第27回 ブザーを制御するコードを追加

プログラムにブザーを制御するコードを追加して、基礎編のプログラムを完成させます！

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「❻ ベース回路にブザーを追加」のうち、「ブザーを制御するコードの追加」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 ⬅︎ 今回
   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
   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。

動作仕様の検討

今までに作成したプログラムは次のような制御をしています。

1. 動作開始後の初期状態として、RA5ピンをONにして、LEDを点灯させる
   （電源が入ってPICマイコンが動いたことを示すため）
2. スイッチが接続されているRA3ピンの監視を続けて、スイッチがONになるまで待つ
3. スイッチが押されたことを検知後、LEDを1秒に1回、点滅させる。これを永遠繰り返す

今度は、一定時間経過したらブザーを鳴らすようにします。

これをどのように制御すればよいか、上の処理をベースに差分を考えてみます。

差分を赤文字にしてあります。

1. 動作開始後の初期状態として、RA5ピンをONにして、LEDを点灯させる
   （電源が入ってPICマイコンが動いたことを示すため）
   またRA4ピンをOFFにしてブザーをOFFにしておく
2. スイッチが接続されているRA3ピンの監視を続けて、スイッチがONになるまで待つ
3. スイッチが押されたことを検知後、LEDを1秒に1回、点滅させる
   この点滅は一定時間繰り返す
4. 一定時間経過したら、RA4ピンをONにして一定時間ブザーを鳴らす
   またRA5ピンをONにしてLEDを点灯状態にする

今まで作成したプログラムに、赤文字の部分を追加、あるいは変更すればプログラムが作れそうです。

それではひとつひとつ、どのようにすればよいか検討しましょう。

❶ 動作開始後はブザーをOFF

ブザーをOFFにする制御は、RA4ピンをOFFにすればよいので、次のコードを追加すれば対応できますね。

LATA4 = 0;

❸ 点滅を一定時間繰り返す

一定時間繰り返すのはどうしたらよいでしょうか？

LEDは1秒で1回点滅処理をしています。

例えばタイマー時間を3分にしたい場合、LEDの点滅を180回繰り返せばよいことになります。

ということは繰り返し処理をすればよいので、for文を使えばよさそうですよね。

とりあえず、最初は動作確認のためにタイマー時間を10秒にしたいと思います。

現在のwhile処理の部分を次のように書き換えてみます。

// LEDを一定回数点滅する
for(uint8_t timer=0; timer<10; timer++) {
    // LEDを950ms消灯する
    LATA5 = 0;
    __delay_ms(950);            
    // LEDを50ms点灯する
    LATA5 = 1;
    __delay_ms(50);
}

❹ ブザーを鳴らしてLEDを点灯

forの処理が終わると、一定時間経過したということになりますのでブザーを鳴らしてLEDを点灯状態にします。

ブザーを鳴らすのは、RA4ピンをONにすればよいので、次のコードを追加します。

// ブザーを鳴らす
LATA4 = 1;

同時に、LEDを点灯しますので次のコードも追加します。

// LEDを点灯する
LATA5 = 1;

ところで、ブザーが鳴ったままですとちょっとうるさいので、ブザーは3秒間だけ鳴らすことにしたいと思います。

__delay_ms関数で一定時間待ってブザーを消せばよいので次のコードを追加します。

// 一定時間待ってブザーを消す
__delay_ms(3000);
LATA4 = 0;

あとは この状態をずっと保持する、ということにしたいと思いますので、次のwhileで処理を止めるのはそのままにします。

while(1) {
}

それではプログラムを完成させましょう！

プログラム作成

上の変更点を反映して、次のようにプログラムを完成してみました。

/*
 * File:   main.c
 * 変更履歴
 *   2025.4.14: スイッチ制御追加
 *   2025.4.16: ブザー制御追加
 */

#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)

    // ブザーをOFF、LEDをONにする
    LATA4 = 0; // ブザー
    LATA5 = 1; // LED

    // スイッチが押されるまで待つ
    while( RA3 ) {
    }
    
    // LEDを一定回数点滅する
    for(uint8_t timer=0; timer<10; timer++) {
        // LEDを950ms消灯する
        LATA5 = 0;
        __delay_ms(950);            
        // LEDを50ms点灯する
        LATA5 = 1;
        __delay_ms(50);
    }

    // ブザーとLEDをONにする
    LATA4 = 1; // ブザー
    LATA5 = 1; // LED
    
    // 一定時間待ってブザーをOFFにする
    __delay_ms(3000);
    LATA4 = 0;

    // 以下の命令は実行されない
    return;

}

動作確認

それではプログラムをビルドしてPICマイコンに書き込み、動作確認してみましょう！

10秒間点滅を繰り返したら、ブザーが鳴ってLEDが点灯した状態になるはずです。

うまく動いたら、基礎編の回路とプログラムは完成です！

ただ、ブザー音がちょっと、って感じがしますよね。

タイマーでしたら「ピピピッ」とかのアラーム音の方が良さそうです。

この変更についてはチャレンジ課題として取り組んでみたいと思います。

プログラムの注意点

さて、これでようやく完成したわけですが、上のプログラムではあとあと問題が出てしまうような、よくありがちな実装をしています。

もしかしたら、プログラムを読んでいる時に気づかれた方もいらっしゃるかもしれませんね。

上のプログラムでは動作確認のため、タイマー時間を10秒としました。

でも実用的なタイマーでしたらもうちょっと時間をのばしてみたいですよね。

上のプログラムは、このような時に問題が発生します。

発生する問題

プログラムを変更して5分タイマーを作ってみたいと思います。

今の10秒タイマーを5分タイマーにするには、for文の繰り返し処理を5分ぶん（＝300秒）、つまり300回ループするように変更すれば、簡単ですよね。

実際にfor文の繰り返し回数を単に10から300に変更してみます。

for(uint8_t timer=0; timer<300; timer++) {

変更したプログラムをPICマイコンに書き込んで動作させてみると…

いくら待ってももブザーが鳴りません。

このプログラムではいつまで待ってもブザーは鳴りません。

解決方法

この問題は、変数timerの型uint8_tに原因があります。

uint8_tは符号なし8ビットですので、扱える数値範囲は0〜255です。

for文ではtimer++で変数をカウントアップしていますが、timerが255の状態でtimer++をすると0に戻ってしまいます。

つまり、いつまで待っても300までカウントできないわけです。

そこで、変数を宣言するときは変数型に注意する必要があります。

整数の変数型としては次のものが用意されていますので、適切なものを意識して使うようにした方がいいですね。（数値範囲はXC8コンパイラのケースです）

uint8_t型（8ビット）は255までのカウント、つまり4分強のタイマーしか作れません。

uint16_t型（16ビット）であれば65535までのカウント、時間に直すと18時間強まで計測できるタイマーとなります。

このシリーズ記事で製作している回路は、PICマイコンの内部発振回路を使用しています。外部の水晶発振子を使用した場合にくらべるとそれほど正確ではありません。

プログラムで時間計測する場合、変数型はuint16_t（unsigned short）で十分ですね。

プログラムを作成する場合、変数型に注意したほうが良いですが、上のような問題があるのであれば、十分余裕があるint32_t（long）やuint32_t（unsigned long）を使った方がいいような気がしますよね。

でも、PICマイコンやArduinoなど、一般的なマイコンでプログラムを作成する場合、安易にint32_tやuint32_tを使うと問題が出るケースがあります。

そこで、最後に使用する変数型のポイントについて確認します。

使用する変数型のポイント

PICマイコンでプログラムを作成するとき、変数は必要十分なサイズの変数型を使用することがポイントになります。

このシリーズで製作するものはそれほど気にする必要はありませんが、多くのデータを扱う場合は注意が必要です。

例えば、測定した気温を10分おきに測定して保存しておく場合を考えてみます。

気温の値を整数で保存する場合、uint8_t型の数値範囲は−128〜127までですので、uint8_t型で十分です。

一方、PIC12F1822は変数を保存できるRAMの領域は128バイトしかありません。

この領域を全て気温テータの保存に利用できるとすると（現実には他の変数も必要ですので128バイト丸々使うことはできませんが…）、128個分の気温データを保存することができます。10分に1回測定する場合、約21時間分のデータを保存できます。

この気温データをuint32_t型で保存する場合を考えてみます。

uint32_t型は4バイトですので、128バイトのメモリでは32個分のデータしか保存することができません。10分に1回の測定では、約5時間分のデータになってしまいます。

このように、マイコンはメモリが少ないケースがありますので、安易にメモリを使わないように普段から意識するといいかな、と思います。

これでPICマイコン電子工作入門の基礎編の内容は一通り終わりました。

長い間いろいろと寄り道もしてしまいましたが、ようやく基礎編の回路とプログラムが完成しました！

いろいろとわかりづらいところもあったかもしれませんが、長い間お疲れさまでした！

次回から、基礎編の締めくくりとしてチャレンジ課題に挑戦しましょう！

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