ＰＩＣ−パソコン間シリアル通信　ＰＩＣ送信テスト（その１）

シリアル通信の動作を実感してみよう！

通信ボーレートの選択
「シリアル通信機能」のSPBREGレジスタの解説項目で表３．SPBRGの設定値とボーレートを参照してください。例としてボーレートを９６００ｂｐｓに設定します。表３−１の低速モードや、表３−２の高速モードがありますが、ここでは高速モードの９６００ｂｐｓを選択します。クロック周波数が２０ＭＨｚの場合は、低速モードより高速モードの方がエラーレートが小さいためです。したがって、高速モードの場合のSPBREGは、８１Ｈに設定すればよいことが分かります。
（注）MicroChip社のデータシートは、SPBREGの設定表示は１０進数(decimal)になっていますので注意してください。


ＴＸＳＴＡレジスタ（Bank1）の設定
「シリアル通信機能」の制御用レジスタの解説項目でTXSTAレジスタを参照してください。

TXSTAレジスタの内容の決定

• bit7：　クロック選択指定ビットですが、非同期モードでは無関係です。
  　　　　　とりあえず、CSRC＝「０」とでもしておきます。
• bit6：　9 ビット送信モード指定ビットです。TX9＝「０」で８ビット送信を選択します。
• bit5：　送信許可指定ビット、TXEN＝「１」として許可します。
• bit4：　USART モード選択ビット、SYNC＝「０」で非同期モードにします。
• bit3：　機能なし（とりあえず「０」とでもしておく）
• bit2：　高速ボーレート選択ビット　前述のボーレートの設定で
  　　　　　高速モードに指定したので、　BRGH＝「１」として高速を選択します。　
• bit1：　送信レジスタステータスビット（初期設定は「０」としておく）
• bit0：　送信データの第９ ビット（初期設定は「０」としておく）

ということで、TXSTA→Ｂ’００１００１００’　（２４Ｈ）


ＲＣＳＴＡレジスタ（Bank０）の設定
「シリアル通信機能」の制御用レジスタの解説項目でRCSTAレジスタを参照してください。

RCSTAレジスタの内容の決定

• bit7：　シリアルピン指定ビットで、SPEN＝「１」でシリアルポートを許可します。
• bit6：　9 ビット受信モード指定ビットです。RX9＝「０」で８ビット受信を選択します。
• bit5：　シングル受信許可指定ビットですが、非同期モードでは無関係です。とりあえず、SREN＝「０」とでもしておきます。
• bit4：　連続受信許可ビット、CREN＝「１」で連続受信を許可にします。
• bit3：　アドレス検出許可ビットです。ADDEN＝「０」でアドレス検出はしません。
• bit2：　フレーミングエラーステータスビット。（初期設定は「０」としておく）
• bit1：　オーバーランエラーステータスビット（初期設定は「０」としておく）
• bit0：　受信データの第９ ビット（初期設定は「０」としておく）

ということで、RCSTA→Ｂ’１００１００００’　（９０Ｈ）


ハード側の接続について
図１に示すように、ＰＩＣの「RC6/TX」及び「RC7/RX」端子は、ＭＡＸ２３２を介してＲＳ２３２Ｃへ接続します。まず、通信のテストを行う前にMAX232周りの電圧チェックをします。MAX232の電源ピン（１６ピン）は＋５Ｖです。２ピンはＩＣ内で昇圧されて約＋１０Ｖ、逆に６ピンは約−１０Ｖになっていることを確認してください。MAX232周りのコンデンサの容量は１０μＦですが、アナログデバイス社のADM232AANを使えば、０．１μＦ程度の小容量でも動作可能です。また、MCLR端子周りには、リセット・スイッチを付けておきます。

図１．ＰＩＣシリアル送信の動作テスト回路

シリアル送信動作の確認プログラム（１）
図２にシリアル送信のフローチャートを示します。
プログラムの解説については、「プログラムの説明（１）」の項をご参照ください。

図２．シリアル送信プログラム（１） フローチャート

（注）以下に示すプログラムには、ホームページ画面作成の都合上、空白として全角文字のスペースなどが挿入されています。したがって、下記プログラムリストをそのままコピーしてＭＰＬＡＢのソースファイルとされた場合には、エラーとなることがあります。

→ここをクリックして、下記のプログラムをダウンロードするようにしてください。
　　ファイル名：「tx_1.asm」　サイズ３．７６ｋバイト

→ここをクリックして、下記のオブジェクトファイルをダウンロードするようにしてください。
　　ファイル名：「tx_1.hex」　サイズ３２０バイト

【プログラムの説明（１）】
このプログラムについて、順を追って解説を加えておきましょう。


（１）プロセッサの種別指定
定義の仕方は「PROCESSOR」か「LIST」命令を使って設定します。ここで指定するプロセッサ名称は、パッケージの種類を示すサフィックス（最後の英記号の部分）は不要です。

　　　PROCESSOR　　PIC16F877
　　　　または
　　　LIST　　P=PIC16F877

（２）標準ヘッダーファイルのインクルード
標準ヘッダーファイルとは、各プロセッサが持っているＳＦＲ（Special Function Register）をラベル（記号）で使える様にするため、ラベルとハードウェアの場所とを定義しているファイルです。標準ヘッダーファイルは　「プロセッサ名．INC」というファイル名で統一されて、MPLABのディレクトリに格納されています。従って、これのインクルード方法は下記のようにして行います。
一度、参考までに標準ヘッダーファイルの内容をエディタ等で見ておくことをお勧めします。

　　　INCLUDE 　　　P16F877.INC
　　　　または
　　　#INCLUDE　　　P16F877.INC

（３）変数定義とレジスタ割付
レジスタファイルアドレスを指定するときに、アドレス数値を直接指定することもできますが、数値だけでは間違いも多く、プログラム自身も分かりにくくなってしまいます。そこで、ＥＱＵ命令などを使ってラベルを設定し変数を定義します。レジスタファイルアドレスは、７ビットあるので、００〜７Ｆまで最大１２８個のレジスタが指定できますが、実際に物理的に実装されて汎用的に使用できるレジスタ数はデバイスによって異なっていますので注意が必要です。
ＰＩＣ１６Ｆ８７７の汎用レジスタのアドレスは、２０Ｈ〜７ＦＨ
となっていますので、２０Ｈ以降のアドレスに割り付けます。

（４）プログラムの開始番地の指定
「ORG」はプログラムの開始番地を指定する擬似命令で、ORG以下の実際のプログラム命令が格納されるプログラムメモリ内の位置（アドレス）を指定します。

　　　ORG　　0　　;0番地から格納することを示します。

コンピュータは一般に電源投入時やリセットをすると必ず0番地からスタートするようになっているので、0番地には必ず命令があることが必要です。

（５）Bank 1 へ切替
PICには各種の動作モードを設定するための Special Register と呼ばれるものが用意されています。PICを動作させるためには、まずこのSpecial Registerの設定から始めます。そしてそれらは全て、Register File と呼ぶメモリとして用意されています。その Register Fileは Bank0, Bank1, Bank2, Bank3 とよばれるアドレス空間をもっているため、多少アクセスの仕方が面倒です。つまりRESET後の通常はBank0となっているので、Bank1側のレジスタにアクセスするときはBankの切替えをしてからとなります。またBank0とBank1に同じ物があるときにはどちらでも同じ様に使えます。
Bank1へ切り替える方法ですが、「STATUS」レジスタにある２ビットのRP0、RP1を変えてBankを指定します。デフォルトは、Bank0です。表１にＢａｎｋとＲＰ１，ＲＰ０ビットとの関係を示します。Bank1へ切り替えるためには、ＲＰ０ビットを「１」にします。（ＲＰ１はデフォルトで「０」なので変える必要はない。）

　BSF　　　　STATUS,RP0
「ＳＴＡＴＵＳ」レジスタのＲＰ０ビットを「１」にする。

（６）RC7/RX（入力），RC6/TX（出力）
シリアル通信の入出力ポートとして、受信入力ポート(RC7/RX)と、送信出力ポート(RC6/TX)を使います。他のＲＣポートは使いませんので、とりあえず入力に設定しておきます。したがって、ＲＣ６のみ出力設定にします。
ということで、Ｂ’１０１１１１１１’　（ＢＦＨ）をＷｒｅｇにロードする。


（７）PORTC の設定
Ｗｒｅｇの内容をTRISCレジスタに上書きする。


（８）PORTB 全ポートを出力に設定
ＴＲＩＳＢレジスタを、ＣＬＲＦ（ｆレジスタをゼロクリアする命令）で出力設定とします。

　CLRF　　　TRISB
「ＴＲＩＳBレジスタをゼロクリアする。すなわち、ＰＯＲＴＢ全ポートを出力に設定する」
PORTＢにはＬＥＤが接続されており、送信状態に入ったときの確認のために、点灯するようにしています。


（９）8BIT,送信許可,非同期,高速，TXSTA レジスタの設定
「シリアル通信機能」の制御用レジスタの解説項目でTXSTAレジスタを参照してください。

TXSTAレジスタの内容

• bit7：　クロック選択指定ビットですが、非同期モードでは無関係です。
  　　　　　とりあえず、CSRC＝「０」とでもしておきます。
• bit6：　9 ビット送信モード指定ビットです。TX9＝「０」で８ビット送信を選択します。
• bit5：　送信許可指定ビット、TXEN＝「１」として許可します。
• bit4：　USART モード選択ビット、SYNC＝「０」で非同期モードにします。
• bit3：　機能なし（とりあえず「０」とでもしておく）
• bit2：　高速ボーレート選択ビット　前述のボーレートの設定で高速モードに指定したので、　
  　　　　　BRGH＝「１」として高速を選択します。　
• bit1：　送信レジスタステータスビット（初期設定は「０」としておく）
• bit0：　送信データの第９ ビット（初期設定は「０」としておく）

ということで、TXSTA→Ｂ’００１００１００’　（２４Ｈ）


（１０）ボーレート 9600bps (20MHz：高速設定時), SPBRG レジスタの設定
「シリアル通信機能」のSPBREGレジスタの解説項目で表３．SPBRGの設定値とボーレートを参照してください。ボーレートを９６００ｂｐｓに設定します。表３−１の低速モードや、表３−２の高速モードがありますが、ここでは高速モードの９６００ｂｐｓを選択します。クロック周波数が２０ＭＨｚの場合は、低速モードより高速モードの方がエラーレートが小さいためです。したがって、高速モードの場合のSPBREGは、８１Ｈに設定すればよいことが分かります。
（注）MicroChip社のデータシートは、SPBREGの設定表示は１０進数(decimal)になっていますので注意してください。


（１１）Bank 0 へ戻す
Ｂａｎｋ１での設定が終了した後は、Ｂａｎｋ０に戻しておきます。Bank1へ切り替えるためには、ＲＰ０ビットを「０」にします。（ＲＰ１はデフォルトで「０」なので変える必要はない。）

BCF　　　　STATUS,RP0
「ＳＴＡＴＵＳ」レジスタのＲＰ０ビットを「０」にする。すなわち、Ｂａｎｋ０に戻す。」


（１２）シリアル,8BIT,継続受信許可，RCSTA レジスタの設定
「シリアル通信機能」の制御用レジスタの解説項目でRCSTAレジスタを参照してください。

RCSTAレジスタの内容の決定

• bit7：　シリアルピン指定ビットで、SPEN＝「１」でシリアルポートを許可します。
• bit6：　9 ビット受信モード指定ビットです。RX9＝「０」で８ビット受信を選択します。
• bit5：　シングル受信許可指定ビットですが、非同期モードでは無関係です。
  　　　　　とりあえず、SREN＝「０」とでもしておきます。
• bit4：　連続受信許可ビット、CREN＝「１」で連続受信を許可にします。
• bit3：　アドレス検出許可ビットです。ADDEN＝「０」でアドレス検出はしません。
• bit2：　フレーミングエラーステータスビット。（初期設定は「０」としておく）
• bit1：　オーバーランエラーステータスビット（初期設定は「０」としておく）
• bit0：　受信データの第９ ビット（初期設定は「０」としておく）

ということで、RCSTA→Ｂ’１００１００００’　（９０Ｈ）


（１３）11111111 を Wreg にロードし、
　　　PORTBへWregのデータを出力(LEDの全点灯）
ここで、レジスタの初期設定が終了し、送信状態に入ったことを確認するため、 PORTB の LED を全点灯させるようにします。

（１４）1秒のウエイトを入れる
PORTB の LED の点灯時間を１秒間に設定します。ここでは、遅延サブルーチンを使っています。

（１５）00000000 を Wreg にロードし、
　　　　PORTBへWregのデータを出力(LEDの消灯）
点灯していたＬＥＤを消灯させ、送信開始の状態に入ったことを知らせます。


（１６）Bank 1 へ切替

TXSTAＬレジスタは、Ｂａｎｋ１にありますので
Ｂａｎｋを切り替える必要があります。
送信レジスタステータスビット（TRMT）の状態を確認するため、 TXSTAレジスタのあるBank1へ切り替えます。


（１７）送信可能であるかチェック（1:可能, 0:禁止）
　　　　禁止であれば LPTX のラベル間を繰り返す
TXSTAレジスタの送信レジスタステータスビット（TRMT）の状態をチェックします。
送信が可能であるとすると、TRMTが「１」となり、次の命令で分岐されます。
BTFSS 　　TXSTA,TRMT
「TXSTA」レジスタのTRMTビットが「１」だったら次の命令をスキップし、ループから抜けます。
GOTO　　　LPTX
ただし、送信が禁止の間は、「TXSTA」レジスタのTRMTビットが「０」のままですので、LPTXラベルへ戻ってループを繰り返します。

（１８）Bank 0 へ戻す
「TXSTA」レジスタの送信レジスタステータスの内容を確認したら、Ｂａｎｋ０に戻しておきましょう。


（１９）送信データ'A' を Wreg にロードする
ここでは、例として「 A 」という１文字をパソコン側へ送信します。


（２０）TXREGレジスタを通してシリアル出力
Wregに格納してあったデータを、TXREGレジスタにロードすることで、データがシリアル出力されます。

（２１）送信終了
送信が終了したら、「END_LP」ラベル間をループさせておしまい。



シリアル送信動作の確認
上記のプログラムを、ＰＩＣＷＷで書き込んでおきます。次にAcknowrichを起動し、ボーレートを9600bpsに設定します。図３にシリアル通信前のAcknowrich表示画面を示します。ＲＳ２３２Ｃに接続すると、CTSが点灯します（黄色に表示されます）。これは、CTSの信号線がHi状態になっていることを示しています。

図３．シリアル通信前のAcknowrich表示画面

それでは、PIC側でリセットスイッチを押してみましょう。PortBに接続したLEDが、１秒間点灯した後に、文字が送信されます。このとき、Acknowrich側では、画面右下の「ＲＤ」が一瞬点灯して通信ログエリアに文字が表示されます。図４にPICから文字が送信されたときの、Acknowrich表示画面を示します。プログラムの方で、’Ａ’と設定していましたので、Acknowrichの方でもＡという文字が出ればＯＫです。

図４．PICから文字が送信されたときの、Acknowrich表示画面

トラブルシューティング


ＲＳ２３２Ｃのケーブルに注意
ストレート型を使うこと！！

ＲＳ２３２Ｃのケーブルも要チェックです。ＲＳ２３２Ｃのケーブルには、図５のように、ストレート型、クロス型があります。ストレート型は、コンピュータとモデムなどを接続するもので、TXDどうし、ＲＸＤどうしが接続されています。一方、クロス型はコンピュータとコンピュータなどを接続する場合などに用いられるケーブルで、ケーブル内でＴＸＤとＲＸＤが入れ替わっています。したがって、使用するにあたっては、必ずテスターなどでケーブルの結線を点検する必要があります。

図５．ＲＳ２３２Ｃケーブルの種類

ストレート型のＲＳ２３２Ｃケーブルを用いていて、文字が表示されなければ、もう一度配線をチェックしてみてください。
なお、Acknowrich側の設定ですが、ボーレート以外には特に変更せずとも動作します。
また、ＰＩＣをリセットしたときに、ＰｏｒｔＢのＬＥＤが１秒間点灯するはずですが、点灯しない場合にはリセット周りの接続や、ＰｏｒｔＢ周りの接続が問題です。また、リセットを何回か押してみて、ＲＤが一瞬点灯するならば、ＰＩＣ側からデータが送信されています。ＰＩＣのプログラムでは、１秒間のＷＡＩＴを入れています。ＷＡＩＴを省略した場合には、文字化けをすることがあります。リセット後は、少なくとも数１０ｍｓ程度のＷＡＩＴを入れておく必要があるようです。


次へは、シリアル送信テスト（２）です。

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