AVRで遊んでみる。　2016.6.22

なぜAVRで遊んでみることにしたかは、後ほどゆっくり書くとして、
おもちゃを秋月電子で購入したので、早速遊んでみることにしました。
書き込み器はISP（In System Priograming)のものを使いました。
AVRはATMEGA328Pです。
早速動くように、ユニバーサル基板に５Vレギュレータを搭載した組み立てです。


こんな感じでまずは動作環境を整えます。

ソフトは

フリーで得られるAVR　ATUDIO7を導入しました。これって８００MBのサイズがあるので、最初のDLだけで数分かかってしまいます。
ソフトのインストールが終わったら、早速C言語で組んでみました。

いわゆるLEDチカチカではありませんが、Ｉ／ＯをＯＮ／ＯＦＦさせてみて、どの程度の速度で動くか試してみました。
ＣＰＵのクロックは水晶で１０ＭＨｚを用いたので、１サイクルは１００ｎＳになります。

まずは、もっともシンプルなプログラムです。
このプログラムならなんと４００ｎＳ（２．５ＭＨｚ）で動くようです。
すなわち４サイクルです。１命令１サイクルと高速です。
　
もっともシンプルなプログラム。　　　　　　　　　　　　１サイクル２．５ＭＨｚで動くようです。

一応、確認のためにＮＯＰ（Ｎo Operation)命令を４つ挿入して、確認です。
この４つの命令でサイクルは800nS（1.25MHz)になるはずですが、たしかに実測でも1.25MHzになっていますね。

　
４サイクル分のNOPを挿入。　　　　　　　　　　　１サイクル1.25ＭＨｚなので予想通りです。

PICで試してみましょう！　2016.6.25

遅いといわれるPICですが、ほんとうに遅いのか確認してみましょう。
いつもつかうSTANDARD版であるPIC16F886でプログラムを組んで、CCS-Cでコンパイルです。

PIC16F886では

　
まずは最短で動くプログラム作成です。　　　　　　　　　　　　　　　　　　１サイクルは625kHzです。

プログラムの動作サイクルは625kHzです。AVRでは2.5MHzでしたので、ほんとうに１／４の速度で動くようです。

PIC16F1938では？

もうすこし最近のPICだったらどうか試してみましょう。
使う石をPIC16F1938に変更して、再コンパイルして実行してみましょう。

を！PIC16F1938では2.5MHzサイクルで動きます。

なんと、PIC16F1938に置き換えるだけで４倍高速になりました。
これはコンパイルの効率が上がっているのかな？
それともPIC内部の処理が高速になっているのかな？
いづれにしても、PICも新しいものに変えると高速に動くことが確認できました。

こりゃ、AVRは使わなくてもいいかな？

んん。。。。

こんな投稿をいただきました。



確認も含めて詳しく調べてみましょう。

ちなみに、動作は10MHzの外部発振は共通です。
基本的なプログラムのヘッダーは次のようになっています。

ソース	PIC16F1938	PIC16F883
ソースコードはPIC16F1938もPIC16F883も同じです。	2.5MHz／4クロックサイクル コンパイルコード 001B: BCF 03.5 001C: BSF 06.0 001D: BCF 06.0 001E: GOTO 01C	625.6kHz/16クロックサイクル コンパイルコード 0018: MOVLB 02 0019: BSF 0D.0 001A: BCF 0D.0 001B: GOTO 019
	2.0MHz／５クロックサイクル	１サイクル　500kHz／20クロックサイクル
	１サイクル　1.666MHｚ／６クロックサイクル	１サイクル　416kHｚ/24クロックサイクル

単純な命令ばっかりです、PIC16F1シリーズはPIC16Fシリーズに比べてやっぱり早いようです。

PLLで内部クロックが４倍になっている？

マニュアルをみていると外部クロックもPLLで４倍で動くようにもみえます。
ということは最大で32MHzで動くPIC16F1シリーズなら、従来品の128MHz相当ってことかな？



もうすこし、詳しくみてみましょう。
PLLを動作させるかどうかはCONFIGURATIONのなかにPLLENビットがあります。




CONFIGURATION　WORD2が1733ということはPLLENはONですね。これをOFFにすれば、１／４になるのかな？

ということで、早速CONFIGURATIONビットを変更してテストです。
これでなぞは解けたような気がします。内部処理がPLLで４倍になっていたのですね。

　
　PLLEN＝ON　（2.5MHｚ）　　　　　　　　　　　PLLEN=OFF　（625ｋHz)

ちょっと気になる点が・・・・

動作がはやい分には問題ないのだけど、正確な時定数が必要な場合はdelay関数がつかえない（つかえるけど注意しないと）
ことになるので、この点は注意が必要です。

#use delay(clock=10MHz)
main() {
　　set_tris_b(0x00);
　　 while(1){
　　　　 output_high(PIN_B0);
　　　　delay_us(500);
　　　　 output_low(PIN_B0);
　　　　 delay_us(500);
　　}
}

ということで上記のように、500uSの遅延を２箇所いれて、1kHzの波形になるか確認してみましょう。

裏切られた・・・

発振周波数は4kHzです。ということはPLLの倍率がコンパイラが考慮を忘れている？

内部処理が４倍になっていますが、コンパイラがそれを考慮していない感じです。

周波数の定義値を変更してみましょう。

#use delay(clock=４0MHz)
main() {
　　set_tris_b(0x00);
　　 while(1){
　　　　 output_high(PIN_B0);
　　　　delay_us(500);
　　　　 output_low(PIN_B0);
　　　　 delay_us(500);
　　}
}

出力が1kHzの周期になりました。

とすれば、無事1kHzになりましたが、こりゃ絶対に間違いそうです。

水晶を27MHzに変えてみる。

PLLで内部で４倍になっているとして、どこまで早い水晶がつかえるのかな？
と思って27MHzの水晶に変更してみました。

#use delay(clock=27MHz)
main() {
　　set_tris_b(0x00);
　　 while(1){
　　　　 output_high(PIN_B0);
　　　　 output_low(PIN_B0);
　　}
}

１サイクル6.075MHｚ？

10MHzの水晶だと１サイクル2.5MHzだったので、27MHzになれば2.7倍の6.75MHｚになるはずですが、
6.075MHzどまりです。ということで、PLLの動作限界を超えているのかな？

他の水晶でも試してみましょう。
結果だけですが、下記の結果です。
おそらく２０MHｚくらいが限界なのかな？という感じです。

どうやら、その後のBSSの書き込みから内部がMAX３２MHｚなので、４倍PLLをつかう場合は
外部クロックは８MHｚが最大値になるようです。素子のオーバスペックに期待すれば20MHzでもいけそうですが、
これは危険ですね。
　
され、結論的には内部PLLのおかげでPIC16F1シリーズは高速にはなるけれど、性能的には従来のPIC16Fと同じ
ということでしょうね。プログラム領域が増えたことが結構助かるところかもしれません。

そういえば、DAC9018Dなんかは、プログラム領域が97％くらいまでいっていて、それ以上のコマンドを入れられなかった
ということがありますが、PIC16F1シリーズに帰れば、追加のコマンドがいれられそうです。

（つづく？）