コンピュータ系実験Ⅲ 「ワンチップマイコンの応用」 第１週目

目的と実験の流れ PICと呼ばれるワンチップマイコンを用いて、計算機の基本的な動作について知ってもらう 実験は全４週で行う アセンブリ言語の演習 第２週：アセンブリ言語によるプログラミング 第３週：割り込みプログラムの作成 第４週：レポート提出＆筆記試験

講義資料 講義資料を以下のURLにて配布する 翌週の火曜日までにはその週の講義資料をアップロードするので、各自のノートPCにダウンロードしてから実験に臨むこと 実験室のネットワークは使用できません http://www.am.ics.keio.ac.jp/members/yomi/pic.html

マイコンとは？ マイクロコントローラ、マイクロコンピュータの略 家電製品などに組み込んで使用する小型のコンピュータのこと 性能も機能も限定されるが、簡素で安価という利点を持つ そのため、家電製品以外にも、教育目的などでも使用される

PICとは？ Peripheral Interface Controllerの略 その名の通り、 するために開発されたワンチップマイコン 回路を簡潔にすることができる

PIC外部とのデータの入出力のためのポート プログラムが格納されているメモリ 演算処理部 プログラムメモリ （EEPROM） メモリ （レジスタ 　ファイル） 入出力ポート 加算や減算、各種論理演算を行うブロック PICの動作設定、演算のための データ格納用メモリ

PICの特徴 ① プログラムメモリとしてEEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）を内臓 電気によってデータ（この場合はプログラム）を書き込み・消去可能なメモリ 1000回程度までならプログラムを自由に書き換えられる RISC（Reduced Instruction Set Computer）思想による設計 命令を単純化・固定長化して、パイプライン処理の効率を上げることで、性能向上を図るという考え方 PowerPC（IBM, Motorola）, SPARC（Sun Microsystems）など PICでは命令数が35と非常に少ない 逆の考え方に、CISC（Complex Instruction Set Computer）がある Pentium（Intel）など

RISCとCISC ① RISC 命令の単純化 命令の固定長化 CISC 命令の複雑化 命令が固定長でない １つの命令であまり複雑な処理を行わない 各命令が同じクロック数で終了 プロセッサの高クロック化が可能 同じ処理を行う場合、CISCに比べて命令数が増加する 命令の固定長化 必ず１サイクルで１命令ロード可能 パイプラインが乱れない CISC 命令の複雑化 １つの命令で複雑な処理を行う 命令によって要するクロック数が異なる プロセッサの高クロック化が難しい 同じ処理を行う場合、RISCに比べて命令数が少ない 命令が固定長でない 命令のロードに複数クロック要する場合がある パイプラインが乱れる

RISCとCISC ② 現在のRISCとCISCは互いの利点を取り込むことによって、その差異はあいまいとなっている RISC CISC 命令数の増加 複数命令同時実行などを取り入れたことにより、プロセッサ内部が複雑化 CISC プロセッサ内部でRISCに似た命令に変換して処理 （例）Pentium系プロセッサのμOPコード

PICの特徴② ハーバードアーキテクチャ これらの特徴の詳細、他の特徴に関しては実験書の３～１４ページを参照 データバスとプログラムバスが別になっているアーキテクチャ 全ての命令を１ワードで構成することが可能 つまり、１クロックで必ず１命令ロード可能 データバスとプログラムバスが共通のものをノイマン型アーキテクチャという 命令が複数ワードになることがある これらの特徴の詳細、他の特徴に関しては実験書の３～１４ページを参照

全ての命令を１ワードで構成 汎用計算機の世界ではデータは１バイト（=8bit）を基本として扱う 8bit, 16bit, 32bit, 64bit・・・（一般に２の乗数幅） 命令（プログラム）はそのプロセッサの設計によっては長さが8bit単位とは限らない PICでは12bit（ローレンジ）, 14bit（ミッドレンジ）, 16bit（ハイエンド） これを8bit幅のデータメモリに格納すると、２ワード分の領域が必要になる ハーバードアーキテクチャではプログラムメモリとデータメモリが異なるので、１命令を格納するのに１ワードで済む

本日の実験 １．部品のチェック ２．部品の特性の測定 ３．LED点灯回路の作成 ４．MPLABのインストール ５．アセンブリ言語の演習（16:10から）

１．部品のチェック 実験書P15の表３に示される部品が全部あるかどうか確認 足りないものがあれば、TAに申告して、補充する USB-シリアル変換ケーブル、PICライタは実際に使うときに貸し出すので、この時点では無くてOK 電源は2人で1個あればOK 足りないものがあれば、TAに申告して、補充する 終わったら、TAに報告

２．部品の特性の測定 以下の素子について、値を測定する 抵抗：4.7kΩと240Ωの抵抗の抵抗値をテスタで測定 LED：LEDに抵抗と電源を接続し、LEDが点灯することを確認する LEDのアノードとカソードを逆に接続して、点灯しないことも確認 ブレッドボード上で行う 電源：５Vに設定されているか確認 4.9V以下、または5.1V以上の場合はTAに調整してもらう 終わったら、TAに報告

抵抗値の測定 電源を使用せず、抵抗の各端子にテスタの端子を当てて測定する テスタは抵抗を測定する場合、テスタ内部の電源を使用して、“どの程度電流が流れるのか”を測定する 他の電源による電流が流れていると、正しい抵抗値を測定できない

LEDの動作確認 電源とLEDのみの回路で点灯確認を行わないこと 必ず抵抗を入れること LEDが壊れます Vcc オームの法則 　（電流）=（電圧）/（抵抗） に当てはめると・・・ 巨大な電流が流れることになる Vcc

３．LED点灯回路の作成 実験書P16図10、P17図11の回路を作成 １枚のブレッドボードに両方の回路を作成 PICのピン配置、LEDの向き等 配線用の線材が足りなくなったら、TAに補充してもらうこと 線材の色は実験書P17の注意書きに従うこと 引き出しの中に元から入っている配線は使用しないこと 作成し終わったら、TAに報告し、サンプルのPICを用いて動作確認

回路の配置 回路はブレッドボードを半分ずつ使用して作成する（縦でも横でも構わない） 図10 の回路 図11 図10 の回路 図11

ブレッドボードの注意点 矢印で示された部分はつながってないので、電源線とGND線をつなぐ必要がある

積層セラミックコンデンサについて 積層セラミックコンデンサはそれぞれのPICの電源とGNDを直接接続するように配置する（別に図のようにまたぐ必要は無い） 1 18 Vss（GND） 5 14 VDD（電源） PIC 9 10

電解コンデンサについて 電解コンデンサは電源付近に配置する ブレッドボードの電源コネクタに直接接続するのが一番確実

その他の作成のポイント LEDの配置 配線 PIC 適当に並べないこと 不必要に長い線材を使用しないこと 実験中に何度も取り外しを行うので、取り外しやすい配置にすること

４．MPLABのインストール TAからMPLABのファイル一式を受け取り、自分のノートPCにインストール USBメモリから自分のノートPCにコピーしてからインストールする USBメモリに入っているデータは全てコピーすること サンプルプログラム USB-Serial変換ケーブルのドライバ

実験書の訂正 実験書8ページのステータスレジスタの説明 下記の赤字の部分が訂正点 3bit目「SLEEP命令を実行すると０になる」 5～6bit目「（RP0,RP1）=10の場合にBank1, （RP0,RP1）=01の場合にBank2,」