第 9 回割り込み

本日の内容

9-1. プログラムの待機
9-2. 割り込み
9-3. LED の明るさを変える(DUTY 比)
9-4. 演習の解説

このドキュメントは http://edu.net.c.dendai.ac.jp/ 上で公開されています。

今までのプログラム演習では、一定の時間を待つのに「ビジーウェイト」という手法で、何もしないことを何万回と繰り替えして一定の時間を作りました。

この様な手法はどのコンピュータでも使える基本的な手法ですが、何もしていないときに電力を抑えたり、あるいは、複数のプログラムを平行して動かしたり、外部と協調して動作させるなどには向きません。

そこで、今回はCPUの機能として重要な割り込みの技術を紹介します。まずは、それに付随して活用する sleep について学びます。

この割り込みを使用して、CPU を止めたり、一定の時間間隔をタイマーで計ってプログラムを動かします。

9-1. プログラムの待機

一般的に様々なCPUでプログラムの実行を止める仕組みが用意されています。そして、止めている間の状態や、再開する条件なども設定できるものがあります。

には sleep 命令があります。この sleep 命令でどのような状態になるかはプログラム内部で通りに指定することができます( )。外部からの割り込み信号が来るまでほとんどの機能を停止するモードから、単に CPU を止めるだけのモードもあります。今回は、すべての I/O が存続していながら CPU だけを止める Idle モードを選びます。

Idle モードを利用するには、以下の手順が必要です。

特定のI/Oポートに設定値を書き込む
特定のI/Oポートに Sleepを有効にする値を書き込む
sleep命令を実行

マシン語

AtMega328P の 9章 Power Management and Sleep Modes に記載されています。

Sleep Mode Control Register(SMCR)の SM2,SM1,SM0 をともに 0 にして Idle モードを指定する
同じく SMCRの SE を 1 にして、 Sleep 命令を有功にする
必要に応じて sleep 命令を指定し、 Idle モードに入る

AtMega32u4 の 7章 Power Management and Sleep Modes に記載されています。

Sleep Mode Control Register(SMCR)の SM2,SM1,SM0 をともに 0 にして Idle モードを指定する
同じく SMCRの SE を 1 にして、 Sleep 命令を有功にする
必要に応じて sleep 命令を指定し、 Idle モードに入る

AtMega4809 の 11章 SLPCTRL - Sleep Controller に記載されています。

SLPCTRL の SMODE[1:0] を 0 にして Idle モードを指定する
同じく SLPCTRL の SEN を 1 にして、 Sleep 命令を有功にする
必要に応じて sleep 命令を指定し、 Idle モードに入る

例えば、内蔵LEDを光らせて止まるプログラムは次のように書ける。

例9-1


;************
;*  例9-1 *
;************
.cseg
.org    0x0000
        rjmp    reset
.org    INT_VECTORS_SIZE
reset:
        ldi     r16,high(RAMEND)
        out     SPH,r16
        ldi     r16,low(RAMEND)
        out     SPL,r16

.equ    onb     = 0b00111111
.equ    ond     = 0b11000000
        ldi     r16,onb
        out     ddrb, r16
        ldi     r16,ond
        out     ddrd, r16

        in      r16,smcr
        cbr     r16,1<<sm0
        cbr     r16,1<<sm1
        cbr     r16,1<<sm2
        sbr     r16,1<<se
        out     smcr,r16

main:
        ldi     r16,0b00110100 //10, 12, 13
        out     portb,r16
        sleep
        ldi     r16,0b00111111 //8,9,10,11,12,13
        out     portb,r16
.exit


;************
;*  例9-1 *
;************
.cseg
.org    0x0000
        rjmp    reset
.org    INT_VECTORS_SIZE
reset:
        ldi     r16,high(RAMEND)
        out     SPH,r16
        ldi     r16,low(RAMEND)
        out     SPL,r16

.equ    onb     = 0b11110000
.equ    onc     = 0b10000000
.equ    ond     = 0b11000000
.equ    one     = 0b01000000
        ldi     r16,onb
        out     ddrb, r16
        ldi     r16,onc
        out     ddrc, r16
        ldi     r16,ond
        out     ddrd, r16
        ldi     r16,one
        out     ddre, r16

        in      r16,smcr
        cbr     r16,1<<sm0
        cbr     r16,1<<sm1
        cbr     r16,1<<sm2
        sbr     r16,1<<se
        out     smcr,r16

main:
        sbi     portb,1<<6 //10
        sbi     portd,1<<6 //12
        sbi     portc,1<<7 //13
        sleep
        sbi     portb,1<<4 //8
        sbi     portb,1<<5 //9
        sbi     portb,1<<7 //11
.exit


;************
;*  例9-1 *
;************
.cseg
.org    0x0000
        rjmp    reset
.org    INT_VECTORS_SIZE
reset:
        ldi     r16,low(RAMEND)
        out     CPU_SPL,r16
        ldi     r16,high(RAMEND)
        out     CPU_SPH,r16 

.equ    ona     = 0b00000010
.equ    onb     = 0b00000011
.equ    one     = 0b00001111
.equ    onf     = 0b00010000

        lds     r16,PORTA_DIR
        ori     r16,ona
        sts     PORTA_DIR,r16
        lds     r16,PORTB_DIR
        ori     r16,onb
        sts     PORTB_DIR,r16
        lds     r16,PORTE_DIR
        ori     r16,one
        sts     PORTE_DIR,r16
        lds     r16,PORTF_DIR
        ori     r16,onf
        sts     PORTF_DIR,r16


        lds     r16,SLPCTRL_CTRLA
        ori     r16,SLPCTRL_SMODE_IDLE_gc 
        ori     r16,SLPCTRL_SEN_bm
        sts     SLPCTRL_CTRLA,r16

main:
        lds     r16,PORTB_OUT
        ori     r16,0x00000010 //10
        sts     PORTB_OUT,r16
        lds     r16,PORTE_OUT
        ori     r16,0x00000110 //12, 13
        sts     PORTE_OUT,r16
        sleep
        lds     r16,PORTB_OUT
        ori     r16,0x00000011 //9,10
        sts     PORTB_OUT,r16
        lds     r16,PORTE_OUT
        ori     r16,0x00001111 //8,1112, 13
        sts     PORTE_OUT,r16
.exit

C言語

C言語では次のように、ヘッダファイルを読み込み、設定関数を呼び、 sleep関数を呼ぶことで実現します。この手順は、同じ系列のCPUであれば、共通化されています。

avr/sleep.h をインクルードする
set_sleep_mode でスリープモードの設定をする。 Idle モードにするには set_sleep_mode( SLEEP_MODE_IDLE) を呼び出す。
sleep_enable() を呼び、sleepを有効にする
sleep_cpu()呼び出しで実際に Sleep する

例9-2


#include <avr/sleep.h>
const byte out7seg[] = {6,7,8,9,10,12,13,0xff};
void setup(){
  for(byte i=0; out7seg[i]!=0xff; i++){
    pinMode(out7seg[i], OUTPUT);
  }
  set_sleep_mode(SLEEP_MODE_IDLE);
  sleep_enable();
  digitalWrite(8,HIGH);
  digitalWrite(10,HIGH);
  sleep_cpu();
  digitalWrite(9,HIGH);
}
void loop(){
}

外部の刺激などに対して、CPU があらかじめ指定した番地を呼び出すのを割り込みと言います。呼び出される番地を割り込みベクタと言います。 AVR では各種の割り込みそれぞれに対して、用意された番地のプログラムを呼び出します。これは先頭番地から1命令分(2byte)の領域だけ連続した領域に設定されていますので、直接、割り込みベクタに処理プログラムを書くことはできません。そのため、通常はここにはジャンプ命令のみを書いて、割り込み処理プログラムへ処理を移します。

ここでは例題として演習問題6-5 を改造して、タイマ割り込みにより一定周期でカウンタを増やすプログラムを作ることを考えます。

ATmega328p に内蔵されているタイマ/カウンタ TC2 は 8bit ながら複雑な機能を持っています。今回は、ほぼ 1 秒に一回カウンターを増やして値を表示するだけの処理をするのが目標です。

ATmega32u4 に内蔵されているタイマ/カウンタ TC0 は 8bit ながら複雑な機能を持っています。今回は、ほぼ 1 秒に一回カウンターを増やして値を表示するだけの処理をするのが目標です。

ATmega4809 に内蔵されているタイマ/カウンタ TCA は複雑な機能を持っています。今回は、ほぼ 1 秒に一回カウンターを増やして値を表示するだけの処理をするのが目標です。

これを実現するには、一定時間毎にカウンターを 1 増やして値を表示するプログラムを作る一方、初期設定をした後、カウンターを表示してタイマーをスタートした後 sleep するプログラムが必要になります。なお、sleep中に割り込みが発生すると割り込みを処理した後、 sleep 命令の次に制御が戻りますので、割り込み以外の処理をしない場合は、 sleep 命令だけを実行する無限ループを作ります。

マシン語

今回は単純なモードとして normal モードを使用します(17.7.1 p.121)。各モードの設定は pp.127-134 のレジスタを参照します。

TC2 は 0x00 から数えて 0xff まで加算した後、0x00に戻る際にオーバフロー割り込みを発生させます。つまり、割り込みベクタは TOV2=0x0009 になります。またPrescalar を使用して、ほぼ１秒に一回割り込みがかかるようにします。そのための設定ですが、以下のようになります。

レジスタ名	値	意味
TCCR2A	0b00000000	normalモードはすべて0
TCCR2B	0b00000111	クロックの 1024分の1で割り込み発生(モード設定がTCCR2Aと別れていることに注意)
TIMSK2	0b00000001	オーバーフロー検知だけ有効

Arduino は 16MHz で動作してます。そのため、 1024 で分周した後、さらに 256 回に一回の割合で割り込みが発生するとすると、割り込みは 1024*256/16M ≒ 0.016 秒に一回発生することになります。

今回は単純なモードとして normal モードを使用します(19.7.2 p.134)。各モードの設定は pp.141-151 のレジスタを参照します。

TC0 は 0x00 から数えて 0xff まで加算した後、0x00に戻る際にオーバフロー割り込みを発生させます。つまり、割り込みベクタは TOV2=0x0009 になります。またPrescalar を使用して、ほぼ１秒に一回割り込みがかかるようにします。そのための設定ですが、以下のようになります。

レジスタ名	値	意味
TCCR2A	0b00000000	normalモードはすべて0
TCCR2B	0b00000111	クロックの 1024分の1で割り込み発生(モード設定がTCCR2Aと別れていることに注意)
TIMSK2	0b00000001	オーバーフロー検知だけ有効

今回は単純なモードとして normal モードを使用します(19.7.2 p.134)。各モードの設定は pp.141-151 のレジスタを参照します。

レジスタ名	値	意味
TCCR2A	0b00000000	normalモードはすべて0
TCCR2B	0b00000111	クロックの 1024分の1で割り込み発生(モード設定がTCCR2Aと別れていることに注意)
TIMSK2	0b00000001	オーバーフロー検知だけ有効

例9-3

演習 7-5 のプログラムを改造します。 counter という変数を用意し、次のサブルーチンを用意します。

counter の値を表示するサブルーチン
counter を 1 増やし、 counter の値を表示するサブルーチン

このような準備をした後、次のプログラムを作ります。

sleepの設定をします
割り込みの設定をします。
counterを 0 にし、LED を光らせます。
sleep を含む無限ループに入ります。

また、割り込みの処理は次のようにします。

まず OVF2addr 番地から割り込み処理のプログラムに飛ぶようにします。
counter を1増やし、 LEDを光らせます
reti 命令により割り込みを終了します。

プログラムは次のようになります


;**********
;*  例9-3 *
;**********
.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,high(RAMEND)
    out    SPH,r16
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16

.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16

initsleep:
    in    r16,smcr
    cbr    r16,1<<sm0
    cbr    r16,1<<sm1
    cbr    r16,1<<sm2
    sbr    r16,1<<se
    out    smcr,r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000111    ; normal mode, prescaler=1024
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16

.def    counter = r18
.def    pattern = r17

    clr    counter    
    rcall    dispcounter
    sei
main:
    sleep    
    rjmp    main

timer2vec:
    rcall    inccounter
    rcall    dispcounter
    reti
.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

dispcounter:    ;counter    の値を表示
    ldi    ZH,high(startdata<<1)
    ldi    ZL,low(startdata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    dispcounter1
    inc    ZH
dispcounter1:
    lpm    r16,Z
    outport    onb,portb
    outport    ond,portd
    ret
    

inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,countmax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret

startdata:
    .db    0b10110111,0b00100100
    .db 0b01110011,0b01110110
    .db 0b11100100,0b11010110
    .db 0b11010111,0b00110100
    .db 0b11110111,0b11110110
    .db 0b11110101,0b11000111
    .db 0b10010011,0b01100111
    .db 0b11010011,0b11010001
enddata:
.equ    num_start_adr = startdata <<1
.equ    num_end_adr = enddata << 1
.equ    countmax = low(num_end_adr - num_start_adr)

.exit


;**********
;*  例9-3 *
;**********
.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,high(RAMEND)
    out    SPH,r16
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16

.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16

initsleep:
    in    r16,smcr
    cbr    r16,1<<sm0
    cbr    r16,1<<sm1
    cbr    r16,1<<sm2
    sbr    r16,1<<se
    out    smcr,r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000111    ; normal mode, prescaler=1024
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16

.def    counter = r18
.def    pattern = r17

    clr    counter    
    rcall    dispcounter
    sei
main:
    sleep    
    rjmp    main

timer2vec:
    rcall    inccounter
    rcall    dispcounter
    reti
.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

dispcounter:    ;counter    の値を表示
    ldi    ZH,high(startdata<<1)
    ldi    ZL,low(startdata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    dispcounter1
    inc    ZH
dispcounter1:
    lpm    r16,Z
    outport    onb,portb
    outport    ond,portd
    ret
    

inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,countmax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret

startdata:
    .db    0b10110111,0b00100100
    .db 0b01110011,0b01110110
    .db 0b11100100,0b11010110
    .db 0b11010111,0b00110100
    .db 0b11110111,0b11110110
    .db 0b11110101,0b11000111
    .db 0b10010011,0b01100111
    .db 0b11010011,0b11010001
enddata:
.equ    num_start_adr = startdata <<1
.equ    num_end_adr = enddata << 1
.equ    countmax = low(num_end_adr - num_start_adr)

.exit


;**********
;*  例9-3 *
;**********
.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,high(RAMEND)
    out    SPH,r16
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16

.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16

initsleep:
    in    r16,smcr
    cbr    r16,1<<sm0
    cbr    r16,1<<sm1
    cbr    r16,1<<sm2
    sbr    r16,1<<se
    out    smcr,r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000111    ; normal mode, prescaler=1024
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16

.def    counter = r18
.def    pattern = r17

    clr    counter    
    rcall    dispcounter
    sei
main:
    sleep    
    rjmp    main

timer2vec:
    rcall    inccounter
    rcall    dispcounter
    reti
.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

dispcounter:    ;counter    の値を表示
    ldi    ZH,high(startdata<<1)
    ldi    ZL,low(startdata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    dispcounter1
    inc    ZH
dispcounter1:
    lpm    r16,Z
    outport    onb,portb
    outport    ond,portd
    ret
    

inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,countmax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret

startdata:
    .db    0b10110111,0b00100100
    .db 0b01110011,0b01110110
    .db 0b11100100,0b11010110
    .db 0b11010111,0b00110100
    .db 0b11110111,0b11110110
    .db 0b11110101,0b11000111
    .db 0b10010011,0b01100111
    .db 0b11010011,0b11010001
enddata:
.equ    num_start_adr = startdata <<1
.equ    num_end_adr = enddata << 1
.equ    countmax = low(num_end_adr - num_start_adr)

.exit

例9-4

例9-3ではカウンタの動きが速すぎます。 Prescaler を使用しても最大で 1/256 にしかなりません。クロック 16MHz では 1 マシンサイクルが 0.25μ秒なので、カウンタ一つ増やす間隔は 0.25×256×256μ秒 ≒ 0.016 秒に一回になってます。これを大体 1 秒の間隔にするにはさらに 61 倍程度遅くする必要があります。

そこで大体 1 秒毎に増えるカウンタを作りましょう。そのためには割り込みがかかっても 61 回に一回しか反応しないようにします。その機能を持つサブルーチンの名前を Postscalerと呼ぶ事にします。これは新たにレジスタを使用して、 61 回中 60 回まではレジスタを加算するだけで戻り、61回目にレジスタを 0 にして、指定のサブルーチンを呼ぶものです。


;**********
;*  例9-4 *
;**********

.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,high(RAMEND)
    out    SPH,r16
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16

.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16

initsleep:
    in    r16,smcr
    cbr    r16,1<<sm0
    cbr    r16,1<<sm1
    cbr    r16,1<<sm2
    sbr    r16,1<<se
    out    smcr,r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000111    ; normal mode, prescaler=1024
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16

.def    counter = r19
.def    pattern = r17
.def    pcounter = r18
.equ    ptime = 61
    ldi    pcounter,ptime
    clr    counter    
    rcall    dispcounter
    sei
main:
    sleep    
    rjmp    main

timer2vec:
    rcall    postscaler
    reti

postscaler:
    dec        pcounter
    breq    postscaler1
    ret
postscaler1:
    ldi        pcounter,ptime
    rcall    inccounter
    rcall    dispcounter
    ret

.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

dispcounter:    ;counter    の値を表示
    ldi    ZH,high(startdata<<1)
    ldi    ZL,low(startdata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    dispcounter1
    inc    ZH
dispcounter1:
    lpm    r16,Z
    outport    onb,portb
    outport    ond,portd
    ret
    

inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,countmax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret

startdata:
    .db    0b10110111,0b00100100
    .db 0b01110011,0b01110110
    .db 0b11100100,0b11010110
    .db 0b11010111,0b00110100
    .db 0b11110111,0b11110110
    .db 0b11110101,0b11000111
    .db 0b10010011,0b01100111
    .db 0b11010011,0b11010001
enddata:
.equ    num_start_adr = startdata <<1
.equ    num_end_adr = enddata << 1
.equ    countmax = low(num_end_adr - num_start_adr)

.exit


;**********
;*  例9-4 *
;**********

.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,high(RAMEND)
    out    SPH,r16
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16

.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16

initsleep:
    in    r16,smcr
    cbr    r16,1<<sm0
    cbr    r16,1<<sm1
    cbr    r16,1<<sm2
    sbr    r16,1<<se
    out    smcr,r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000111    ; normal mode, prescaler=1024
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16

.def    counter = r19
.def    pattern = r17
.def    pcounter = r18
.equ    ptime = 61
    ldi    pcounter,ptime
    clr    counter    
    rcall    dispcounter
    sei
main:
    sleep    
    rjmp    main

timer2vec:
    rcall    postscaler
    reti

postscaler:
    dec        pcounter
    breq    postscaler1
    ret
postscaler1:
    ldi        pcounter,ptime
    rcall    inccounter
    rcall    dispcounter
    ret

.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

dispcounter:    ;counter    の値を表示
    ldi    ZH,high(startdata<<1)
    ldi    ZL,low(startdata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    dispcounter1
    inc    ZH
dispcounter1:
    lpm    r16,Z
    outport    onb,portb
    outport    ond,portd
    ret
    

inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,countmax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret

startdata:
    .db    0b10110111,0b00100100
    .db 0b01110011,0b01110110
    .db 0b11100100,0b11010110
    .db 0b11010111,0b00110100
    .db 0b11110111,0b11110110
    .db 0b11110101,0b11000111
    .db 0b10010011,0b01100111
    .db 0b11010011,0b11010001
enddata:
.equ    num_start_adr = startdata <<1
.equ    num_end_adr = enddata << 1
.equ    countmax = low(num_end_adr - num_start_adr)

.exit


;**********
;*  例9-4 *
;**********

.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,high(RAMEND)
    out    SPH,r16
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16

.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16

initsleep:
    in    r16,smcr
    cbr    r16,1<<sm0
    cbr    r16,1<<sm1
    cbr    r16,1<<sm2
    sbr    r16,1<<se
    out    smcr,r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000111    ; normal mode, prescaler=1024
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16

.def    counter = r19
.def    pattern = r17
.def    pcounter = r18
.equ    ptime = 61
    ldi    pcounter,ptime
    clr    counter    
    rcall    dispcounter
    sei
main:
    sleep    
    rjmp    main

timer2vec:
    rcall    postscaler
    reti

postscaler:
    dec        pcounter
    breq    postscaler1
    ret
postscaler1:
    ldi        pcounter,ptime
    rcall    inccounter
    rcall    dispcounter
    ret

.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

dispcounter:    ;counter    の値を表示
    ldi    ZH,high(startdata<<1)
    ldi    ZL,low(startdata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    dispcounter1
    inc    ZH
dispcounter1:
    lpm    r16,Z
    outport    onb,portb
    outport    ond,portd
    ret
    

inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,countmax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret

startdata:
    .db    0b10110111,0b00100100
    .db 0b01110011,0b01110110
    .db 0b11100100,0b11010110
    .db 0b11010111,0b00110100
    .db 0b11110111,0b11110110
    .db 0b11110101,0b11000111
    .db 0b10010011,0b01100111
    .db 0b11010011,0b11010001
enddata:
.equ    num_start_adr = startdata <<1
.equ    num_end_adr = enddata << 1
.equ    countmax = low(num_end_adr - num_start_adr)

.exit

演習9-1

LED の小数点を約 0.5 秒程度で点滅させなさい。さらに、スイッチを押す度に LED の数字が増減するようにしなさい。

C言語

C言語で割り込みを行う場合、ライブラリーを使うのが一般的なようです。 Arduino の「スケッチ→ライブラリをインクルード→ライブラリを管理」を選び、検索欄に TimerInterrupt_Generic を入れると、 TimerInterrupt_Generic をインストールできます。これは、 #define USE_TIMER_1 true などで、使用するタイマーを指定した後、 #include "TimerInterrupt_Generic.h" でヘッダファイルを読み込みます。そして、setup で ITimer1.init(); で使用するタイマーを起動し、 ITimer1.attachInterruptInterval(時間間隔,呼び出し関数) で一定間隔で関数を呼び出すようになります。

例9-5

例9-6と同様に一定時間毎に別のパターンを表示するプログラムを、割り込みと sleep を使用して書いたのが以下のプログラムです。


/************
*  例9-5 *
************/
#include <avr/sleep.h>
#define USE_TIMER_1     true
#include "TimerInterrupt_Generic.h"

  // put your setup code here, to run once:
const byte out7seg[]={6,7,8,9,10,11,12,13,0xff};
const byte pattern[]={
            0b11011110, //0
            0b10010000, //1
            0b11001101, //2
            0b11011001, //3
            0b10010011, //4
            0b01011011, //5
            0b01011111, //6
            0b11010000, //7
            0b11011111, //8
            0b11011011, //9
            0b11010111, //A
            0b00011111, //b
            0b01001110, //C
            0b10011101, //d
            0b01001111, //E
            0b01000111 //F
};
byte counter;
void setup() {
  for(byte i=0;out7seg[i]!=0xff;i++){
    pinMode(out7seg[i], OUTPUT);
  }
  counter=0;
    ITimer1.init();
  ITimer1.attachInterruptInterval(1000, vect);
  dispcounter();
}

void dispcounter(){
  for(byte i=0; i<8;i++){
    digitalWrite(out7seg[i],(pattern[counter]&1<<i)!=0);
  }
}
void inccounter(){
  counter++;
  if(counter>=sizeof(pattern)){
    counter=0;
  }
}
void vect(){
  inccounter();
  dispcounter();
}
void loop() {
  sleep_cpu();
}

演習9-2

LED の小数点を約 0.5 秒程度で点滅させなさい。さらに、スイッチを押す度に LED の数字が増減するようにしなさい。

9-3. LED の明るさを変える(DUTY 比)

LED の明るさを変えるには二つの方法があります。今回は DUTY 比のコントロールについて考えます。この方法は、早い周期で LED を点けたり消したりすることで、平均出力を下げることにより、人間の目には暗く見えるようにすることです。この時、全体の中で ON になっている比率を DUTY 比と呼びます。

例9-6

例 5-3 を思い出して下さい。これは、PORTB0 から PORTB7 まで順番に点灯してくというプログラムでした。その演習では、一つのポートの LED を点灯してから、次のポートを点灯させるまで時間待ちをしました。そこで、この waitを外したものを動かしてみましょう。単純で改造がしやすい 5-3 2 のプログラムを使用します。改造した物が次になります。なお、全部消灯するパターンも取り除いています。


;**********
;*  例9-6 *
;**********
.cseg
.org    0x0000
    rjmp    reset
.org    INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi     r16,high(RAMEND)
    out     SPH,r16 
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16
.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
.equ    pullup    = 0b00110000
    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16
    ldi    r16,pullup
    out    portd, r16
        
.macro    clrport
    in    r16,@0
    andi    r16,~@1
    out    @0,r16
.endmacro
.macro setport
    in    r16,@0
    andi    r16,~@1
    ori    r16,@2
    out    @0,r16
.endmacro
main:
    setport portb,onb,0b00000001
    setport portb,onb,0b00000011
    setport portb,onb,0b00000111
    setport portb,onb,0b00001111
    setport portb,onb,0b00011111
    setport portb,onb,0b00111111
    setport portd,ond,0b01000000
    setport portd,ond,0b11000000
    clrport    portd,ond
    rjmp    main
.exit


;**********
;*  例9-6 *
;**********
.cseg
.org    0x0000
    rjmp    reset
.org    INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi     r16,high(RAMEND)
    out     SPH,r16 
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16
.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
.equ    pullup    = 0b00110000
    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16
    ldi    r16,pullup
    out    portd, r16
        
.macro    clrport
    in    r16,@0
    andi    r16,~@1
    out    @0,r16
.endmacro
.macro setport
    in    r16,@0
    andi    r16,~@1
    ori    r16,@2
    out    @0,r16
.endmacro
main:
    setport portb,onb,0b00000001
    setport portb,onb,0b00000011
    setport portb,onb,0b00000111
    setport portb,onb,0b00001111
    setport portb,onb,0b00011111
    setport portb,onb,0b00111111
    setport portd,ond,0b01000000
    setport portd,ond,0b11000000
    clrport    portd,ond
    rjmp    main
.exit


;**********
;*  例9-6 *
;**********
.cseg
.org    0x0000
    rjmp    reset
.org    INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi     r16,high(RAMEND)
    out     SPH,r16 
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16
.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
.equ    pullup    = 0b00110000
    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16
    ldi    r16,pullup
    out    portd, r16
        
.macro    clrport
    in    r16,@0
    andi    r16,~@1
    out    @0,r16
.endmacro
.macro setport
    in    r16,@0
    andi    r16,~@1
    ori    r16,@2
    out    @0,r16
.endmacro
main:
    setport portb,onb,0b00000001
    setport portb,onb,0b00000011
    setport portb,onb,0b00000111
    setport portb,onb,0b00001111
    setport portb,onb,0b00011111
    setport portb,onb,0b00111111
    setport portd,ond,0b01000000
    setport portd,ond,0b11000000
    clrport    portd,ond
    rjmp    main
.exit

実行すると、 LED の明るさが揃ってないことがわかります。

C言語版


const byte out[]={6,7,8,9,10,11,12,13,0xff};
void setup() {
  for(byte i=0;out[i]!=0xff;i++){
    pinMode(out[i], OUTPUT);
  }
}
void clear(){
  for(byte i=0;out[i]!=0xff;i++){
    digitalWrite(out[i], LOW);
  }
}
byte i=0;
void loop() {
  digitalWrite(out[i++],HIGH);
  delay(1);
  if(out[i]==0xff){
    i=0;
    clear();
  }
}

この場合、PORTB0 の duty 比は 100% です。一方、 PORTD7 の duty 比は約1/8 = 12.5% になります。但し、実験してみれば分かるように duty 比の高い LED の明るさの違いはほとんど分かりません。人間の目は対数的な特性があるため、指数関数的な変化でないとはっきり把握できません。つまり、 duty 比を連続して変化させる時は、比率を連続的に変化させても効果が薄いことに注意します。

例9-7

小数点の明るさを変化させることを考えましょう。 DUTY比を変えるには小数点だけを素早く ON, OFF させます。つまり小数点は常に同じ値ではなく、割り込みにより On/OFF を繰り返します。つまり、タイマ割り込みを使用し、 duty 比が 25% になるように 4 回に 1 回だけ set し、残りは clear するようにします。なお比較のために、 7SEG LED は小数点以外は全て点灯させておきます。

プログラムにおいて、レジスタ crate の値は割り込みがかかる度に countrate, countrate-1, ... ,3,2,1, countrate, countrate-1, ... ,3,2,1, と周期的に変化して行きます。そして、その度にあらかじめ W レジスタに入れた dutyrate の値から引き算します。すると、crate - dutyrate < 0 となる時は C フラグが 0 になり、そうでなければ 1 になります。ここで、 C フラグが 0 の時、つまり 1 ≤ crate < dutyrate の時に、小数点を光らせ、それ以外の時に小数点を消灯することで、 DUTY 比 = (dutyrate - 1)/countrate を実現します。 25% にするには countrate = 4, dutyrate = 2 とします。


;**********
;*  例9-7 *
;**********
.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,high(RAMEND)
    out    SPH,r16
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16

.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16

initsleep:
    in    r16,smcr
    cbr    r16,1<<sm0
    cbr    r16,1<<sm1
    cbr    r16,1<<sm2
    sbr    r16,1<<se
    out    smcr,r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000001    ; normal mode, prescaler=1
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16


.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

    ldi    r16,0b11110111
    outport    onb,portb
    outport    ond,portd
    sei
main:
    sleep    
    rjmp    main

timer2vec:
    push    r16
    in        r16,SREG
    push    r16
    rcall    duty
    pop    r16
    out    SREG,r16
    pop    r16
    reti

    .def    dutycounter = r17
    .equ    dcycle = 8
    .equ    drate = 1
duty:
    inc    dutycounter
    cpi    dutycounter,dcycle
    brcs    duty1
    clr    dutycounter
duty1:
    cpi    dutycounter,drate
    brcs    onstate
    rjmp    offstate
onstate:
    sbi    portb,3
    ret
offstate:
    cbi    portb,3
    ret

.exit


;**********
;*  例9-7 *
;**********
.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,high(RAMEND)
    out    SPH,r16
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16

.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16

initsleep:
    in    r16,smcr
    cbr    r16,1<<sm0
    cbr    r16,1<<sm1
    cbr    r16,1<<sm2
    sbr    r16,1<<se
    out    smcr,r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000001    ; normal mode, prescaler=1
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16


.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

    ldi    r16,0b11110111
    outport    onb,portb
    outport    ond,portd
    sei
main:
    sleep    
    rjmp    main

timer2vec:
    push    r16
    in        r16,SREG
    push    r16
    rcall    duty
    pop    r16
    out    SREG,r16
    pop    r16
    reti

    .def    dutycounter = r17
    .equ    dcycle = 8
    .equ    drate = 1
duty:
    inc    dutycounter
    cpi    dutycounter,dcycle
    brcs    duty1
    clr    dutycounter
duty1:
    cpi    dutycounter,drate
    brcs    onstate
    rjmp    offstate
onstate:
    sbi    portb,3
    ret
offstate:
    cbi    portb,3
    ret

.exit


;**********
;*  例9-7 *
;**********
.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,high(RAMEND)
    out    SPH,r16
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16

.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16

initsleep:
    in    r16,smcr
    cbr    r16,1<<sm0
    cbr    r16,1<<sm1
    cbr    r16,1<<sm2
    sbr    r16,1<<se
    out    smcr,r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000001    ; normal mode, prescaler=1
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16


.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

    ldi    r16,0b11110111
    outport    onb,portb
    outport    ond,portd
    sei
main:
    sleep    
    rjmp    main

timer2vec:
    push    r16
    in        r16,SREG
    push    r16
    rcall    duty
    pop    r16
    out    SREG,r16
    pop    r16
    reti

    .def    dutycounter = r17
    .equ    dcycle = 8
    .equ    drate = 1
duty:
    inc    dutycounter
    cpi    dutycounter,dcycle
    brcs    duty1
    clr    dutycounter
duty1:
    cpi    dutycounter,drate
    brcs    onstate
    rjmp    offstate
onstate:
    sbi    portb,3
    ret
offstate:
    cbi    portb,3
    ret

.exit

C言語版


#include <avr/sleep.h>
#define USE_TIMER_1     true
#include "TimerInterrupt_Generic.h"

const byte out7seg[]={6,7,8,9,10,11,12,13,0xff};
byte counter;
void setup() {
  for(byte i=0;out7seg[i]!=0xff;i++){
    pinMode(out7seg[i], OUTPUT);
  }
  counter=0;
  write7seg(0b11011111);
  ITimer1.init();
  ITimer1.attachInterruptInterval(1, vect);
}
void write7seg(byte x){
  for(byte i=0; i<8;i++){
    digitalWrite(out7seg[i],x&1<<i);
  }
}
#define dutymax 16
#define drate 1
byte dutycounter;
void duty(){
  dutycounter++;
  if(dutycounter==dutymax){
    dutycounter=0;
  }
  if(dutycounter<drate){
    digitalWrite(11,HIGH);
  }else{
    digitalWrite(11,LOW);
  }
}

void vect(){
  duty();
}
void loop() {
  sleep_cpu();
}

例9-8

duty 比 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64, 1/128 という階調を考えます。これを RD4 に接続した sw により切替えることを考えます。但し、これらは計算で求めるのではなく、以前に LED に数字を出した時のようにテーブルで参照するようにします。 W レジスタに求める duty 比を入れて、 getduty とすると必要な比が W レジスタに得られるようにします。但し、 0 の時、 128 を示し、 1 の時 64, 2 の時 32となる値、つまり最小が 1 となる相対値を返します。

例9-7同様に 7SEG LED は小数点以外は全て点灯させ、小数点の明るさを変えます。

プログラムは基本的には例9-6 と演習5-6 のプログラムを流用します。但し duty 比はプログラムの中で 1 を加え、 duty 比 = (dutyrate - 1)/maxcount ではなく、 duty 比 = dutyrate/maxcount となるようにします。

このプログラムを実現するには、 counter の値により duty_ratio を変化させる必要があります。つまり、 sw が押されるたびに、 counter の値を変化させ、その値により duty 比を変化させる必要があります。


;************
;*  例9-8 *
;************
.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,high(RAMEND)
    out    SPH,r16
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16

.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
.equ    pullup    = 0b00110000

    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16
    ldi    r16,pullup
    out    portd, r16

initsleep:
    in    r16,smcr
    cbr    r16,1<<sm0
    cbr    r16,1<<sm1
    cbr    r16,1<<sm2
    sbr    r16,1<<se
    out    smcr,r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000001    ; normal mode, prescaler=1
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16


.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

    ldi    r16,0b11110111
    outport    onb,portb
    outport    ond,portd
    sei


.def    counter=r17
    clr        counter


.def    last = r18
.def    current = r19

main:
    rcall    setduty
    in    current,PIND

    sbrc    last,PIND4
    rjmp    lpressed
    sbrs    current,PIND4
    rjmp    lnotpressed
lpressednow:
    rcall    inccounter
lpressed:
lnotpressed:

    sbrc    last,PIND5
    rjmp    rpressed
    sbrs    current,PIND5
    rjmp    rnotpressed
rpressednow:
    rcall    deccounter
rpressed:
rnotpressed:

    mov    last,current
    rjmp    main



timer2vec:
    push    r16
    in    r16,SREG
    push    r16
    rcall    duty
    pop    r16
    out    SREG,r16
    pop    r16
    reti

    .def    dutycounter = r20
    .def    dcycle = r21
    .equ    drate = 1
duty:
    inc    dutycounter
    cp    dutycounter,dcycle
    brcs    duty1
    clr    dutycounter
duty1:
    cpi    dutycounter,drate
    brcs    onstate
    rjmp    offstate
onstate:
    sbi    portb,3
    ret
offstate:
    cbi    portb,3
    ret
    
    
setduty:    ;counterの値に対応するduty比を設定
    ldi    ZH,high(startdutydata<<1)
    ldi    ZL,low(startdutydata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    setduty1
    inc    ZH
setduty1:
;.equ    mask = 0b00001000
    lpm    dcycle,Z
    ret



inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,dutymax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret
    
deccounter:
    cpi    counter,0
    breq    deccounter1
    dec    counter
    ret
deccounter1:
    ldi    counter,dutymax-1
    ret
startdutydata:
    .db    1,2,4,8,16,32,64,128
enddutydata:
.equ    duty_start_adr = startdutydata <<1
.equ    duty_end_adr = enddutydata << 1
.equ    dutymax = low(duty_end_adr - duty_start_adr)

.exit


;************
;*  例9-8 *
;************
.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,high(RAMEND)
    out    SPH,r16
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16

.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
.equ    pullup    = 0b00110000

    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16
    ldi    r16,pullup
    out    portd, r16

initsleep:
    in    r16,smcr
    cbr    r16,1<<sm0
    cbr    r16,1<<sm1
    cbr    r16,1<<sm2
    sbr    r16,1<<se
    out    smcr,r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000001    ; normal mode, prescaler=1
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16


.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

    ldi    r16,0b11110111
    outport    onb,portb
    outport    ond,portd
    sei


.def    counter=r17
    clr        counter


.def    last = r18
.def    current = r19

main:
    rcall    setduty
    in    current,PIND

    sbrc    last,PIND4
    rjmp    lpressed
    sbrs    current,PIND4
    rjmp    lnotpressed
lpressednow:
    rcall    inccounter
lpressed:
lnotpressed:

    sbrc    last,PIND5
    rjmp    rpressed
    sbrs    current,PIND5
    rjmp    rnotpressed
rpressednow:
    rcall    deccounter
rpressed:
rnotpressed:

    mov    last,current
    rjmp    main



timer2vec:
    push    r16
    in    r16,SREG
    push    r16
    rcall    duty
    pop    r16
    out    SREG,r16
    pop    r16
    reti

    .def    dutycounter = r20
    .def    dcycle = r21
    .equ    drate = 1
duty:
    inc    dutycounter
    cp    dutycounter,dcycle
    brcs    duty1
    clr    dutycounter
duty1:
    cpi    dutycounter,drate
    brcs    onstate
    rjmp    offstate
onstate:
    sbi    portb,3
    ret
offstate:
    cbi    portb,3
    ret
    
    
setduty:    ;counterの値に対応するduty比を設定
    ldi    ZH,high(startdutydata<<1)
    ldi    ZL,low(startdutydata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    setduty1
    inc    ZH
setduty1:
;.equ    mask = 0b00001000
    lpm    dcycle,Z
    ret



inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,dutymax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret
    
deccounter:
    cpi    counter,0
    breq    deccounter1
    dec    counter
    ret
deccounter1:
    ldi    counter,dutymax-1
    ret
startdutydata:
    .db    1,2,4,8,16,32,64,128
enddutydata:
.equ    duty_start_adr = startdutydata <<1
.equ    duty_end_adr = enddutydata << 1
.equ    dutymax = low(duty_end_adr - duty_start_adr)

.exit


;************
;*  例9-8 *
;************
.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,high(RAMEND)
    out    SPH,r16
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16

.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
.equ    pullup    = 0b00110000

    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16
    ldi    r16,pullup
    out    portd, r16

initsleep:
    in    r16,smcr
    cbr    r16,1<<sm0
    cbr    r16,1<<sm1
    cbr    r16,1<<sm2
    sbr    r16,1<<se
    out    smcr,r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000001    ; normal mode, prescaler=1
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16


.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

    ldi    r16,0b11110111
    outport    onb,portb
    outport    ond,portd
    sei


.def    counter=r17
    clr        counter


.def    last = r18
.def    current = r19

main:
    rcall    setduty
    in    current,PIND

    sbrc    last,PIND4
    rjmp    lpressed
    sbrs    current,PIND4
    rjmp    lnotpressed
lpressednow:
    rcall    inccounter
lpressed:
lnotpressed:

    sbrc    last,PIND5
    rjmp    rpressed
    sbrs    current,PIND5
    rjmp    rnotpressed
rpressednow:
    rcall    deccounter
rpressed:
rnotpressed:

    mov    last,current
    rjmp    main



timer2vec:
    push    r16
    in    r16,SREG
    push    r16
    rcall    duty
    pop    r16
    out    SREG,r16
    pop    r16
    reti

    .def    dutycounter = r20
    .def    dcycle = r21
    .equ    drate = 1
duty:
    inc    dutycounter
    cp    dutycounter,dcycle
    brcs    duty1
    clr    dutycounter
duty1:
    cpi    dutycounter,drate
    brcs    onstate
    rjmp    offstate
onstate:
    sbi    portb,3
    ret
offstate:
    cbi    portb,3
    ret
    
    
setduty:    ;counterの値に対応するduty比を設定
    ldi    ZH,high(startdutydata<<1)
    ldi    ZL,low(startdutydata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    setduty1
    inc    ZH
setduty1:
;.equ    mask = 0b00001000
    lpm    dcycle,Z
    ret



inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,dutymax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret
    
deccounter:
    cpi    counter,0
    breq    deccounter1
    dec    counter
    ret
deccounter1:
    ldi    counter,dutymax-1
    ret
startdutydata:
    .db    1,2,4,8,16,32,64,128
enddutydata:
.equ    duty_start_adr = startdutydata <<1
.equ    duty_end_adr = enddutydata << 1
.equ    dutymax = low(duty_end_adr - duty_start_adr)

.exit

C言語版


#include <avr/sleep.h>
#define USE_TIMER_1     true
#include "TimerInterrupt_Generic.h"

const byte out7seg[]={6,7,8,9,10,11,12,13,0xff};
const byte dutydata[]={1,2,4,8,16,32,64,128,0xff};
const byte button1=4;
const byte button2=5;
byte counter;
byte dcycle;
void setup() {
  for(byte i=0;out7seg[i]!=0xff;i++){
    pinMode(out7seg[i], OUTPUT);
  }
  pinMode(button1,INPUT_PULLUP);
  pinMode(button2,INPUT_PULLUP);
  counter=0;
  write7seg(0b11011111);
  ITimer1.init();
  ITimer1.attachInterruptInterval(1, vect);
}
void write7seg(byte x){
  for(byte i=0; i<8;i++){
    digitalWrite(out7seg[i],x&1<<i);
  }
}

#define drate 1
byte dutycounter;
void duty(){
  dutycounter++;
  if(dutycounter==dcycle){
    dutycounter=0;
  }
  if(dutycounter<drate){
    digitalWrite(11,HIGH);
  }else{
    digitalWrite(11,LOW);
  }
}
void vect(){
  duty();
}
void increase(){
  if(dutydata[counter]==0xff){
    counter=0;
  }else{
    counter++;
  }
}
void decrease(){
  if(counter==0){
    counter=sizeof(dutydata)/sizeof(dutydata[0])-1;
  }else{
    counter--;
  }
}
void setduty(){
  dcycle = dutydata[counter];
}
void loop() {
  static bool prev1=HIGH;
  static bool prev2=HIGH;
  static bool now1=HIGH;
  static bool now2=HIGH;
  setduty();
  now1=digitalRead(button1);
  if(now1==HIGH && prev1==LOW){
    decrease();
  }
  prev1=now1;
  now2=digitalRead(button2);
  if(now2==HIGH && prev2==LOW){
    increase();
  }
  prev2=now2;
}

演習9-3

マシン語の例9-8のプログラムで、 PORTB には counter の値を表示するように改造しなさい。

演習9-4

C言語の例9-8のプログラムで、 PORTB には counter の値を表示するように改造しなさい。

9-4. 演習の解説

演習9-1

始めに小数点を約 0.5 秒程度で点滅させることを考えます。割り込みは Prescaler を 1:256 で使用し、さらに 7 回に一回毎に点滅させます。点滅は点滅パターンを用意して PORTB に対して XOR をかけることで行います。著者の回路では RB3 が小数点になってますので、 b'00001000' で XOR を行います。

一方、 RD4 に接続したスイッチを押す度に LED の数字が増えるようにするには、演習5-6 のプログラムを流用します。但し、 PORTB にダイレクトに書き込むと小数点の点滅に影響してしまいます。そこで、ビットパターンを特定の場所だけ上書きすることを考えます。そのためには、「特定の場所を指定する」情報を考えなくてはいけません。今、考えるのは PORTB の RA0 を温存したまま RA1 から RA7 までを変更することです。

特定のビットを 1 にする論理演算は or で行います。つまり前のビットが X だった時、 X or 1 = 1 となります。したがって、パターン中の 1 は or により書き込むことが出来ます。
特定のビットを 0 にするには and を使います。前のビットが X だった時、 X and 0 = 0 となります。
それでは特定のビットを Y(=0,1) にするにはどうすれば良いでしょうか？ 0 と or を取れば Y になりますので、 X と 0 を and をとってから Y と or を取ればよいです。つまり、 ( X and 0 ) or Y とすることで、 X を Y にすることが出来ます。

つまり、PORTB に pattern を書き込むには、書き込みたい部分を 0 にしたマスクと and を取り、それから pattern と or を取れば良いです。


;************
;*  演習9-1 *
;************
.cseg


.org    0x0000
    rjmp    reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org    INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi     r16,high(RAMEND)
    out     SPH,r16 
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16
.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
.equ    dispb = 0b00110111
.equ    dispd = 0b11000000
.equ    pullup    = 0b00110000

    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16
    ldi    r16,pullup
    out    portd, r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000111    ; normal mode, prescaler=1024
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16


.def    counter=r17
.def    pcounter = r18
.equ    ptime = 20
    ldi    pcounter,ptime
    clr    counter


.def    last = r14
.def    current = r15
    sei
main:
    rcall    dispcount
    in    current,PIND

    sbrc    last,PIND4
    rjmp    lpressed
    sbrs    current,PIND4
    rjmp    lnotpressed
lpressednow:
    rcall    inccounter
lpressed:
lnotpressed:

    sbrc    last,PIND5
    rjmp    rpressed
    sbrs    current,PIND5
    rjmp    rnotpressed
rpressednow:
    rcall    deccounter
rpressed:
rnotpressed:

    mov    last,current
    rjmp    main

timer2vec:
    rcall    postscaler
    reti

postscaler:
    dec    pcounter
    breq    postscaler1
    ret
postscaler1:
    ldi    pcounter,ptime
    rcall    invertdot
    ret

invertdot:
    push    r17
    push    r20
    in    r17,portb
    ldi    r20,0b00001000
    eor    r17,r20
    out    portb,r17
    pop    r20
    pop    r17
    ret

.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

dispcount:    ;counter    の値を表示
    ldi    ZH,high(startdata<<1)
    ldi    ZL,low(startdata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    dispcount1
    inc    ZH
dispcount1:
    lpm    r16,Z
    outport    dispb,portb
    outport    dispd,portd
    ret

inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,countmax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret
    
deccounter:
    cpi    counter,0
    breq    deccounter1
    dec    counter
    ret
deccounter1:
    ldi    counter,countmax-1
    ret

startdata:
    .db 0b10110111,0b00100100
    .db 0b01110011,0b01110110
    .db 0b11100100,0b11010110
    .db 0b11010111,0b00110100
    .db 0b11110111,0b11110110
    .db 0b11110101,0b11000111
    .db 0b10010011,0b01100111
    .db 0b11010011,0b11010001
enddata:

.equ    num_start_adr = startdata <<1
.equ    num_end_adr = enddata << 1
.equ    countmax = low(num_end_adr - num_start_adr)
.exit


;************
;*  演習9-1 *
;************
.cseg


.org    0x0000
    rjmp    reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org    INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi     r16,high(RAMEND)
    out     SPH,r16 
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16
.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
.equ    dispb = 0b00110111
.equ    dispd = 0b11000000
.equ    pullup    = 0b00110000

    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16
    ldi    r16,pullup
    out    portd, r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000111    ; normal mode, prescaler=1024
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16


.def    counter=r17
.def    pcounter = r18
.equ    ptime = 20
    ldi    pcounter,ptime
    clr    counter


.def    last = r14
.def    current = r15
    sei
main:
    rcall    dispcount
    in    current,PIND

    sbrc    last,PIND4
    rjmp    lpressed
    sbrs    current,PIND4
    rjmp    lnotpressed
lpressednow:
    rcall    inccounter
lpressed:
lnotpressed:

    sbrc    last,PIND5
    rjmp    rpressed
    sbrs    current,PIND5
    rjmp    rnotpressed
rpressednow:
    rcall    deccounter
rpressed:
rnotpressed:

    mov    last,current
    rjmp    main

timer2vec:
    rcall    postscaler
    reti

postscaler:
    dec    pcounter
    breq    postscaler1
    ret
postscaler1:
    ldi    pcounter,ptime
    rcall    invertdot
    ret

invertdot:
    push    r17
    push    r20
    in    r17,portb
    ldi    r20,0b00001000
    eor    r17,r20
    out    portb,r17
    pop    r20
    pop    r17
    ret

.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

dispcount:    ;counter    の値を表示
    ldi    ZH,high(startdata<<1)
    ldi    ZL,low(startdata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    dispcount1
    inc    ZH
dispcount1:
    lpm    r16,Z
    outport    dispb,portb
    outport    dispd,portd
    ret

inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,countmax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret
    
deccounter:
    cpi    counter,0
    breq    deccounter1
    dec    counter
    ret
deccounter1:
    ldi    counter,countmax-1
    ret

startdata:
    .db 0b10110111,0b00100100
    .db 0b01110011,0b01110110
    .db 0b11100100,0b11010110
    .db 0b11010111,0b00110100
    .db 0b11110111,0b11110110
    .db 0b11110101,0b11000111
    .db 0b10010011,0b01100111
    .db 0b11010011,0b11010001
enddata:

.equ    num_start_adr = startdata <<1
.equ    num_end_adr = enddata << 1
.equ    countmax = low(num_end_adr - num_start_adr)
.exit


;************
;*  演習9-1 *
;************
.cseg


.org    0x0000
    rjmp    reset
.org    OVF2addr
    rjmp    timer2vec
.org    INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi     r16,high(RAMEND)
    out     SPH,r16 
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16
.equ    onb    = 0b00111111
.equ    ond    = 0b11000000
.equ    dispb = 0b00110111
.equ    dispd = 0b11000000
.equ    pullup    = 0b00110000

    ldi    r16,onb
    out    ddrb, r16
    ldi    r16,ond
    out    ddrd, r16
    ldi    r16,pullup
    out    portd, r16

inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000111    ; normal mode, prescaler=1024
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16


.def    counter=r17
.def    pcounter = r18
.equ    ptime = 20
    ldi    pcounter,ptime
    clr    counter


.def    last = r14
.def    current = r15
    sei
main:
    rcall    dispcount
    in    current,PIND

    sbrc    last,PIND4
    rjmp    lpressed
    sbrs    current,PIND4
    rjmp    lnotpressed
lpressednow:
    rcall    inccounter
lpressed:
lnotpressed:

    sbrc    last,PIND5
    rjmp    rpressed
    sbrs    current,PIND5
    rjmp    rnotpressed
rpressednow:
    rcall    deccounter
rpressed:
rnotpressed:

    mov    last,current
    rjmp    main

timer2vec:
    rcall    postscaler
    reti

postscaler:
    dec    pcounter
    breq    postscaler1
    ret
postscaler1:
    ldi    pcounter,ptime
    rcall    invertdot
    ret

invertdot:
    push    r17
    push    r20
    in    r17,portb
    ldi    r20,0b00001000
    eor    r17,r20
    out    portb,r17
    pop    r20
    pop    r17
    ret

.macro    outport
    ldi    r20,@0
    and    r20,r16    
    in    r21,@1
    andi    r21,~@0
    or    r21,r20
    out    @1,r21
.endmacro

dispcount:    ;counter    の値を表示
    ldi    ZH,high(startdata<<1)
    ldi    ZL,low(startdata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    dispcount1
    inc    ZH
dispcount1:
    lpm    r16,Z
    outport    dispb,portb
    outport    dispd,portd
    ret

inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,countmax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret
    
deccounter:
    cpi    counter,0
    breq    deccounter1
    dec    counter
    ret
deccounter1:
    ldi    counter,countmax-1
    ret

startdata:
    .db 0b10110111,0b00100100
    .db 0b01110011,0b01110110
    .db 0b11100100,0b11010110
    .db 0b11010111,0b00110100
    .db 0b11110111,0b11110110
    .db 0b11110101,0b11000111
    .db 0b10010011,0b01100111
    .db 0b11010011,0b11010001
enddata:

.equ    num_start_adr = startdata <<1
.equ    num_end_adr = enddata << 1
.equ    countmax = low(num_end_adr - num_start_adr)
.exit

演習9-2


#define USE_TIMER_1     true
#include "TimerInterrupt_Generic.h"
const byte out7seg[]={6,7,8,9,10,11,12,13,0xff};
const byte pattern[]={
      0b11011110, //0
      0b10010000, //1
      0b11001101, //2
      0b11011001, //3
      0b10010011, //4
      0b01011011, //5
      0b01011111, //6
      0b11010000, //7
      0b11011111, //8
      0b11011011, //9
      0b11010111, //A
      0b00011111, //b
      0b01001110, //C
      0b10011101, //d
      0b01001111, //E
      0b01000111 //F
};
const byte button1=4;
const byte button2=5;
void write();
void setup() {
  for(byte i=0;out7seg[i]!=0xff;i++){
    pinMode(out7seg[i], OUTPUT);
  }
  pinMode(button1,INPUT_PULLUP);
  pinMode(button2,INPUT_PULLUP);
  ITimer1.init();
  ITimer1.attachInterruptInterval(500, vect);
  write();
}
void write7seg(byte x){
  for(byte i=0; i<8;i++){
    if(i==5)continue;
    digitalWrite(out7seg[i],(pattern[x]&1<<i)!=0);
  }
}
void vect(){
  blinkdot();
}
void blinkdot(){
  static bool dot=HIGH;
  digitalWrite(out7seg[5],dot^=1);
}
byte p=0;
void increase(){
  if(p>=sizeof(pattern)-1){
    p=0;
  }else{
    p++;
  }
  write();
}
void decrease(){
  if(p==0){
    p=sizeof(pattern)-1;
  }else{
    p--;
  }
  write();
}
void write(){
  write7seg(p);
}
void loop() {
  static bool prev1=HIGH;
  static bool prev2=HIGH;
  static bool now1=HIGH;
  static bool now2=HIGH;
  now1=digitalRead(button1);
  if(now1==HIGH && prev1==LOW){
    decrease();
  }
  prev1=now1;
  now2=digitalRead(button2);
  if(now2==HIGH && prev2==LOW){
    increase();
  }
  prev2=now2;
}

演習9-3

例9-8のプログラムに、従来のプログラム中にある inccount, dispcount を組み込むだけです。


;************
;*  演習9-3 *
;************

.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF0addr
    rjmp    timer0vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16
    ldi    r16,0xff
    out    ddrb, r16
initsleep:
    in    r16, smcr
    cbr    r16, 1<<sm0 
    cbr    r16, 1<<sm1
    cbr    r16, 1<<sm2
    sbr    r16, 1<<se
    out    smcr, r16
inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000001    ; normal mode, prescaler=1
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16

.def    pattern = r16

    ldi    pattern,0b11110111    ; pattern = 8
    out portb,pattern
.def    counter = r17
.def current = r18
.def    last = r19
     clr    counter    
    sei
main:
    rcall    setduty
    rcall    dispcounter

    in    current,PIND
    sbrc    last,PIND4
    rjmp    pressed
    sbrs    current,PIND4
    rjmp    notpressed
pressednow:
    rcall    inccounter
pressed:
notpressed:
    mov    last,current
    rjmp    main


timer0vec:
    push    r16
    in    r16,SREG
    push    r16
    rcall    duty
    pop    r16
    out    SREG,r16
    pop    r16
    reti
    .def    dutycounter = r20
    .def    dcycle = r21
    .equ    drate = 1
duty:
    inc    dutycounter
    cp    dutycounter,dcycle
    brcs    duty1
    clr    dutycounter
duty1:
    cpi    dutycounter,drate
    brcs    onstate
    rjmp    offstate
onstate:
    sbi    portb,3
    ret
offstate:
    cbi    portb,3
    ret

setduty:    ;counterの値に対応するduty比を設定
    ldi    ZH,high(startdutydata<<1)
    ldi    ZL,low(startdutydata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    setduty1
    inc    ZH
setduty1:
    lpm    dcycle,Z
    ret

inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,dutymax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret

startdutydata:
    .db    1,2,4,8,16,32,64,128
enddutydata:
.equ    duty_start_adr = startdutydata <<1
.equ    duty_end_adr = enddutydata << 1
.equ    dutymax = low(duty_end_adr - duty_start_adr)



.def work = r22
dispcounter:    ;counter    の値を表示
    ldi    ZH,high(startdata<<1)
    ldi    ZL,low(startdata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    dispcounter1
    inc    ZH
dispcounter1:
.equ    mask = 0b00001000
    cli
    in    work,portb
    andi    work,mask
    lpm    pattern,Z
    or    work,pattern
    out    portb,work
    sei
    ret


startdata:
    .db    0b01110111,    0b00010100    ;0,1
    .db    0b10110011,    0b10110110    ;2,3
    .db    0b11010100,    0b11100110    ;4,5
    .db    0b11100111,    0b00110100    ;6,7
    .db    0b11110111,    0b11110110    ;8,9
    .db    0b11110101,    0b11000111    ;A,b
    .db    0b01100011,    0b10010111    ;C,d
    .db    0b11100011,    0b11100001    ;E,F
enddata:
.equ    num_start_adr = startdata <<1
.equ    num_end_adr = enddata << 1


.exit


;************
;*  演習9-3 *
;************

.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF0addr
    rjmp    timer0vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16
    ldi    r16,0xff
    out    ddrb, r16
initsleep:
    in    r16, smcr
    cbr    r16, 1<<sm0 
    cbr    r16, 1<<sm1
    cbr    r16, 1<<sm2
    sbr    r16, 1<<se
    out    smcr, r16
inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000001    ; normal mode, prescaler=1
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16

.def    pattern = r16

    ldi    pattern,0b11110111    ; pattern = 8
    out portb,pattern
.def    counter = r17
.def current = r18
.def    last = r19
     clr    counter    
    sei
main:
    rcall    setduty
    rcall    dispcounter

    in    current,PIND
    sbrc    last,PIND4
    rjmp    pressed
    sbrs    current,PIND4
    rjmp    notpressed
pressednow:
    rcall    inccounter
pressed:
notpressed:
    mov    last,current
    rjmp    main


timer0vec:
    push    r16
    in    r16,SREG
    push    r16
    rcall    duty
    pop    r16
    out    SREG,r16
    pop    r16
    reti
    .def    dutycounter = r20
    .def    dcycle = r21
    .equ    drate = 1
duty:
    inc    dutycounter
    cp    dutycounter,dcycle
    brcs    duty1
    clr    dutycounter
duty1:
    cpi    dutycounter,drate
    brcs    onstate
    rjmp    offstate
onstate:
    sbi    portb,3
    ret
offstate:
    cbi    portb,3
    ret

setduty:    ;counterの値に対応するduty比を設定
    ldi    ZH,high(startdutydata<<1)
    ldi    ZL,low(startdutydata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    setduty1
    inc    ZH
setduty1:
    lpm    dcycle,Z
    ret

inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,dutymax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret

startdutydata:
    .db    1,2,4,8,16,32,64,128
enddutydata:
.equ    duty_start_adr = startdutydata <<1
.equ    duty_end_adr = enddutydata << 1
.equ    dutymax = low(duty_end_adr - duty_start_adr)



.def work = r22
dispcounter:    ;counter    の値を表示
    ldi    ZH,high(startdata<<1)
    ldi    ZL,low(startdata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    dispcounter1
    inc    ZH
dispcounter1:
.equ    mask = 0b00001000
    cli
    in    work,portb
    andi    work,mask
    lpm    pattern,Z
    or    work,pattern
    out    portb,work
    sei
    ret


startdata:
    .db    0b01110111,    0b00010100    ;0,1
    .db    0b10110011,    0b10110110    ;2,3
    .db    0b11010100,    0b11100110    ;4,5
    .db    0b11100111,    0b00110100    ;6,7
    .db    0b11110111,    0b11110110    ;8,9
    .db    0b11110101,    0b11000111    ;A,b
    .db    0b01100011,    0b10010111    ;C,d
    .db    0b11100011,    0b11100001    ;E,F
enddata:
.equ    num_start_adr = startdata <<1
.equ    num_end_adr = enddata << 1


.exit


;************
;*  演習9-3 *
;************

.cseg
.org 0x0000
    rjmp reset
.org    OVF0addr
    rjmp    timer0vec
.org INT_VECTORS_SIZE
reset:
    ldi    r16,low(RAMEND)
    out    SPL,r16
    ldi    r16,0xff
    out    ddrb, r16
initsleep:
    in    r16, smcr
    cbr    r16, 1<<sm0 
    cbr    r16, 1<<sm1
    cbr    r16, 1<<sm2
    sbr    r16, 1<<se
    out    smcr, r16
inittimer2:
    ldi    r16,0b00000000    ;normal mode
    sts    tccr2a,r16
    ldi    r16,0b00000001    ; normal mode, prescaler=1
    sts    tccr2b, r16
    ldi    r16, 0b00000001 ; enable interruption for overflow
    sts    timsk2, r16

.def    pattern = r16

    ldi    pattern,0b11110111    ; pattern = 8
    out portb,pattern
.def    counter = r17
.def current = r18
.def    last = r19
     clr    counter    
    sei
main:
    rcall    setduty
    rcall    dispcounter

    in    current,PIND
    sbrc    last,PIND4
    rjmp    pressed
    sbrs    current,PIND4
    rjmp    notpressed
pressednow:
    rcall    inccounter
pressed:
notpressed:
    mov    last,current
    rjmp    main


timer0vec:
    push    r16
    in    r16,SREG
    push    r16
    rcall    duty
    pop    r16
    out    SREG,r16
    pop    r16
    reti
    .def    dutycounter = r20
    .def    dcycle = r21
    .equ    drate = 1
duty:
    inc    dutycounter
    cp    dutycounter,dcycle
    brcs    duty1
    clr    dutycounter
duty1:
    cpi    dutycounter,drate
    brcs    onstate
    rjmp    offstate
onstate:
    sbi    portb,3
    ret
offstate:
    cbi    portb,3
    ret

setduty:    ;counterの値に対応するduty比を設定
    ldi    ZH,high(startdutydata<<1)
    ldi    ZL,low(startdutydata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    setduty1
    inc    ZH
setduty1:
    lpm    dcycle,Z
    ret

inccounter:
    inc    counter
    cpi    counter,dutymax
    breq    inccounter1
    ret
inccounter1:
    clr    counter
    ret

startdutydata:
    .db    1,2,4,8,16,32,64,128
enddutydata:
.equ    duty_start_adr = startdutydata <<1
.equ    duty_end_adr = enddutydata << 1
.equ    dutymax = low(duty_end_adr - duty_start_adr)



.def work = r22
dispcounter:    ;counter    の値を表示
    ldi    ZH,high(startdata<<1)
    ldi    ZL,low(startdata<<1)
    add    ZL,counter
    brcc    dispcounter1
    inc    ZH
dispcounter1:
.equ    mask = 0b00001000
    cli
    in    work,portb
    andi    work,mask
    lpm    pattern,Z
    or    work,pattern
    out    portb,work
    sei
    ret


startdata:
    .db    0b01110111,    0b00010100    ;0,1
    .db    0b10110011,    0b10110110    ;2,3
    .db    0b11010100,    0b11100110    ;4,5
    .db    0b11100111,    0b00110100    ;6,7
    .db    0b11110111,    0b11110110    ;8,9
    .db    0b11110101,    0b11000111    ;A,b
    .db    0b01100011,    0b10010111    ;C,d
    .db    0b11100011,    0b11100001    ;E,F
enddata:
.equ    num_start_adr = startdata <<1
.equ    num_end_adr = enddata << 1


.exit

演習9-4


#include <avr/sleep.h>
#define USE_TIMER_1     true
#include "TimerInterrupt_Generic.h"
const byte pattern[]={
            0b11011110, //0
            0b10010000, //1
            0b11001101, //2
            0b11011001, //3
            0b10010011, //4
            0b01011011, //5
            0b01011111, //6
            0b11010000, //7
            0b11011111, //8
            0b11011011, //9
            0b11010111, //A
            0b00011111, //b
            0b01001110, //C
            0b10011101, //d
            0b01001111, //E
            0b01000111 //F
};
const byte out7seg[]={6,7,8,9,10,11,12,13,0xff};
const byte dutydata[]={1,2,4,8,16,32,64,128,0xff};
const byte button1=4;
const byte button2=5;
byte counter;
byte dcycle;
void write();
void setup() {
  for(byte i=0;out7seg[i]!=0xff;i++){
    pinMode(out7seg[i], OUTPUT);
  }
  pinMode(button1,INPUT_PULLUP);
  pinMode(button2,INPUT_PULLUP);
  counter=0;
  ITimer1.init();
  ITimer1.attachInterruptInterval(1, vect);
  write();
}


#define drate 1
byte dutycounter;
void duty(){
  dutycounter++;
  if(dutycounter==dcycle){
    dutycounter=0;
  }
  if(dutycounter<drate){
    digitalWrite(11,HIGH);
  }else{
    digitalWrite(11,LOW);
  }
}

void vect(){
  duty();
}


void increase(){
  if(dutydata[counter]==0xff){
    counter=0;
  }else{
    counter++;
  }
  write();
}
void decrease(){
  if(counter==0){
    counter=sizeof(dutydata)/sizeof(dutydata[0])-1;
  }else{
    counter--;
  }
  write();
}
void write(){
  write7seg(counter);
}
void write7seg(byte x){
  for(byte i=0; i<8;i++){
    if(i==5)continue;
    digitalWrite(out7seg[i],(pattern[x]&1<<i)!=0);
  }
}

void setduty(){
  dcycle = dutydata[counter];
}
void loop() {
  static bool prev1=HIGH;
  static bool prev2=HIGH;
  static bool now1=HIGH;
  static bool now2=HIGH;
  setduty();
  now1=digitalRead(button1);
  if(now1==HIGH && prev1==LOW){
    decrease();
  }
  prev1=now1;
  now2=digitalRead(button2);
  if(now2==HIGH && prev2==LOW){
    increase();
  }
  prev2=now2;
}

坂本直志 <sakamoto@c.dendai.ac.jp>
東京電機大学工学部情報通信工学科

第 9 回 割り込み

本日の内容

9-1. プログラムの待機

マシン語

例9-1

C言語

例9-2

9-2. 割り込み

マシン語

例9-3

例9-4

演習9-1

C言語

例9-5

演習9-2

9-3. LED の明るさを変える(DUTY 比)

例9-6

C言語版

例9-7

C言語版

例9-8

C言語版

演習9-3

演習9-4

9-4. 演習の解説

演習9-1

演習9-2

演習9-3

演習9-4

第 9 回割り込み