第17回 ブレッドボードの回路を動作させてみる

今回はプログラムをコピペして、ブレッドボード回路の動作確認をしてみます。PICマイコンの開発の流れを理解することを目的としています。プログラムの詳細は次回以降の記事で説明します。

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「❸ プログラムを作る」のうち、「製作したブレッドボードの動作確認」を説明します。

前回までの説明で、ブレッドボードで回路を組み立てて開発環境もインストールしました。

今回はプログラムをコピペして回路が問題なく動作するか確認してみます。今回の記事の目的は、プログラムの中身を理解することではなく、MPLAB X IDEを使ったPICマイコンの開発の流れを把握することを目的としています。

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 ⬅︎ 今回
   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
   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。

MPLAB X IDEの起動

早速、MPLAB X IDEを起動してみましょう。

Windowsは、デフォルト設定でインストールした場合、デスクトップに「MPLAB X IDE vX.XX」があると思います。デスクトップにない場合は、「Windowsメニュー」の検索欄で「mplab」と入力するとMPLAB X IDEのアプリケーションが見つかると思います。

macOSは、「アプリケーション」→「microchip」→「mplabx」→「バージョン番号フォルダ」→「MPLAB X IDE vX.XX.app」です。

MPLAB X IDEを起動すると、次のようなウインドウが表示されます。（macOS版のウインドウですが、Windows版もほぼ同様のウィンドウになります）

これから実際にMPLAB X IDEでプログラムファイルを作成し、ブレッドボードの動作確認をします。

動作確認をしますので、「作成したブレッドボード」「電池ボックス」「PICkit」「USBケーブル」を準備して始めましょう！

開発の流れ

最初に開発の流れを確認します。

一般的な開発の流れ

開発規模の大小にかかわらず、PICマイコンのプログラム開発の流れは次のようになります。

開発の流れとして「プロジェクト」や「ビルド」など、あまり馴染みのない言葉が出てきていますよね。

でも今は具体的にわからなくても大丈夫です！

これから実際に開発の流れを体験してみますので、その過程でどんなものなのか感覚をつかんでみてください。

今回の作業の流れ

今回は「LEDを1秒間に1回ピカッと光らせる」プログラムを作成して動作確認します。

作業は次のような流れで進めます。

• プロジェクト作成
• プログラム作成
• ビルド
• 書き込み
• 動作確認

❶ プロジェクト作成

プロジェクトとは？

MPLAB X IDEでPICマイコンのプログラムを作成するとき、最初に「プロジェクト」を作成します。

急に「プロジェクト」と言われてもわかりづらいですよね。プロジェクトがどのようなものかイメージできるように、身近な例で説明します。

例えば、これから旅行の計画を立てるとします。PCを使ってネットで旅行の情報を調べたり、予算を立てるとき、調べた情報をファイル保存したりや予算のExcelファイルなどを作成します。

これらのファイルは、おそらく「旅行計画」などの名前のフォルダを作成して、そのフォルダの中にまとめて保存しておくと思います。

「プロジェクト」とは、旅行計画の「フォルダ」のようなものです。必要なファイルを一つにまとめたもの、というイメージでしょうか。

PICマイコンのプログラムを作成する場合、プログラムのファイル以外にも補助的なファイルが必要になります。そのような必要なファイルをまとめたものが「プロジェクト」と呼ばれます。

実際にこれからMPLAB X IDEでブロジェクトを作成しますが、そのプロジェクトは実際にはフォルダで管理されています。

このあとの作業で作成するプログラムのファイルは、作成したプロジェクトの中に保存することになります。

プロジェクトの作成

プロジェクトの作成手順の説明はmacOS版のMPLAB X IDEで進めますが、Windows版も同様の画面、操作になります。ここからは一緒に作業を進めていきましょう！

最初に新規に「プロジェクト」を作成します。

MPLAB X IDEの「File」メニューから「New Project…」を選択します。

これからプロジェクトを作成するためのいろいろな情報を設定していきます。

プロジェクト種類の選択

最初に次のような画面が表示されます。

この画面では、プロジェクトの種類を設定します。通常のPICマイコンのプログラムを作成する場合は、Catetories欄とProject欄から次の項目を選択します。

選択したらNext>ボタンをクリックします。

PICマイコンの型番とPICkitの種類の選択

次の画面では、このプロジェクトで使用する「PICマイコンの型番」と「PICkitの種類」を指定します。

「PICマイコンの型番」はDevice欄から選択します。プルダウンメニューから選択できますが、数が多いので探すのは大変です。

そこで、次のようにDevice欄に今回使用するPICマイコンの型番である「12f1822」と直接入力してください。入力は小文字でもOKです。

入力すると次のように「PIC12F1822」が見つかりますので、選択します。

次に、PICkitの種類をTool欄から選択しますが、デフォルトの状態では選択できません。

次のように、「Show All」にチェックをつけるとサポートしているPICkitのリストが表示されますので、使用するPICkitを選択します。

デバッグ用ヘッダの選択

次は、、、ちょっと難しい内容ですので、そっと「Next>」ボタンをクリックして次に進めましょう！

ここでは、プログラムをデバッグするときの設定になります。基礎編ではデバッグは行いませんので、ここでは「None」を選択したまま次の設定に進みます。

コンパイラの選択

次は使用するコンパイラの指定です。「XC8」という項目にインストールしたXCコンパイラが表示されていますので、それを選択します。（次の画面では「XC8 (v3.00) 」を選択しています）

なお、XCコンパイラは何ヶ月かごとにバージョンアップされます。新しいバージョンをインストールすると、古いバージョンを上書きするのではなく、追加でインストールされます。XCコンパイラを複数バージョンインストールすると、上のコンパイラ選択画面で複数のバージョンがリストされます。

プロジェクト名などの設定

最後にプロジェクト名称などを設定します。プロジェクト名は「LED_Flash」（「LED点滅」という意味）にしましたが、好みの名前で構いません。

ここでは次の設定を行います。設定後、「Finish」をクリックするとプロジェクト作成が完了します。

「❶ Project Name」はプロジェクト名の指定です。ディスク上では指定した名前のフォルダが作成されます。

「❷ Project Location」はプロジェクトの保存場所（保存フォルダ）です。

フォルダの中にさらにフォルダを作成することもできます。もし学習用や製作用などでフォルダを分けたい場合、フォルダを作成したあと、この項目でそのフォルダを指定します。

「❸ Set as main Project」は、MPLAB X IDEでの操作対象にするかどうか（メインプロジェクトにするかどうか）の設定です。

MPLAB X IDEでは、複数のプロジェクトを開くことができます。

MPLAB X IDEで、例えば「プログラムを書き込む」という操作したとき、操作対象にしているプロジェクト（メインプロジェクト）に対して行われます。

今回は「LED_Flash」というブロジェクトを作成して、すぐにこのプロジェクトを操作しますので、「Set as main Project」にはチェックをつけておきます。

「❹ Open MCC on Finish」はMCC機能を自動的に起動するかどうかの設定です。

「MCC」とは、プログラムを自動生成する機能ですが、基礎編と応用編では使用しませんのでチェックをOFFにしておきます。（MCCは実践編で補足します）

「❺ Encoding」はプログラムファイルなどのエンコーディング（文字コード）です。日本語の入力をしますので、一般的な「UTF-8」を指定します。

これでプログラムを作成するためのプロジェクトができました。

プロジェクトが作成され、次のような状態になります。

このあと、このプロジェクトにプログラムのファイルを新規に追加して、プログラムを作成します。

❷ プログラム作成

ここまでの操作でLED点滅制御のプログラムを作成するための「プロジェクト」を作成しました。

次にこのプロジェクトにプログラムを書くためのファイルを追加します。

このファイルですが、自分の好きな名前がつけられますが、ここではC言語の一般的なファイル名である “main.c” にします。このセクションでは、このmain.cを新規にプロジェクトに追加して、main.cにプログラムをコピペすることにします。今回はMPLABXでの開発〜動作確認までの流れを確認するためなので、main.cの中身には触れないことにします。

補足ですが、プログラム規模が大きくなってくると、main.cだけで開発するとわかりづらくなりますので、いくつかのファイルに分けたりします。その場合は、ひとつのプロジェクトにいくつものプログラムファイルが追加されることになります。

新規ファイル作成

それでは、main.cという名称のファイルをこのプロジェクトに追加しましょう。ソースコードは、プロジェクトの”Source Files”というディレクトリに追加します。

ここで補足ですが、この”Source Files”というディレクトリは、実際にはFinder(macOS)やExplorer(Windows)で探してもどこにもありません。あくまで、MPLABXがそれぞれのプロジェクトに対して仮想的に管理してくれているだけです。(ちょっと込み入った話ですので、この話はよくわからなくても今後の理解に影響はありません)

main.cを追加するには、プロジェクトにある”Source Files”というフォルダを右クリックします。右クリックするとコンテキストメニューが表示されますので、New → main.c… を選択してください。

続いて、作成するファイルの名称などを聞かれますので、以下のダイアログのように “File Name” 欄に “main”と入力します。拡張子(.c)は “Extension”欄で指定しますが、すでに “c” が選択されていると思いますのでこのままでOKです。設定したら “Finish” ボタンをクリックします。

この手順で、Source Filesの下にmain.cが作成されたと思います。それと同時に、右の広い領域に以下のようにmain.cの内容が表示されたと思います。このエディタでmain.cにプログラムを書いていくことになります。このファイルはCのメインファイルとして作成したため、メイン関数で使われる典型的な内容がすでに書かれています。

プログラムをコピペ

さて、プログラムの中身は次回以降の記事で詳細に説明しますので、まずは現在main.cに書かれている内容をすべて消去して、以下のプログラムをコピペしてください。(macOS/Windows共通です)

/*
 * File:   main.c
 */
#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 = ON         // 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 = 0b01011010;  // 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を消灯する
    LATA5 = 0;
    
    // 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;

}

これでプログラムが完成しました。ここでファイルを保存します。アプリケーションメニューの「File」→「Save…」を選択します。ここまでの作業で以下のようになります。

❸ ビルド

次にビルドをします。

ビルドとは、先ほど保存したC言語のプログラムをPICマイコンが処理できるコードに変換する作業です。

ビルドはエラーがなければすぐに終わります。今回はプログラムをコピペいただいたのでエラーは出ないと思います。

ツールアイコンにビルドボタンがありますので、そのボタンをクリックしてください。

クリックすると、右下の領域に以下のように何か文字が表示されると思います。これは、ビルド過程でコンパイラから出力される文字(ログ)の表示領域です。エラーがあれば、該当箇所が青文字で、エラーの内容が赤文字で表示されます。

この領域の最後の行に、”Loading completed”と出力されればビルド成功です。あとは、ビルドされたプログラムをPICマイコンに書き込む作業です。

❹ 書き込み

書き込みはブレッドボードのコネクタにPICKitを接続して書き込めばOKですが、実はこの状態で書き込みを行うと、PICマイコンが見つからない、というエラーになってしまいます。これについて原因と対応方法を説明します。

PICマイコンにプログラムを書き込むには、PICマイコン内部のプログラムを記憶しておくメモリに電圧をかけてプログラムを書き込みむ必要があるため、電源を供給する必要があります。この電源をどのように供給するかが問題になります。

この電源供給方法には2通りあります。ひとつは、電池ボックスをブレッドボードにつないで回路側の電源から供給する方法です。もうひとつはPICKit本体から供給する方法です。

PICKitから供給できるのであれば、書き込むときにわざわざ電池ボックスをブレッドボードに接続する必要はないので、常にPICkitから書き込んだ方がいいですよね。でも、PICKitから電源を供給する方法ではうまくいかない場合があるんです。ただし、今回の回路ではPICKitから電源供給しても問題ありません。

細かい内容になりますが、この背景を簡単に説明しておきます。

実は、PICKitから電源を供給する、というのは、そのターゲットの回路に電力を供給することになります。PICKitから電力を供給すると、そのターゲットの回路が必要とする電流が流れます。回路が大規模の場合、PICKitからの電力供給は追いつかなくなり、結果的にプログラムを書き込めなくなってしまいます。

PICKitから電源を供給するといちいち回路側の電源を接続しなくてよいので手軽ですが、この場合の回路はあまり電力を使わない、というケースに限ります。電力をたくさん使う回路の場合は、回路側で用意している本来の電源をつなげて電源を供給し、PICKitからは電源を供給しない設定で書き込みます。

プロジェクトのデフォルトは、PICKit3から電源を供給しない設定になっています。今回の回路はLEDをひとつのみ点灯する回路ですので、電力をあまり使いません。そのため今回はPICKitから電源を供給することにします。

それでは、以下の手順でPICkitから電源を供給する設定に変更して、PICマイコンにプログラムを書き込みましょう。

1. プロジェクト設定ダイアログを開く
2. プロジェクト設定の中のPICKit3のプログラム書き込み時の電源供給設定をONにして、電圧を5Vに設定する
3. プログラムを書き込む

それでは始めます。

まずプロジェクトの設定ダイアログを表示するため、”LED_Flash”というプロジェクト名を右クリックして、メニューの一番下の”Properties”を選択します。

以下のようなプロパティダイアログが表示されますので、次の設定をします。

1. 左の項目から「PICkit3」または「PICkit4」を選択します
2. 右上のポップアップメニューから「Power」を選択します
3. 「Power target circuit from PICkit」のチェックボックスをオンに、Voltage Levelを5.0に設定します

この設定ができたら、OKボタンをクリックします。このダイアログで、プログラム書き込み時、電源をPICkit3から5.0Vで供給する、という設定をしたことになります。

これで書き込みの準備ができました。

ではこれから実際に書き込みます。まず、Mac/PCとPICkitをUSBケーブルで接続します。PICkitは以下のように、前回までに製作したブレッドボードのピンヘッダに差し込みます。向きに注意しましょう。PICKitの三角マークがある側が1番ピンです。

ちょっと不安定なので、左手で押さえたままにします。次に、プログラムを書き込みます。書き込みはツールアイコンに書き込みボタンがありますので、それをクリックします。

クリックすると、書き込み処理が始まりますが、以下のダイアログが表示された場合は「PICkit3」または「PICkit4」の「SN: xxxxxx」というところを選択してOKボタンをクリックします。これは、MPLABX IDEがPICkitを見つけられなかった場合に表示されます。表示された場合、PICkitがどれか教えてあげます。

次に、以下のようなダイアログが表示されると思います。

これは何を言っているかというと、「あなた、知ってると思うけど、このPICマイコンには3.3Vモデルと5Vモデルがありますよね。あなた、書き込みの電圧を5Vの設定にしてるみたいだけど、もし書き込むPICマイコンが3.3Vモデルの場合、このまま書き込んだらぶっ壊れるけどいいよね」(意訳)というような内容です。5Vで問題ないのでOKボタンをクリックしてこのまま進めます。

書き込みが終わっても特にダイアログが出るわけでもないので、右下のタスク領域にログが表示されますので、そこを確認してみます。

このように最後の行に “Programming/Verify complete”と表示されれば、無事書き込み完了です。

ところで、PICKitを差しっぱなしにしていると、LEDが点滅を始めたと思います。これはプログラム書き込み後、PICマイコンが動作を始めたためです。ただ、電池をつないで動作確認しますので、ここでいったんPICKitを外します。

❺ 動作確認

では、電池をつないで動作させてみます。以下のように電池ボックスから出ている電線をブレッドボードに接続して、スイッチを入れます。

うまく1秒に1回ピカッ、ピカッ、と光りましたか?

もし光らなかったら、回路とプログラムをもう一度確認してみてください。動かない原因がどうしてもわからなかったら、ご質問を受け付けますので、このサイトの「Contact」ページからお問い合わせいただければと思います。

それでは次回からプログラムを詳しく説明していきます。

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