第53回 天気予報プログラム（最終回）

/*
 * 天気予報機能付き温湿度・気圧計
 */


// --- PIC16F18857コンィグレーション設定 ---
// CONFIG1
#pragma config FEXTOSC = OFF    // External Oscillator mode selection bits (Oscillator not enabled)
#pragma config RSTOSC = HFINT1  // Power-up default value for COSC bits (HFINTOSC (1MHz))
#pragma config CLKOUTEN = OFF   // Clock Out Enable bit (CLKOUT function is disabled; i/o or oscillator function on OSC2)
#pragma config CSWEN = ON       // Clock Switch Enable bit (Writing to NOSC and NDIV is allowed)
#pragma config FCMEN = ON       // Fail-Safe Clock Monitor Enable bit (FSCM timer enabled)
//
// CONFIG2
#pragma config MCLRE = OFF      // Master Clear Enable bit (IO)
#pragma config PWRTE = ON       // Power-up Timer Enable bit (PWRT enabled)
#pragma config LPBOREN = OFF    // Low-Power BOR enable bit (ULPBOR disabled)
#pragma config BOREN = ON       // Brown-out reset enable bits (Brown-out Reset Enabled, SBOREN bit is ignored)
#pragma config BORV = LO        // Brown-out Reset Voltage Selection (Brown-out Reset Voltage (VBOR) set to 1.9V on LF, and 2.45V on F Devices)
#pragma config ZCD = OFF        // Zero-cross detect disable (Zero-cross detect circuit is disabled at POR.)
#pragma config PPS1WAY = ON     // Peripheral Pin Select one-way control (The PPSLOCK bit can be cleared and set only once in software)
#pragma config STVREN = ON      // Stack Overflow/Underflow Reset Enable bit (Stack Overflow or Underflow will cause a reset)
//
// CONFIG3
#pragma config WDTCPS = WDTCPS_31// WDT Period Select bits (Divider ratio 1:65536; software control of WDTPS)
#pragma config WDTE = OFF       // WDT operating mode (WDT Disabled, SWDTEN is ignored)
#pragma config WDTCWS = WDTCWS_7// WDT Window Select bits (window always open (100%); software control; keyed access not required)
#pragma config WDTCCS = SC      // WDT input clock selector (Software Control)
//
// CONFIG4
#pragma config WRT = OFF        // UserNVM self-write protection bits (Write protection off)
#pragma config SCANE = available// Scanner Enable bit (Scanner module is available for use)
#pragma config LVP = ON         // Low Voltage Programming Enable bit (Low Voltage programming enabled. MCLR/Vpp pin function is MCLR.)
//
// CONFIG5
#pragma config CP = OFF         // UserNVM Program memory code protection bit (Program Memory code protection disabled)
#pragma config CPD = OFF        // DataNVM code protection bit (Data EEPROM code protection disabled)

#include <xc.h>
#include <stdint.h>  // int_t型を使用
#include <stdbool.h> // bool型を使用
#include <stdio.h>   // printfのフォーマットで使用
#include <math.h>    // 海面気圧に変換するためにべき乗計算を使用


// --- I2C Ack/Nack定義 ---
#define I2C_ACK  0x00
#define I2C_NACK 0xff

// --- LCDモジュール ---
#define LCD_I2C_ADDRESS 0x7c  // LCDモジュールのI2Cアドレス

// --- ADT7410温度センサ ---
#define ADT7410_I2C_WRITE_ADDRESS 0x90  // ADT7410のI2Cアドレス(Write)
#define ADT7410_I2C_READ_ADDRESS  0x91  // ADT7410のI2Cアドレス(Read)
#define ADT7410_CONFIG_ADDRESS    0x03  // コンフィグレーション設定アドレス
#define ADT7410_TEMP_ADDRESS      0x00  // 温度格納アドレス(上位8ビット)
#define ADT7410_CONFIG_VALUE      0x80  // 設定値(16-bit分解能指定、他はデフォルト)

// --- SPIピン設定 ---
#define SPI_SCK    LATCbits.LATC7
#define SPI_MISO   PORTCbits.RC6
#define SPI_MOSI   LATCbits.LATC5
#define SPI_CSB    LATCbits.LATC4

// --- LEDピン設定 ---
#define LED_RED   LATBbits.LATB0  // 晴れの予報
#define LED_BLUE  LATBbits.LATB1  // 雨の予報
// 曇りは両方点灯して紫色にする


// --- LCDモジュール表示制御関数 ---
void lcdInitialize(void);               // LCD初期化
void lcdClearDisplay(void);             // ディスプレイ全消去
void lcdSendCommandData(uint8_t);       // コマンド送信
void lcdSendCharacterData(uint8_t);     // 1文字表示
void lcdSendString(char *);             // 文字列表示
void lcdLocateCursor(uint8_t,uint8_t);  // カーソル位置指定

// --- LCDモジュールI2Cプロトコル関数 ---
void lcdI2CProtocol(uint8_t, uint8_t, uint8_t);

// --- ADT7410温度センサ制御関数 ---
void  adt7410Config(uint8_t);       // 動作設定
float adt7410GetTemperature(void);  // 温度取得

// --- I2Cプロトコル各信号の生成関数 ---
void    i2cProtocolStart(void);        // スタートコンディション生成
void    i2cProtocolRepeatStart(void);  // リピートスタートコンディション生成
void    i2cProtocolStop(void);         // ストップコンディション生成
void    i2cProtocolSendData(uint8_t);  // 1バイトデータ送信
uint8_t i2cProtocolReceiveData(void);  // バイトデータ受信
uint8_t i2cProtocolCheckAck(void);     // ACK/NACK信号チェック
void    i2cProtocolSendAck(void);      // ACK送信
void    i2cProtocolSendNack(void);     // NACK送信

// --- BME280センサー制御 ---
void     bme280Initialization(void);            // BME280の初期化
void     bme280ForcedMeasurement(void);         // 温湿度・気圧データの測定指示
void     bme280ReadTrimmingParameters(void);    // 補正データの読み取り
void     bme280ReadMeasuredRawData(void);       // 補正前の温湿度・気圧データ読み取り
int32_t  bme280CompensateTemperature(void);     // 温度データ補正
uint32_t bme280CompensatePressure(void);        // 気圧データ補正
uint32_t bme280CompensateHumidity(void);        // 湿度データ補正

// --- SPI通信制御関数 ---
uint16_t spiRead2BytesData(uint8_t address);
uint8_t  spiRead1ByteData(uint8_t address);
void     spiWrite1ByteData(uint8_t address, uint8_t data);
void     spiSend8bit(uint8_t data);
uint8_t  spiReceive8bit(void);


// --- 動作周波数 (__delay_ms()関数の時間基準) ---
#define _XTAL_FREQ 4000000


// --- BME280温湿度・気圧読み取りデータ ---
uint32_t hum_raw, temp_raw, pres_raw;
int32_t  t_fine;

// --- BME280気温補正データ ---
uint16_t dig_T1;
int16_t  dig_T2;
int16_t  dig_T3;

// --- BME280湿度補正データ ---
uint8_t  dig_H1;
int16_t  dig_H2;
uint8_t  dig_H3;
int16_t  dig_H4;
int16_t  dig_H5;
int8_t   dig_H6;

// --- BME280気圧補正データ ---
uint16_t dig_P1;
int16_t  dig_P2;
int16_t  dig_P3;
int16_t  dig_P4;
int16_t  dig_P5;
int16_t  dig_P6;
int16_t  dig_P7;
int16_t  dig_P8;
int16_t  dig_P9;


// --- 測定地点の標高(m) できればメートル単位で正確に ---
#define ALTITUDE (50.0f)

// --- 天気予報用 ---
#define MEASUREMENT_INTERVAL_MINUTES  1  // 測定間隔(分) 注意：1時間の測定回数が整数になるように設定する
#define TREND_CALCULATION_HOURS       3  // 気圧変化の速度を見るために、何時間前の気圧からの変化を見るか(時間)
#define MOVING_AVERAGE_SAMPLES       10  // 移動平均のサンプル数


// 気圧変化のしきい値(hPa)
#define PRESSURE_TREND_THRESHOLD     (1.6f)

// 気圧バンドのしきい値
#define PRESSURE_BAND_HIGH           (1015.0f)
#define PRESSURE_BAND_LOW            (1000.0f)

// 保持すべきデータ数を計算
#define SAMPLES_PER_HOUR (60 / MEASUREMENT_INTERVAL_MINUTES)
#define HISTORY_SIZE     (SAMPLES_PER_HOUR * TREND_CALCULATION_HOURS)

// --- 移動平均用グローバル変数 ---
// 生の気圧データを一時的に保存するバッファ
float raw_pressure_buffer[MOVING_AVERAGE_SAMPLES];
// 生データ用バッファの現在位置を示すインデックス
int raw_buffer_index = 0;
// 生データ用バッファのデータ蓄積数カウンタ
int raw_data_count = 0;

// 気圧履歴を保存するリングバッファ配列
float pressure_history[HISTORY_SIZE];
// リングバッファの現在位置を示すインデックス
int history_index = 0;
// 履歴データが十分に溜まったかを判断するためのカウンタ
int history_data_count = 0;

// 天気予報の結果を格納する列挙型
enum Weather {SUNNY, CLOUDY, RAINY};


//
// main関数
//
void main(void) {

    // 動作周波数設定
    OSCCON1bits.NDIV = 0b0000;  // 分周1:1
    OSCFRQbits.HFFRQ = 0b010;   // 4MHz
    
    // ピン属性設定
    ANSELA = 0b00000000;
    ANSELB = 0b00000000;
    ANSELC = 0b00000000;
    TRISA  = 0b00000000;
    TRISB  = 0b00000000;
    TRISC  = 0b01001100;
    
    // LED消灯
    LED_RED  = 0;
    LED_BLUE = 0;
    
    // SPI信号線初期設定
    SPI_SCK  = 0;  // クロックを0
    SPI_MOSI = 0;  // ホストからデバイスを0
    SPI_CSB  = 1;  // チップセレクトを1(=無効)

    // --- I2C通信ピンのPPS設定 ---
    // 設定ロック解除
    PPSLOCK = 0x55;
    PPSLOCK = 0xAA;
    PPSLOCKbits.PPSLOCKED = 0x00;

    // SCL, SDAピンの割り当て
    SSP1DATPPS = 0x12; // RC2をMSSP1:SDA1に設定
    SSP1CLKPPS = 0x13; // RC3をMSSP1:SCL1に設定
    RC3PPS = 0x14;     // RC3をMSSP1:SCL1に設定
    RC2PPS = 0x15;     // RC2をMSSP1:SDA1に設定

    // 設定ロック
    PPSLOCK = 0x55;
    PPSLOCK = 0xAA;
    PPSLOCKbits.PPSLOCKED = 0x01;
    
    // --- I2C通信設定 ---
    // SMP Standard Speed; CKE disabled; 
    SSP1STAT = 0x80;
    // SSPEN enabled; CKP Idle:Low, Active:High; SSPM FOSC/4_SSPxADD_I2C; 
    SSP1CON1 = 0x28;
    // SBCDE disabled; BOEN disabled; SCIE disabled; PCIE disabled; DHEN disabled; SDAHT 300ns; AHEN disabled; 
    SSP1CON3 = 0x00;
    // Baud Rate Generator = 100kHz 
    SSP1ADD = 0x09;
    
    // LCDモジュール電源安定化時間待ち
    __delay_ms(100);
    
    // LCD初期化
    lcdInitialize();
    
    // LCD表示クリア
    lcdClearDisplay();
    
    // ADT7410温度センサ初期化
    adt7410Config(ADT7410_CONFIG_VALUE);

    // BME280初期化 (コントロールレジスタ、補正係数取得)
    bme280Initialization();

    // 実際の温湿度・気圧
    float actual_temp;   // ADT7410測定値
    float actual_hum;    // BME280測定値
    float actual_press;  // BME280測定値

    // BME280補正データ
    int32_t  compensated_temp;
    uint32_t compensated_hum;
    uint32_t compensated_press;
    
    // 気圧測定回数計測
    uint8_t pressure_counter = 0;
    
    // 気圧変化測定用
    uint32_t last_pressure = 0;
    int16_t pressure_diff;
    
    // 天気予報
    enum Weather weather_forecast = SUNNY;
    
    // LED表示用ループカウンタ
    uint8_t led_counter;

    // ----- 予測できるデータが揃っているかフラグ -----
    bool possible_forecast = false;
    
    // 測定・データ表示
    while(1) {

        LED_BLUE = 1;
        __delay_ms(1000);
        LED_BLUE = 0;
        __delay_ms(1000);
        
        // --- 天気予報を格納する変数 ---
        enum Weather forecast;
        
        /// ----- 気温の測定とLCD表示 -----
        float adt7410_temp = adt7410GetTemperature();
        lcdLocateCursor(0, 0);
        printf("%5.2f", adt7410_temp);
        lcdSendCharacterData(0xdf);
        lcdSendCharacterData('C');


        // ----- BME280から温湿度・気圧データを取得 -----
        // 測定指示
        bme280ForcedMeasurement();
        
        // 本来、次のようにステータスレジスタ(アドレス:0xf3)が0になるまで待った方がよいが、単に時間待ちをする
        // (0以外の場合は、測定中かデータコピー中。0の場合は読み出し可能)
        //while(spiRead1ByteData(0xF3) & 0x04) {
        //    __delay_ms(10);
        //}
        __delay_ms(1);
        
        // 測定データ読み出し
        bme280ReadMeasuredRawData();

        // 取得したデータをキャリブレーション
        compensated_temp  = bme280CompensateTemperature();
        compensated_hum   = bme280CompensateHumidity();
        compensated_press = bme280CompensatePressure();


        // ----- 湿度のLCD表示 -----
        actual_hum = (float)compensated_hum / 1024.0;
        printf("  %3.0f%%", actual_hum);  // 気温の後にスペースを入れて表示


        // ----- 気圧のLCD表示 -----
        // 実際の気圧データに変換
        actual_press = (float)compensated_press / 100.0;
        // 気圧を海面気圧に変換
        float sea_level_press = actual_press * pow(1 - 0.0065*ALTITUDE/(adt7410_temp+0.0065*ALTITUDE+273.15), -5.257);
        // 海面気圧を表示
        lcdLocateCursor(0, 1);
        printf("%7.2fhPa", sea_level_press);
        
        //
        // ----- 気圧データから天気を予測 -----
        //
        
        // ----- 移動平均計算用バッファに生の気圧データを格納 -----
        raw_pressure_buffer[raw_buffer_index] = sea_level_press;

        // ----- 次に生の気圧データを保存する位置へインデックスを移動 -----
        raw_buffer_index++;
        if (raw_buffer_index >= MOVING_AVERAGE_SAMPLES) {
            raw_buffer_index = 0;
        }

        // ----- 移動平均データ数のカウント(最大値はMOVING_AVERAGE_SAMPLES)
        if (raw_data_count < MOVING_AVERAGE_SAMPLES) {
            raw_data_count++;
        }

        // 移動平均のサンプル数が溜まってから処理をする
        if (raw_data_count >= MOVING_AVERAGE_SAMPLES) {
            
            // ----- 気圧の移動平均を計算 -----
            float pressure_sum = 0.0f;
            for (int i=0; i<MOVING_AVERAGE_SAMPLES; i++) {
                pressure_sum += raw_pressure_buffer[i];
            }
            float moving_avg_press = pressure_sum / MOVING_AVERAGE_SAMPLES;
            
            // ----- 移動平均値を履歴配列(リングバッファ)に保存
            pressure_history[history_index] = moving_avg_press;

            // ----- 次に保存する位置へインデックスを移動 -----
            // 移動したインデックス値には、過去の比較する気圧データが入っている(TREND_CALCULATION_HOURS時間前の気圧データ)
            history_index++;
            if (history_index >= HISTORY_SIZE) {
                history_index = 0;
            }
            
            // ----- 履歴データ数のカウント(最大値はHISTORY_SIZE) -----
            if (history_data_count < HISTORY_SIZE) {
                history_data_count++;
            }

            // ----- 天気予測に必要なデータが揃ってたら処理をする
            if (history_data_count >= HISTORY_SIZE) {
                
                // 予測可能になったので予測フラグをON
                possible_forecast = true;
                
                // --- 過去の比較気圧データを取得 ---
                // 現在の気圧データは moving_avg_pressure または pressure_history[history_index-1] に入っている
                // 比較気圧データはpressure_history[history_index] に入っている(367〜369行でオーバーフロー対応済み)
                float pressure_hours_ago = pressure_history[history_index];

                // ----- 気圧の変化量を計算 -----
                float pressure_trend = moving_avg_press - pressure_hours_ago;
                
                // ----- 天気予測の判定条件に従って天気を予測
                // 高気圧帯の場合
                if (moving_avg_press >= PRESSURE_BAND_HIGH) {
                    if (pressure_trend < -PRESSURE_TREND_THRESHOLD) {
                        forecast = CLOUDY; // 下降傾向なら「曇り」
                    } else {
                        forecast = SUNNY;  // それ以外(変化なし・上昇)は「晴れ」
                    }
                }
                // 普通の気圧の場合
                else if (moving_avg_press >= PRESSURE_BAND_LOW) {
                    if (pressure_trend > PRESSURE_TREND_THRESHOLD) {
                        forecast = SUNNY;  // 上昇傾向なら「晴れ」
                    } else if (pressure_trend < -PRESSURE_TREND_THRESHOLD) {
                        forecast = RAINY;  // 下降傾向なら「雨」
                    } else {
                        forecast = CLOUDY; // 変化なしなら「曇り」
                    }
                }
                // 低気圧帯の場合
                else {
                    if (pressure_trend > PRESSURE_TREND_THRESHOLD) {
                        forecast = CLOUDY; // 上昇傾向なら「曇り」
                    } else {
                        forecast = RAINY;  // それ以外（変化なし・下降）は「雨」
                    }
                }
            }
        }

        // ----- LED点灯制御 ----
        // *** ここで測定間隔分の時間待ちをする ***
        if(possible_forecast) {
            // 予測ができていれば3秒に1回短く点灯
            #define REPEAT_NUMBER_FORECAST (MEASUREMENT_INTERVAL_MINUTES*60/3) 
            // 晴れ
            if(forecast == SUNNY) {
                for(int i=0; i<REPEAT_NUMBER_FORECAST; i++) {
                    LED_BLUE = 0;
                    LED_RED  = 1;
                    __delay_ms(50);
                    LED_RED  = 0;
                    __delay_ms(2950);
                }
            }
            // 曇り
            if(forecast == CLOUDY) {
                for(int i=0; i<REPEAT_NUMBER_FORECAST; i++) {
                    LED_BLUE = 1;
                    LED_RED  = 1;
                    __delay_ms(50);
                    LED_BLUE = 0;
                    LED_RED  = 0;
                    __delay_ms(2950);
                }
            }
            // 雨
            if(forecast == RAINY) {
                for(int i=0; i<REPEAT_NUMBER_FORECAST; i++) {
                    LED_BLUE = 1;
                    LED_RED  = 0;
                    __delay_ms(50);
                    LED_BLUE = 0;
                    __delay_ms(2950);
                }
            }
        } else {
            // 予測データが足りない場合は5秒に1回、赤色LEDを短く2回点灯
            for(int i=0; i<MEASUREMENT_INTERVAL_MINUTES*60/5; i++) {
                LED_RED = 1;
                __delay_ms(50);
                LED_RED = 0;
                __delay_ms(150);
                LED_RED = 1;
                __delay_ms(50);
                LED_RED = 0;
                __delay_ms(4750);
            }
        }



    }

}


//
// ADT7410温度センサ関数
//

// ADT7410動作設定
void adt7410Config(uint8_t config_value) {
    
    i2cProtocolStart();                              // スタートコンディション生成
    i2cProtocolSendData(ADT7410_I2C_WRITE_ADDRESS);  // デバイスアドレス送信
    i2cProtocolSendData(ADT7410_CONFIG_ADDRESS);     // 動作設定アドレス送信
    i2cProtocolSendData(config_value);               // 動作設定値送信
    i2cProtocolStop();                               // ストップコンディション生成
    
    return;
}

// ADT7410温度取得
float adt7410GetTemperature(void) {
    
    uint8_t temp_high, temp_low;
    int16_t temp_value;
    
    i2cProtocolStart();                              // スタートコンディション生成
    i2cProtocolSendData(ADT7410_I2C_WRITE_ADDRESS);  // デバイスアドレス送信(書き込み指定)
    i2cProtocolSendData(ADT7410_TEMP_ADDRESS);       // 温度データ読み取りのアドレス送信
    i2cProtocolRepeatStart();                        // リピートスタートコンディション生成
    i2cProtocolSendData(ADT7410_I2C_READ_ADDRESS);   // デバイスアドレス送信(読み取り指定)
    temp_high = i2cProtocolReceiveData();            // 1バイトデータ受信
    i2cProtocolSendAck();                            // ACK送信
    temp_low  = i2cProtocolReceiveData();            // 1バイトデータ受信
    i2cProtocolSendNack();                           // NACK送信
    i2cProtocolStop();                               // ストップコンディション生成
    
    // 温度計算
    if( temp_high & 0x80 ) {
        temp_value = ( (temp_high & 0x7f) << 8 ) + temp_low - 32768;
    } else {
        temp_value = ( (temp_high & 0x7f) << 8 ) + temp_low;
    }

    return (float)temp_value / 128.0;
}



//
// LCD制御関数
//

//
// printfがコールする1文字出力関数の定義
//
void putch(char character) {

    lcdSendCharacterData(character);
    
    return;
}

//
// LCDモジュールに制御コードまたはデータを送信
//
void lcdI2CProtocol(uint8_t address, uint8_t control_code, uint8_t data) {
    
    i2cProtocolStart();                 // スタートコンディション
    i2cProtocolSendData(address);       // アドレス送信
    i2cProtocolSendData(control_code);  // 制御コード送信 (動作設定=0x00/文字表示=0x40)
    i2cProtocolSendData(data);          // データ送信
    i2cProtocolStop();                  // ストップコンディション

    return;
}

//
// 表示文字データ送信
//   0x40の後にデータを送信
void lcdSendCharacterData(uint8_t data){

    // 表示文字のデータを送信する場合の制御コードは0x40
    lcdI2CProtocol(LCD_I2C_ADDRESS, 0x40, data);
    
    // ウエイト
    //   文字表示の場合はウエイトは必要なくても動作しているが
    //   表示されない場合は1ms程度のウエイトを入れる
    // __delay_ms(1);

    return;
}

//
// コマンド送信
//   0x00の後にコマンドを送信
//
void lcdSendCommandData(uint8_t command){

    // コマンドを送信する場合の制御コードは0x00
    lcdI2CProtocol(LCD_I2C_ADDRESS, 0x00, command);

    // ウエイト
    //   データシートではウエイト時間は26.3us以上になっているが、
    //   それより長くしないと初期化できないケースがあるため1msのウエイトを入れる
    __delay_ms(1);
    
    return;
}

//
// ディスプレイ消去
//
void lcdClearDisplay(void){
    
    lcdSendCommandData(0x01);
    
    return;
}

//
// カーソル位置移動
//    引数は水平方向右側プラスのX軸、垂直方向下側プラスのY軸で、それぞれ0から開始
//    左上の座標が(x=0, y=0)
//
void lcdLocateCursor(uint8_t position_x, uint8_t position_y){
    
    // 文字表示位置指定コマンド送信
    lcdSendCommandData( 0x80 + 0x40 * position_y + position_x );
    
    return;
}

//
// 文字列を送信
//
void lcdSendString(char *str){
    
    // strの文字列を*strが0になるまでLCDモジュールに送信
    while(*str) {
        lcdSendCharacterData(*str);
        str++;
    }
    
    return;
}


//
// LCDモジュール初期化
//
void lcdInitialize(void){

    // 初期化コマンド送信
    lcdSendCommandData(0x38); // 2行モードに設定
    lcdSendCommandData(0x39); // 拡張コマンド選択
    lcdSendCommandData(0x14); // 内部クロック周波数設定
    lcdSendCommandData(0x70); // コントラスト設定(C3:C0 = 0b0000に設定)
    lcdSendCommandData(0x56); // 電源電圧が3.3VなのでBooster=ON、コントラスト設定(C5:C4 = 0b10に設定)
    lcdSendCommandData(0x6c); // オペアンプのゲイン設定
    
    // モジュール内電源安定化のための時間待ち
    __delay_ms(200);
    
    // 初期化コマンド続き
    lcdSendCommandData(0x38); // 通常コマンド選択
    lcdSendCommandData(0x01); // ディスプレイ表示内容クリア
    lcdSendCommandData(0x0c); // ディスプレイ表示
    
    return;
}


//
// I2Cプロトコル制御関数
//

// スタートコンディション生成
void i2cProtocolStart() {
    
    // SSP1CON2レジスタのSENビットを1に設定すると
    // スタートコンディションが生成される
    // 発行が完了するとSSP1IFが1になるのでwhile文で待つ
    SSP1IF = 0;
	SSP1CON2bits.SEN = 1;
	while (SSP1IF == 0) {}
    SSP1IF = 0;
    
	return;
}

// リピートスタートコンディション生成
void i2cProtocolRepeatStart() {
    
	SSP1IF = 0;
	SSP1CON2bits.RSEN = 1;
	while (SSP1IF == 0) {}
    SSP1IF = 0;

	return;
}

// ストップコンディション生成
void i2cProtocolStop() {

    // SSP1CON2レジスタのPENビットを1に設定すると
    // ストップコンディションが生成される
    // 発行が完了するとSSP1IFが1になるのでwhile文で待つ
	SSP1IF = 0;
	SSP1CON2bits.PEN = 1;
	while (SSP1IF == 0) {}
	SSP1IF = 0;

	return;
}

// 1バイトデータ送信
void i2cProtocolSendData(uint8_t data) {

    // SSP1BUFに送信したいデータをセットすると、そのデータが送信される
    // 発行が完了するとSSP1IFが1になるのでwhile文で待つ
	SSP1IF = 0;
	SSP1BUF = data;
	while (SSP1IF == 0) {}
    SSP1IF = 0;
    
	return;
}

// 1バイトデータ受信
uint8_t i2cProtocolReceiveData() {
    
	SSP1IF = 0;
	SSP1CON2bits.RCEN = 1;
	while (SSP1IF == 0) {}
    SSP1IF = 0;

	return SSP1BUF;
}

// Ack/Nackチェック
uint8_t i2cProtocolCheckAck() {
    
	uint8_t ackStatus;

	if (SSP1CON2bits.ACKSTAT) {
		ackStatus = I2C_NACK;
	} else {
		ackStatus = I2C_ACK;
	}

	return ackStatus;
}

// Ack送信
void i2cProtocolSendAck() {
    
    // ACKDTにACKをセット(負論理なので0を設定)
	SSP1CON2bits.ACKDT = 0;

    // NACK信号生成
	SSP1CON2bits.ACKEN = 1;
	while (SSP1CON2bits.ACKEN) {}

	return;
}

// Nack送信
void i2cProtocolSendNack() {
    
    // ACKDTにNACKをセット(負論理なので1を設定)
	SSP1CON2bits.ACKDT = 1;

    // NACK信号生成
	SSP1CON2bits.ACKEN = 1;
	while (SSP1CON2bits.ACKEN) {}

	return;
}



//
// BME280初期化関数
//
void bme280Initialization(void) {

    // 動作パラメータ設定
    uint8_t t_sb     = 0;  // スタンドバイ時間は使用しない
    uint8_t filter   = 0;  // フィルタOFF
    uint8_t spi3w_en = 0;  // SPIは4線式(=0)
    uint8_t osrs_t   = 1;  // 温度オーバーサンプリング x1
    uint8_t osrs_p   = 1;  // 大気圧オーバーサンプリング x1
    uint8_t osrs_h   = 1;  // 湿度オーバーサンプリング x1
    uint8_t mode     = 0;  // スリープモード

    // 設定値をフォーマットに合わせる
    uint8_t ctrl_meas_reg = (osrs_t << 5) | (osrs_p << 2) | mode;
    uint8_t config_reg    = (t_sb << 5) | (filter << 2) | spi3w_en;
    uint8_t ctrl_hum_reg  = osrs_h;

    // BME280動作パラメータ書き込み
    spiWrite1ByteData(0xF2, ctrl_hum_reg);
    spiWrite1ByteData(0xF4, ctrl_meas_reg);
    spiWrite1ByteData(0xF5, config_reg);
    
    // センサ処理待ち
    __delay_ms(1000);

    // 補正値読み込み
    //   センサごとに固定ちのため、初期化時のみ読み込む
    bme280ReadTrimmingParameters();

}


//
// 温湿度・気圧データ測定指示
//
void bme280ForcedMeasurement(void) {

    // 動作パラメータ設定
    uint8_t t_sb     = 0;  // スタンドバイ時間は使用しない
    uint8_t filter   = 0;  // フィルタOFF
    uint8_t spi3w_en = 0;  // SPIは4線式
    uint8_t osrs_t   = 1;  // 温度オーバーサンプリング x1
    uint8_t osrs_p   = 1;  // 大気圧オーバーサンプリング x1
    uint8_t osrs_h   = 1;  // 湿度オーバーサンプリング x1
    uint8_t mode     = 1;  // 測定指示(1回測定したらスリープモードに移行)

    // 設定値をフォーマットに合わせる
    uint8_t ctrl_meas_reg = (osrs_t << 5) | (osrs_p << 2) | mode;
    uint8_t config_reg    = (t_sb << 5) | (filter << 2) | spi3w_en;
    uint8_t ctrl_hum_reg  = osrs_h;

    // BME280動作パラメータ書き込み
    spiWrite1ByteData(0xF2, ctrl_hum_reg);
    spiWrite1ByteData(0xF4, ctrl_meas_reg);
    spiWrite1ByteData(0xF5, config_reg);
    
    // 測定待ち
    //
    __delay_ms(10);
    
    // この段階でBME280の温湿度大気圧レジスタに測定値が格納されている
    // このあとスリープモードに入が、温湿度・気圧データの読み取りは可能

}


//
// 補正データ読み込み
//
void bme280ReadTrimmingParameters(void) {

    // 気温データ用補正データ
    dig_T1 = spiRead2BytesData(0x88);
    dig_T2 = (int16_t)spiRead2BytesData(0x8A);
    dig_T3 = (int16_t)spiRead2BytesData(0x8C);

    // 気圧データ用補正データ用補正データ
    dig_P1 = spiRead2BytesData(0x8E);
    dig_P2 = (int16_t)spiRead2BytesData(0x90);
    dig_P3 = (int16_t)spiRead2BytesData(0x92);
    dig_P4 = (int16_t)spiRead2BytesData(0x94);
    dig_P5 = (int16_t)spiRead2BytesData(0x96);
    dig_P6 = (int16_t)spiRead2BytesData(0x98);
    dig_P7 = (int16_t)spiRead2BytesData(0x9A);
    dig_P8 = (int16_t)spiRead2BytesData(0x9C);
    dig_P9 = (int16_t)spiRead2BytesData(0x9E);

    // 湿度データ用補正データ用補正データ
    dig_H1 = spiRead1ByteData(0xA1);
    dig_H2 = (int16_t)spiRead2BytesData(0xE1);
    dig_H3 = spiRead1ByteData(0xE3);
    dig_H4 = (int16_t)((spiRead1ByteData(0xE4) << 4) | (spiRead1ByteData(0xE5) & 0x0F));
    dig_H5 = (int16_t)((spiRead1ByteData(0xE6) << 4) | (spiRead1ByteData(0xE5) >> 4));
    dig_H6 = (int8_t)spiRead1ByteData(0xE7);

}


// 
// 補正前の生の温湿度・気圧データ読み込み
// 
void bme280ReadMeasuredRawData() {

    // データ読み取り用配列
    uint32_t data[8];

    // デバイスセレクトアクティブ
    SPI_CSB = 0;

    // 読み込み開始アドレス指定
    spiSend8bit(0xF7 | 0b10000000);

    // 8バイト分のデータ読み込み
    for(int8_t i=0; i<8; i++){
      data[i] = spiReceive8bit();
    }

    // デバイスセレクトインアクティブ
    SPI_CSB = 0;

    // 読み込みしたデータから気温、湿度、気圧データを生成
    pres_raw = (data[0] << 12) | (data[1] << 4) | (data[2] >> 4);
    temp_raw = (data[3] << 12) | (data[4] << 4) | (data[5] >> 4);
    hum_raw  = (data[6] <<  8) | data[7];

}

//
// 気温データ補正
//   何をしているのかよくわからない
// 
int32_t bme280CompensateTemperature() {
  
    int32_t var1, var2, T;

    var1 = ((((temp_raw >> 3) - ((int32_t)dig_T1<<1))) * ((int32_t)dig_T2)) >> 11;
    var2 = (((((temp_raw >> 4) - ((int32_t)dig_T1)) * ((temp_raw>>4) - ((int32_t)dig_T1))) >> 12) * ((int32_t)dig_T3)) >> 14;
    t_fine = var1 + var2;
    T = (t_fine * 5 + 128) >> 8;

    return T; 

}


//
// 気圧データ補正
//   何をしているのかよくわからない
// 
uint32_t bme280CompensatePressure() {

    int32_t var1, var2;
    uint32_t P;

    var1 = (((int32_t)t_fine)>>1) - (int32_t)64000;
    var2 = (((var1>>2) * (var1>>2)) >> 11) * ((int32_t)dig_P6);
    var2 = var2 + ((var1*((int32_t)dig_P5))<<1);
    var2 = (var2>>2)+(((int32_t)dig_P4)<<16);
    var1 = (((dig_P3 * (((var1>>2)*(var1>>2)) >> 13)) >>3) + ((((int32_t)dig_P2) * var1)>>1))>>18;
    var1 = ((((32768+var1))*((int32_t)dig_P1))>>15);
    if (var1 == 0)
      return 0;

    P = (((uint32_t)(((int32_t)1048576)-pres_raw)-(var2>>12)))*3125;
    if(P<0x80000000)
      P = (P << 1) / ((uint32_t) var1);   
    else
      P = (P / (uint32_t)var1) * 2;

    var1 = (((int32_t)dig_P9) * ((int32_t)(((P>>3) * (P>>3))>>13)))>>12;
    var2 = (((int32_t)(P>>2)) * ((int32_t)dig_P8))>>13;
    P = (uint32_t)((int32_t)P + ((var1 + var2 + dig_P7) >> 4));

    return P;

}

//
// 湿度データ補正
//   何をしているのかよくわからない
// 
uint32_t bme280CompensateHumidity() {

    int32_t v_x1_u32r;

    v_x1_u32r = (t_fine - ((int32_t)76800));
    v_x1_u32r = (((((hum_raw << 14) -(((int32_t)dig_H4) << 20) - (((int32_t)dig_H5) * v_x1_u32r)) + 
             ((int32_t)16384)) >> 15) * (((((((v_x1_u32r * ((int32_t)dig_H6)) >> 10) * 
             (((v_x1_u32r * ((int32_t)dig_H3)) >> 11) + ((int32_t) 32768))) >> 10) + ((int32_t)2097152)) * 
             ((int32_t) dig_H2) + 8192) >> 14));
    v_x1_u32r = (v_x1_u32r - (((((v_x1_u32r >> 15) * (v_x1_u32r >> 15)) >> 7) * ((int32_t)dig_H1)) >> 4));
    // v_x1_u32r = (v_x1_u32r < 0 ? 0 : v_x1_u32r);
    if( v_x1_u32r < 0 ){
        v_x1_u32r = 0;
    }
    // v_x1_u32r = (v_x1_u32r > 419430400 ? 419430400 : v_x1_u32r);
    if( v_x1_u32r > 419430400 ) {
        v_x1_u32r = 419430400;
    }

    return (uint32_t)(v_x1_u32r >> 12);

}


//
// SPIデータを指定アドレスから2バイト読み込み
// 
uint16_t spiRead2BytesData(uint8_t address) {

    uint8_t  data_low, data_high;  // 読み込んだ1バイトデータ格納用
    uint16_t data;  // 2バイトデータ用

    // チップセレクトを0にしてセンサモジュールとの通信開始
    SPI_CSB = 0;

    // 読み込みデータアドレス指定
    spiSend8bit(address);

    // 指定アドレスとその次のアドレスのデータを2バイト読み込み
    data_low  = spiReceive8bit();
    data_high = spiReceive8bit();

    //16ビットデータにする
    data = (data_high << 8) | data_low;

    // チップセレクトを1にして通信終了
    SPI_CSB = 1;

    return data;

}


//
// SPIデータを指定アドレスから1バイト読み込み
// 
uint8_t spiRead1ByteData(uint8_t address) {

    // 受信データ格納変数
    uint8_t data;

    // チップセレクトを0にしてセンサモジュールとの通信開始
    SPI_CSB = 0;

    // SPI通信手順によりアドレスを送信
    spiSend8bit(address);

    // SPI通信手順によりデータを受信
    data = spiReceive8bit();

    // チップセレクトを1にして通信終了
    SPI_CSB = 1;

    // 受信したーデータを返す
    return data;

}


//
// SPIデータを指定アドレスに1バイト書き込み
//
void spiWrite1ByteData(uint8_t address, uint8_t data) {

    // チップセレクトを0にしてセンサモジュールとの通信開始
    SPI_CSB = 0;

    // アドレス指定(書き込みは最上位ビット0)
    spiSend8bit(address & 0b01111111);

    // データ書き込み
    spiSend8bit(data);

    // チップセレクトを1にして通信終了
    SPI_CSB = 1;
  
}

//
// SPIデータ8ビット書き込み
// 　　SCK/MOSI制御のための関数であるため
// 　　デバイスセレクト信号はこの関数の前後で制御すること
void spiSend8bit(uint8_t data) {

    // 8ビット分繰り返す
    for (int8_t i=7; i>=0; i--) {

        // (1)クロックを0にする
        SPI_SCK = 0;
        
        // (2)MOSIにデータをセットする
        if( data & (1<<i) ) {
            SPI_MOSI = 1;
        } else {
            SPI_MOSI = 0;
        }
      
        // (3)クロックを1にする
        SPI_SCK = 1;
    }

}

//
// SPIデータ8ビット読み込み
// 　　SCK/MOSI制御のための関数であるため
// 　　デバイスセレクト信号はこの関数の前後で制御すること
//
uint8_t spiReceive8bit() {

    // 受信データ格納変数
    uint8_t read_data = 0;

    // 8ビット分繰り返す
    for (int8_t i=7; i>=0; i--) {

        // 受信データ変数を1ビット左シフト
        read_data <<= 1;

        // (1)クロックを0にする
        SPI_SCK = 0;
        
        // (2)クロックを1にする
        SPI_SCK = 1;

        // (3)この時点でセンサからのデータを読めるので、MISOのピン状態を読む
        if(SPI_MISO){
            read_data |= 1;
        }
    }

    // 受信したデータを返す
    return read_data;

}