ユーザガイド
PIC16F18446センサボード ユーザガイド
まえがき
重要: お客様へのご注意: どのような文書でも内容は時間が経つにつれ古くなります。本書も例外ではありません。 Microchip社の製品は、お客様のニーズを満たすために常に改良を重ねており、実際のダイ アログやツールが本書の内容とは異なる場合があります。最新文書はMicrochip社のウェブ サイト(www.microchip.com)をご覧ください。 文書は「DS」番号によって識別します。この識別番号は各ページのフッタのページ番号の 前に表記しています。DS番号「DSXXXXXA」の「XXXXX」は文書番号、「A」はリビジョ ンレベルを表します。 開発ツールの最新情報はMPLAB® X IDEのオンラインヘルプでご覧になれます。[Help]メニ ューから[Topics]を選択すると、オンラインヘルプ ファイルのリストが表示されます。 はじめに 本書では、PIC16F18446センサボードの機能と動作について説明します。PIC16F18446センサボード は、PIC16F18446 MCUを使って各種センサエレメントと接続する方法を試すために設計されました。MPLAB®Xpress PIC16F18446評価用ボードとターゲットボードを接続してアプリケーションを素早く
試作する方法も試せます。 推奨参考資料
本ユーザガイドには、PIC16F18446センサボードのハードウェアおよびソフトウェア コンポーネントの 説明と使い方を記載しています。参考資料として、Microchip社が提供する以下の文書を推奨します。
• PIC16(L)F18426/46 14/20-Pin Full-Featured, Low Pin Count Microcontrollers with XLP
(DS40001985A)
本デバイスの使い方に関する最新情報を記載した「Readme for Device #.htm」ファイル(HTML ファイル)は、MPLAB IDEインストール ディレクトリ内にある「Readmes」サブディレクトリに格納 されています。リリースノート(Readmeファイル)には、本書に記載できなかった最新情報と既知の 問題を記載しています。
注意: この日本語版文書は参考資料としてご利用ください。 最新情報は必ずオリジナルの英語版をご参照願います。
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DS40002022A_JP - p.2 © 2018 Microchip Technology Inc.目次
まえがき ... 1
1. はじめに ... 3
1.1. 前提条件 ... 32. 概要 ... 4
2.1. ブロック図 ... 5 2.2. 操作ガイド ... 63. ソフトウェアの詳細 ... 7
3.1. スプラッシュ ページ ... 8 3.2. バッテリレベル計測 ... 8 3.3. 温度計測 ... 9 3.4. 圧力計測 ... 10 3.5. 近接検出および計測 ... 10 3.6. 金属探知 ... 11 3.7. ファームウェアのプログラミング ... 124. ハードウェアの詳細 ... 13
4.1. MPLAB Xpress PIC16F18446 ... 13
4.2. バッテリ計測 ... 13 4.3. 温度センシング ... 13 4.4. 圧力センシング ... 14 4.5. 近接センシング ... 15 4.6. 金属探知 ...16 4.7. ユーザ インターフェイス ... 16
5. 改訂履歴 ... 19
Microchip社のウェブサイト ... 20
お客様向け変更通知サービス ... 20
カスタマサポート ... 20
Microchip社のデバイスコード保護機能 ... 20
法律上の注意点 ... 21
商標 ... 21
DNVによる品質管理システム認証 ... 22
各国の営業所とサービス ... 23
ユーザガイド
はじめに
1.
はじめに
本書は、MPLAB® Xpress PIC16F18446評価用ボードをベースにしたPIC16F18446センサボードのユーザガ
イドです。 PIC16F18446センサボードの目的は、計算機能付き12ビットADコンバータ(ADC2)と接続する各種セン サの実装方法を示す事です。2本周辺モジュールは先進のタッチセンシング向けに自動しきい値比較に 使う静電容量分圧器(CVD)や平均化、フィルタ処理、オーバーサンプリング等の自動処理機能を備えて います。ADC2は、機能を他の周辺モジュールおよびコアから独立した周辺モジュール(CIP)と共用する 複数のアプリケーションで使います。 図1-1. PIC16F18446センサボード
1.1
前提条件
本デモを始めるには以下が必要です。 • ハードウェア:– MPLAB Xpress PIC16F18446を接続したPIC16F18446センサボード
– PIC16F18446センサボード給電用単3乾電池2本またはMPLAB Xpress PIC16F18446 ボード給電用USBケーブル
• ソフトウェア:
– ファームウェア コンパイル用MPLAB Xpress環境またはMPLAB X IDEバージョン4.10以降 – PIC16F18446センサボード ファームウェア
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概要
2.
概要
本ボードは以下を含みます。• MPLAB Xpress PIC16F18446
• 温度センサ（Microchip MCP9701） • 圧力センサ（NXP MP3V5050GP） • 近接センシング PCBトレース • 金属検知コイル • 128*160ピクセル TFT LCD • プッシュボタン • 圧電オーディオ トランスデューサ • 電源用の単3乾電池2本
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概要
2.1
ブロック図
図2-1. PIC16F18446センサボードのブロック図 Backlight Control Pressure Sensing Sensor Interface Sensor Interface Temperature Sensing Battery Measurement Sensor Interface Sensor Interface System Communications Sensor Interface Signal Generation Signal Generation System Communications PIC16F18446 Microcontroller Fixed Voltage Reference ADCC Numerically Controlled Oscillator ADCC 16-bit Timer CCP (PWM) CWG 16-bit Timer CCP (Compare) CLC SPITM ADCC (w/ CVD) ADCC Proximity Sensing ADCC (E)USART LCD Module (large) Metal Detector Buzzer LCD (small) Memory CPUDS40002022A_JP - p.6 © 2018 Microchip Technology Inc.
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概要
2.2
操作ガイド
本ボードは単3乾電池2本またはUSBケーブルで給電できます。単3乾電池2本をバッテリソケットに挿入す る場合、ON/OFFスイッチでボードのオン/オフFを切り換えます。USBケーブルを使う場合、MPLAB Xpress PIC16F18446にUSBケーブルを接続するだけでボードは起動します。両電源が存在する場合、ボー ドはUSBを電源とします。 最初の画面はスプラッシュ画面です。LCDにMicrochip社ロゴが表示されます。近接センサでユーザの存 在を検出します。ユーザがボードを使っていない場合、すなわち近接計測値が検出しきい値を60秒間下 回ると、LCDのバックライトがOFFに切り換わります。 画面の切り換えは2個のプッシュボタンを使って行います。右ボタン(S3)は次の画面、左ボタン(S2)は前 の画面を表示します。現在の画面が最後の場合、S3を押すと最初の画面が表示されます。現在の画面が 最初の場合、S2を押すと最後の画面が表示されます。詳細は図3-1を参照してください。ユーザガイド
ソフトウェアの詳細
3.
ソフトウェアの詳細
本デモボードは各種アナログセンサのサブモジュールを備えており、12ビット分解能の信号収集と計算 機能を使わない10ビット分解能の結果を並べてほぼリアルタイムで表示します。以下のアナログ計測を 実行します。 • バッテリレベル計測 • 温度計測 • 圧力計測 • 近接検出および計測 • 金属探知知 これらの計測はそれぞれのビューに表示されます。ビューは2つの内蔵プッシュボタン(左右ボタン)で切 り換えます。切り換わる順番は、下図のステートマシンに示す通りです。 図3-1. デモ アプリケーション スプラッシュページに戻る前に最後の2つの計測(近接と金属)を繰り返し、この時もブザーを鳴らしま す。 • 近接ブザー: センサの読み値に応じたピッチのトーンでブザーを鳴らします。 • 金属検知ビープ音: センサの読み値に応じた間隔でビープ音を鳴らします。従って、金属 がコイルに近づくほど、ビープ周波数は高くなります。 これら2つの最後のビューでは、データ収集における12ビット分解能と10ビット分解能の相違グラフは表 示されません。 スプラッシュ ページ 圧力計測 バッテリ レベル計測 温度計測 近接計測 金属探知DS40002022A_JP - p.8 © 2018 Microchip Technology Inc.
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ソフトウェアの詳細
3.1
スプラッシュページ
このページは、フラッシュメモリに格納されているMicrochip社ロゴのイメージを表示します。 図3-2. スプラッシュページ ビュー3.2
バッテリレベル計測
バッテリレベル計測は、ディスプレイON時にボードが以下のいずれかで動作中に実行されます。 バッテリ計測、温度計測、圧力計測 これら3つのビューではディスプレイの右上に、バッテリ残量のパーセンテージ レベルを比例充填量で 示すバッテリアイコンを表示します。バッテリ計測ビューでは、バッテリ電圧(V)とパーセンテージ グ ラフも表示します。ユーザガイド
ソフトウェアの詳細
図3-3. バッテリ計測ビュー3.3
温度計測
このビューでは現在の温度(℃)を表示します。加えて、2つのグラフに12ビットと10ビットの温度値の 変動をリアルタイムで表示します。 図3-4. 温度計測ビューDS40002022A_JP - p.10 © 2018 Microchip Technology Inc.
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ソフトウェアの詳細
3.4
圧力計測
このビューでは現在の空気圧(Pa)を表示します。加えて、2つのグラフに12ビットと10ビットの圧力値 の変動をリアルタイムで表示します。この画面は温度ビューと似ています。 図3-5. 圧力計測ビュー3.5
近接検出および計測
ボードがスプラッシュページまたは近接計測ビューを表示し、バッテリを電源としている場合、近接セン サでデバイス周りのユーザの動きを検出します。60秒間動きが検出されないとディスプレイ バックライト はOFFになりますが、ユーザが近づくとONに戻ります。ユーザガイド
ソフトウェアの詳細
近接計測画面では、下図のようにユーザの手とセンサ間の距離を動的に解釈して表示します。 図3-6. 近接計測ビュー 近接ブザービューでは、ボードは、ボードまでの手の距離に応じて周波数の異なるブザー音を生成し ます。このモードではLCDバックライトは常にONです。3.6
金属探知
このビューを初めて表示する場合、ボードは金属探知LC回路をスキャンしてピーク(共振)周波数を検出 します。その後、NCOを使ってこの周波数で信号を供給し、ADC2を読み出します。金属が近づくと、ボ ードは共振周波数を変え、ADC2値が変わります。 12ビットおよび10ビット値はリアルタイムでプロットされます。このモードに入る際、最初のADC2読み 値をプロットのオフセットとして使います。60秒間動きが検出されないとLCDバックライトはOFFにな り、ボタンが押されるとONに戻ります。DS40002022A_JP - p.12 © 2018 Microchip Technology Inc.
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ソフトウェアの詳細
図3-7. 金属探知ビュー 金属ブザービューでは、ボードは可変間隔でビープ音を生成します。ビープ音の間隔は、金属検知器の読み 値に応じて変わります。このモードではLCDバックライトは常にONです。3.7
ファームウェアのプログラミング
プロジェクトのソースコードはウェブページからダウンロードできます。MPLAB X IDEで開いてコン パイルすると、\dist\default\productionフォルダにHEXファイルが生成されます。このパスはプロジ ェクト ディレクトリへの相対パスです。ボードをUSBケーブルでPCと接続し、マスストレージ デバ イスが検出されたら、HEXファイルをデバイスにコピーしてMPLAB Xpress PIC16F18446をプログラ ミングします。ユーザガイド
ハードウェアの詳細
4.
ハードウェア詳細
4.1
MPLAB Xpress PIC16F18446
MPLAB Xpress PIC16F18446評価用キットは、PIC16F18446マイクロコントローラを評価するための ハードウェア プラットフォームです。本キットを使うと、PIC16F18446でプロトタイプ ハードウェア およびファームウェアを簡単に開発できます。Nano Embedded Debugger (nEDBG)を内蔵しており、 プログラミング用の外部ツールは不要です。PCのUSBポートに接続すると、マスストレージ デバイス として表示され、HEXファイルをデバイスにコピーしてプログラミングできます。
4.1.1 PIC16F18446マイクロコントローラ
MPLAB Xpress PIC16F18446ボードは、その名が示すように、PIC16F18446マイクロコントローラを使 っています。インテリジェント アナログ、CIP、周辺通信機能を備え、eXtreme Low-Power (XLP)と組 み合わせると、センサのエンドノードおよびその他のアプリケーションの設計を簡略化できます。12ビ
ットADC2、MAP (Memory Access Partitioning)、DIA (Device Information Area)、省電力動作モード、ペ
リフェラル ピンセレクト(PPS)等の機能により、各種センサと接続でき、ハードウェアの機能をカスタ マイズできます。 図4-1. PIC16F18446
4.2
バッテリ計測
バッテリが放電すると、VDD電圧が低下します。バッテリ電圧を計測するには、固定電圧と比較する必要 があります。PIC16F18446はADC2で内部的に計測できる固定参照電圧(FVR)を内蔵しており、これは正 側の参照電圧としても使えます。バッテリ電圧を求めるには、ADC2を使ってVDDを正側の参照電圧、VSS を負側の参照電圧とし、1.024 V設定のFVR電圧を計測します。その後、下式でVDD (mV)を求めます。 VDD = (212) * VFVR / ADCReading4.3
温度センシング
温度センサはMicrochip MCP9701を使っています。DS40002022A_JP - p.14 © 2018 Microchip Technology Inc.
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ハードウェアの詳細
図4-2. HW温度センサ 本センサの温度係数は19.5 mV/°Cです。1 cm離れたユーザの手の熱を感知できるほど感度が優れていま す。 図4-3. 温度センサ回路図4.4
圧力センシング
圧力センサはNXP MP3V5050GPを使っています。感度は54 mV/kPaです。 図4-4. HW圧力センサユーザガイド
ハードウェアの詳細
図4-5. 圧力センサ回路図4.5
近接センシング
センサボードは外周に、近接センサとして動作するPCBトレースを実装しています。PIC®MCUはADC2 をCVDモードで使ってこのセンサを読み出します。このモードのADC2は、まずCHOLDをVDDまたはVSSま で、センサをVSSまたはVDDまでそれぞれプリチャージします。このプリチャージ フェイズ完了後、ピン をADC2に再接続し、2つのコンデンサの電荷を再分配します。下図に、CVDの動作原理を示します。詳 細はPIC16F18446データシートを参照してください。 図4-6. 差動CVD計測の波形Precharge Acquire Convert Precharge Acquire Convert
Rev. 10-000335A 10/2/2017
VDD
First Sample Second Sample
Time 図は差動CVD計測を示していますが、センサボードは非差動モードを使っています。この状況では非 差動モードが適しているためです。 VSS Vo lta g e AD C Sa m pl e and H old C apa c it or Ex tern al C a pa c it iv e S en s or
DS40002022A_JP - p.16 © 2018 Microchip Technology Inc.
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ハードウェアの詳細
4.6
金属探知
金属探知回路はMCD-L 160UHコイル周りに構築されています。 図4-7. 金属探知回路 数値制御オシレータ(NCO)の出力はRC1と接続しています。その信号を、L1とC16で構成される共振回 路に印加します。NCO周波数が回路共振周波数と等ししくなった時、信号の振幅はピークに達します。 起動後初めて金属探知モードにアクセスすると、ファームウェアは周波数をスキャンしてLC回路の共振 周波数を検出します。その後、NCOをその周波数で維持します。 Q2トランジスタはリピータモードで動作します。C17はピーク振幅で充電します。R8の値は信号期間中 にC17を放電しない程の大きさに選ばれており、ADC2はRC0端子電圧を信号ピーク振幅として読み出し ます。 金属がコイルL1に近づくと、インダクタンスが変化し共振周波数がずれます。このずれにより、共振周波 数がNCO周波数を離れ、振幅が低下小さくなります。ある定数値からADC2の読み値を減算した結果をプ ロットしているため、金属が近づくとプロットの値が増加します。4.7
ユーザ インターフェイス
4.7.1 LCDディスプレイ 本ボードはER-TFT018-2 LCDを実装しています。これは、パラレル/シリアルSPIインターフェイスを備 えた解像度128x160の1.8" TFT LCDモジュール ディスプレイです。PIC16F18446とは3ワイヤSPIで接 続します。本ボードのLCDに、センサから収集した12ビット分解能と10ビット分解能のデータを並べて グラフに表示します。ユーザガイド
ハードウェアの詳細
図4-8. LCD回路図 4.7.2 ボタン 本ボードには2つのプッシュボタン（S2とS3）があります。これらのボタンでディスプレイ モー ドを切り換えます。図4-9を参照してください。DS40002022A_JP - p.18 © 2018 Microchip Technology Inc.
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ハードウェアの詳細
図4-9. HWボタン PIC MCUでは2つのピンで状態変化割り込み(IOC)が有効化されており、ディスプレイ再描画中 にボタンが押された場合もこれを検出します。ユーザガイド
改訂履歴
5.
改訂履歴
リビジョン リリース日 改訂内容
DS40002022A_JP - p.20 © 2018 Microchip Technology Inc.
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Microchip社のウェブサイト
Microchip社は自社が運営するウェブサイト（http://www.microchip.com/）を通してオンライン サポー トを提供しています。当ウェブサイトでは、お客様に役立つ情報やファイルを簡単に見つけ出せます。 インターネット ブラウザから以下の内容がご覧になれます。 • 製品サポート - データシートとエラッタ、アプリケーション ノートとサンプル プログラム、設計 リソース、ユーザガイドとハードウェア サポート文書、最新のソフトウェアと過去のソフトウェ ア • 一般的技術サポート - よく寄せられる質問(FAQ)、技術サポートのご依頼、オンライン ディスカ ッション グループ、Microchip社のコンサルタント プログラムおよびメンバーリスト • ご注文とお問い合わせ - 製品セレクタと注文ガイド、最新プレスリリース、セミナー/イベント の一覧、お問い合わせ先(営業所/販売代理店)の一覧お客様向け変更通知サービス
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Microchip社製デバイスのコード保護機能について以下の点にご注意ください。 • Microchip社製品は、該当するMicrochip社データシートに記載の仕様を満たしています。 • Microchip社では、通常の条件ならびに仕様に従って使用した場合、Microchip社製品のセキュリ ティ レベルは、現在市場に流通している同種製品の中でも最も高度であると考えています。 • しかし、コード保護機能を解除するための不正かつ違法な方法が存在する事もまた事実です。 弊社の理解では、こうした手法は全てMicrochip社データシートにある動作仕様書以外の方法で Microchip社製品を使用する事になります。このような行為は知的所有権の侵害に該当する可能性 が非常に高いと言えます。 • Microchip社は、コードの保全性に懸念を抱くお客様と連携し、対応策に取り組んで参ります。ユーザガイド
• Microchip社を含む全ての半導体メーカーで、自社のコードのセキュリティを完全に保証できる企 業はありません。コード保護機能とは、Microchip社が製品を「解読不能」として保証するもので はありません。 コード保護機能は常に進歩しています。Microchip社では、常に製品のコード保護機能の改善に取り組ん でいます。Microchip社のコード保護機能の侵害は、デジタル ミレニアム著作権法に違反します。その ような行為によってソフトウェアまたはその他の著作物に不正なアクセスを受けた場合、デジタル ミレ ニアム著作権法の定めるところにより損害賠償訴訟を起こす権利があります。法律上の注意点
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TSHARC、USBCheck、VariSense、ViewSpan、WiperLock、Wireless DNA、ZENAは、米国およびそ の他の国におけるMicrochip Technology Incorporatedの商標です。
SQTPは米国におけるMicrochip Technology Incorporatedのサービスマークです。
Silicon Storage Technologyはその他の国におけるMicrochip Technology Inc.の登録商標です。 GestICとULPPはその他の国におけるMicrochip Technology Inc.の子会社であるMicrochip Technology Germany II GmbH & Co. & KGの登録商標です。
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