第9回 PICマイコンを理解する

今回から、PICマイコンの回路を作っていきます。最初はLEDを点滅させるための回路です。この回路ができたら、後からスイッチを追加、その後にブザーを追加していき、最後にタイマーとして完成させます。

本シリーズ記事の内容を改訂して、基礎編、応用編、実践編として以下のリンクに公開しています。以下のシリーズはさらにいろいろなPICマイコンの機能をご紹介しています！
PICマイコン電子工作入門　〜基礎編〜
PICマイコン電子工作入門　〜応用編〜
PICマイコン電子工作入門　〜実践編〜

今回の説明

回路を完成させるために以下の順序で説明しています。このエントリの説明は(2)「PICマイコンのベース回路を組む」の部分の最初のステップになります。

1. 発光ダイオード(LED)を電池と抵抗のみで光らせる回路を組む
   PICマイコンの回路を組む前に、まずは電池、抵抗、発光ダイオードのみを使って、ブレッドポード上に回路を組んで発光ダイオードを光らせてみます。ここでは電池、抵抗、発光ダイオードの回路記号、回路図と、回路図からブレッドボードに組む方法を説明します。
2. PICマイコンのベース回路を組む
   はじめの一歩の回路は、発光ダイオードを1秒に1回光らせるだけの回路です。この回路を組みます。
3. プログラムを作る
   発光ダイオードを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
   発光ダイオード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。これまでは発光ダイオードを光らせる、という出力制御をしましたが、PICマイコンで外部から信号を入力する方法を確認します。
6. ベース回路にブザーを追加
   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を作ってみます。

説明の進め方

今回から、PICマイコンを使って発光ダイオードを点滅させる回路の製作に入ります。説明が長くなりそうですので、まずどのように説明をするか俯瞰しておきたいと思います。

1. PICマイコンを使った電子回路を開発する手順の復習
   PICマイコンのプログラム開発手順を復習します。次に、PICマイコンを使ってどのような回路を組んでいけばよいかを説明します。
2. PICマイコンの説明
   PICマイコンそのものの説明を行い、1で説明した回路をどのように組んでいけばよいかを説明します。必要な回路をブロック毎に説明します。
3. PICマイコン回路を完成させる
   2で説明したそれぞれ必要なブロックをひとつにまとめて、PICマイコンの回路を完成させます

なおこれらの説明は数回に分かれる予定です。

PICマイコンを使った電子回路を開発する手順

「MacでPICマイコン電子工作入門 第4回」で説明しましたが、再度PICマイコンを使った電子回路を開発する手順を確認しておきます。

その手順ですが、PICマイコンの回路を作成し、Mac上のPICマイコンプログラム開発環境であるMAPABX上でプログラムを開発し、最後にそのプログラムをPICKit3経由で作成した回路に書き込みます。ここまでできたら、あとは作成した回路に電池を接続してスイッチを入れて動作させます。

この手順からわかることは、PICマイコンを使用した回路には、

• プログラムを書き込む必要があるので、PICKit3経由でプログラムを書き込めるように、PICマイコンに書き込むための接続回路が必要なこと
• 電池を接続して動作させるため、電源を接続する回路ことが必要なこと
• 発光ダイオードを光らせるので、もちろん発光ダイオードをつなげる回路が必要なこと

ということになります。つまりPICマイコンを中心として、以下のような回路を作成していくことになります。

今後、電子回路を見る機会が増えてくると思います。結構複雑な電子回路になると、見ただけで「なんか無理」みたいな感想を持ってしまいますが、上の図のように電子回路は機能ブロックごとに読み解く、あるいは作成していけばそれほど難しくはありません。今回出てくるLEDを接続する部分も、この回路だけで使えるというわけではなく、例えばArduinoやRaspberry PiでLEDを点滅させたい場合も使えます。電子回路を読み解くポイントは、ブロックごとに解読していく、ということを覚えておいてください。

この後ですが、まずPICマイコンそのものについて説明し、そのあと「電源回路」「発光ダイオード回路」「プログラム書き込み回路」について順に説明していきます。最後はこれらをまとめて回路を仕上げます。

PICマイコン

PICマイコンには多くの種類があります。その中でもコンパクトで、機能はそれなりに搭載されている “PIC12F683” というPICマイコンを使用します。このPIC12F683の仕様や使い方が詳細に記載されたデータシートがMicrochip社からリリースされています。まだこのデータシートは読めなくてもまったく問題ありませんが、仕様書がある、ということだけ理解しておきましょう。

PIC12F683データシート(PDFファイルです)

またPIC12F683の主要な仕様は以下になります。

それではまずデータシートに記載されているPIC12F683のピンの機能をデータシートでみてみましょう。

(Microchip社 PIC12F683データシートより引用)

???って感じですよね。これを解読するために、まずは「ピン番号」というものから覚えていきましょう。PICマイコンに限らず、このよなう形状のものはピンを区別するためにそれぞれのピンに番号が振られています。ピン番号がないと、

「どこにつなぐんだっけ?」
「ほら、右下から数えて3番目のピンだよ」
「それってどっち向きに置いたときなの?」
「え〜っと、、、」

と、かなり鬱陶しいやりとりが必要になってしまいますよね。そこで、ピン番号を決めるわけです。

PIC12F683を上から見ると、以下のようになっています。

PICマイコンに限らず、このような形状のものは、片方の辺に半円の切り込みとその近辺に丸いくぼみが付いています。半円の切り込みが左にくるように置いたとき、丸いくぼみのピンから左回りに、1から番号を振っていきます。上の図では、

このように番号を振ることになります。先ほどのデータシートで、まずピン番号についてはわかりましたでしょうか。さらに上のデータシートの図では、各ピンがどのような機能をもっているかが書かれています。

1番と8番ピンは、なんとなく、VDDとVSS、という機能のピンだろう、ということが想像できると思います(VDD、VSS自体の意味は置いておいて)。それに比べて、2〜7番ピンはいろいろな文字がかかれています。

まず2〜7番ピンにいろいろな文字が書かれている理由ですが、それは、PICマイコンの設定を変更することにより(プログラムで設定を行います)、各ピンがいろいろな役割になることができるためです。ここでは意味までは説明しませんが、例えば、2番ピンであれば、プログラムで設定することにより、”GP5″、”T1CKI”、”OSC1″あるいは”CLKIN”のいずれかの機能を持つように設定できる、ということになります(それぞれの意味はわからなくても今は問題ありません)。他のピンも同様です。今回の製作では、このPICマイコンの各ピンを以下の機能として使用します。念のためデータシートのピンの機能説明の図と比較してみてください。

ピン番号は書きませんでしたので、どれが何番ピンかご自分で確認してみましょう。各ピンの意味は以下のようになります。

繰り返しになりますが(しつこい…)、これまでに、PICマイコンに対して、

• プログラムを書き込む必要があるので、PICKit3経由でプログラムを書き込めるように何らかの接続回路が必要なこと
• 電池を接続して動作させるため、電源を接続する回路ことが必要なこと
• 発光ダイオードを光らせるので、もちろん発光ダイオードをつなげた回路が必要なこと

ということを説明しました。また、先ほどPICマイコンの各ピンの役割を説明しました。なんとなくこれらがつながっていそうですよね。

それではこれから、PICマイコンに、

• 電源関連の回路
• 発光ダイオード関連の回路
• プログラム書き込みの回路

をつけていきます。まずはこれら3つの回路を別々に説明して、最後にひとつの回路にしてみます。次回は電源関連の回路について説明します。

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