを作成します。
4. PICマイコンに書き込んで動作させる
   作成したプログラムをPICマイコンに書き込んで動作させてみます。
5. ベース回路にスイッチを追加 ⬅︎ 今回
   LEDの点滅をスイッチで開始させるために、ベース回路にスイッチを追加します。
   これまではLEDを光らせる、という出力制御をしましたが、今度はPICマイコンで外部からスイッチの信号を入力する方法を習得します。
6. ベース回路にブザーを追加
   スタートスイッチ付きの、1秒に1回光らせる回路を作りましたので、ブザーを追加してタイマーとして完成させます。

動作仕様検討

スイッチを制御するプログラムを作成する前に、動作仕様を検討します。

スイッチの役割

今までのプログラムでは。電源をONにするとすぐに点滅を開始していました。

タイマーとして動作させたいため、動作仕様としては「スイッチを押したらLEDの点滅を開始する」ようにしたいと思います。

LEDの役割

「スイッチを押したらLEDの点滅を開始する」という動作は問題ないと思いますが、スイッチを押すまでLEDをどうするかも考えておきたいと思います。

電源をONにしてもLEDが消えた状態のままですと、プログラムが動いているのかよくわからないですよね。

そこで、スイッチを押すまでは「ちゃんと電源がきていて、プログラムも動いていますよ」ということを示すために、LEDの初期状態は点灯状態にしておこうと思います。

その状態でスイッチが押されたら点滅を開始する、という動作仕様にします。

これを図にまとめると次のようになります。

念のため補足しておきます。

スイッチはプルアップ抵抗を接続しましたので、スイッチがOFFの場合はRA3ピンは5V、スイッチをONにすると0Vになります。

プルアップ抵抗の場合は普通のイメージと逆になりますので注意します。

プログラム変更概要

最初に、LEDの点滅制御プログラムの構成をもう一度確認しておきます。

このような構成でしたよね。

これからスイッチの処理を追加しますが、どこをどう変更するか最初に概要を検討しておきます。

「❶ コメント」ですが、これからベースのプログラムを編集していきますので、どのような機能を入れたかメモしておくことにします。

「❷ ヘッダファイルインクルード」、「❸ PICマイコンコンフィグレーション設定」、「❹ その他設定」は変更ありません。

「❺ メイン処理」は、「スイッチを押したら点滅を開始する」という処理がありませんので、この処理の追加が必要です。

このメイン処理をどのように修正すればよいかざっと把握しておきましょう。

動作仕様の検討では、「LEDの初期状態をON」、「スイッチを押したらLEDの点滅を開始」することにしました。

これから、この2つの動作のプログラムを作成していきます。

スイッチ制御プログラム作成

LEDの初期状態をON

現在のプログラムは、LEDの初期状態を次のようにOFFにしています。

// LEDを消灯する
LATA5 = 0;

初期状態をONにしますので、この部分は次のように変更します。

// LEDを点灯する
LATA5 = 1;

スイッチを押したらLEDの点滅を開始

「スイッチを押してからLEDの点滅処理を開始」するように変更すればよいので、点滅処理の前に、「スイッチが押されるまで待ち続ける」という処理を追加すれば実現できます。

スイッチの状態はRA3という変数に格納されています。

RA3ピンが0VのときRA3が0に、5Vのときは1になります。

スイッチはプルアップ抵抗で5Vに接続されていますので、スイッチがOFFのとき、RA3ピンは5Vですので変数RA3は1になります。

またスイッチがONのとき、RA3ピンは0Vですので変数RA3は0になります。

スイッチが押されるまで何もしない、ということは、変数RA3が1の間は次に進まないでずっと待ち続ける、というプログラムを書けばよいことになります。

これは以下のようなプログラムになります。

while(RA3 == 1) {
}

このコードはもう少し簡略化できます。

プログラムでは、「1」は「true」を意味しますので、次のように書くこともできます。

while( RA3 ) {
}

最初のコードより少しわかりづらい気もしますが、PICマイコンのプログラムではこのように書く方もいますので、どちらの書き方に慣れていただければと思います。

このコードはLEDの点滅処理の前に追加すればOKです。

完成したプログラム

プログラムは次のように完成させてみました。

プログラムを書き込んだら、PICkitを外して、電池ボックスを接続して動作確認してみてください。

スイッチをONにするとLEDが点灯状態になり、スイッチを押すと点滅が始まれば成功です！

/*
 * File:   main.c
 * 変更履歴
 *   2025.4.14: スイッチ制御追加
 */

#include <xc.h>

// PIC12F1822 Configuration Bit Settings
// CONFIG1
#pragma config FOSC = INTOSC    // Oscillator Selection (INTOSC oscillator: I/O function on CLKIN pin)
#pragma config WDTE = OFF       // Watchdog Timer Enable (WDT disabled)
#pragma config PWRTE = OFF      // Power-up Timer Enable (PWRT disabled)
#pragma config MCLRE = OFF      // MCLR Pin Function Select (MCLR/VPP pin function is digital input)
#pragma config CP = OFF         // Flash Program Memory Code Protection (Program memory code protection is disabled)
#pragma config CPD = OFF        // Data Memory Code Protection (Data memory code protection is disabled)
#pragma config BOREN = ON       // Brown-out Reset Enable (Brown-out Reset enabled)
#pragma config CLKOUTEN = OFF   // Clock Out Enable (CLKOUT function is disabled. I/O or oscillator function on the CLKOUT pin)
#pragma config IESO = OFF       // Internal/External Switchover (Internal/External Switchover mode is disabled)
#pragma config FCMEN = OFF      // Fail-Safe Clock Monitor Enable (Fail-Safe Clock Monitor is disabled)
// CONFIG2
#pragma config WRT = OFF        // Flash Memory Self-Write Protection (Write protection off)
#pragma config PLLEN = OFF      // PLL Enable (4x PLL disabled)
#pragma config STVREN = OFF     // Stack Overflow/Underflow Reset Enable (Stack Overflow or Underflow will not cause a Reset)
#pragma config BORV = LO        // Brown-out Reset Voltage Selection (Brown-out Reset Voltage (Vbor), low trip point selected.)
#pragma config LVP = OFF        // Low-Voltage Programming Enable (High-voltage on MCLR/VPP must be used for programming)


// クロック周波数指定
// __delay_ms()関数が使用する
#define _XTAL_FREQ 1000000

void main(void) {

    // PICマイコン設定
    OSCCON = 0b01011000;  // 内部クロック周波数を1MHzに設定
    ANSELA = 0b00000000;  // すべてのピンをデジタルモードに設定
    TRISA  = 0b00001000;  // すべてのピンを出力モードに設定(ただしRA3ピンは常に入力モード)

    // LEDを点灯する
    LATA5 = 1;

    // スイッチが押されるまで待つ
    while( RA3 ) {
    }
    
    // LED点滅処理(永久に繰り返す)
    while(1){
        // LEDを950ms消灯する
        LATA5 = 0;
        __delay_ms(950);            
        // LEDを50ms点灯する
        LATA5 = 1;
        __delay_ms(50);
    }

    // 以下の命令は実行されない
    return;

}

スイッチの扱い

スイッチ制御のプログラムって思ったより簡単でしたよね。

PICマイコンのピンをデジタル入力にすると、ピンに対応する変数に電圧の状態に応じた値がわかります。

また、スイッチを接続する場合、プルダウン抵抗かプルアップ抵抗を接続する必要があることも確認しました。

とはいっても、物理的なスイッチは、実は根深い問題を抱えているんです。

この問題については応用編で詳しく説明します。おそらくげんなりすると思いますが、頑張って一緒に理解していきましょう。

疑問

今回までに、PICマイコンのピンを「デジタル出力」に設定した場合、ピンに対応する変数、例えばLATA5に値を代入するとピンの出力電圧を制御することを確認しました。

また、ピンを「デジタル入力」に設定した場合、ピンに対応する変数、例えばRA3の値を確認すると現在のピンの状態がわかりました。

この変数、ちょっと疑問があります。例えば、2番ピンのRA5で考えて見ます。2番ピンを「デジタル出力」に設定した場合、出力電圧を制御するには変数「LATA5」に値を代入することになります。同じ2番ピンを「デジタル入力」に設定した場合、ピンの状態を読み取るには変数「RA5」の値を確認することになります。

出力制御するときは「LATA」という名前で、入力の場合は「RA」という名前を使用していますが、これって統一できないんですかね。例えば、デジタル出力する場合は変数「RA5」に値を代入して、デジタル入力の場合は同じく変数「RA5」を読み取る、という感じです。

実は、今回作成したプログラムは全て「RA」変数を使用しても動作します。例えば、電源投入時に次のようにLEDを制御しました。

LATA5 = 1;

この部分を次のように変更しても動作します。

RA5 = 1;

PICマイコンに関する書籍やサイトのプログラムを見ると、入力も出力も変数「RA」を使っているものがあります。特に問題が発生しない場合はこれで全く問題ありません。

ただ、例えばLEDを複数制御する場合などは、出力制御する場合「RA」を使用すると問題が発生するケースもあります。

最初は、出力制御する場合は変数「LATA」、入力読み取りの場合は変数「RA」を使用する、と覚えておいていただければと思います。

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