実験テーマ29

●　実験テーマ29

「PIC32MXによる、オシロ実験_1」（トリガ方式：ポテンショレベルをAD変換）

■　2013.4.8
　　(1)　実験目的
　　　　①　PIC24Hと、PIC32MXのシステムクロック速度の違い（40MIPSに対し80MIPS）
　　　　　　で測定帯域がどこまで伸びるか実験してみる。
　　　　　　 PIC24Hの時と同じサンプリング＋バッファ処理方式（2分割のダブルバッファ）
　　　　　　でやってみる。
　　　　　　目標としては、SPIラインの観測が出来るように、100kHzのクロックが
　　　　　　 0.2ms/div（2uSサンプル）で、レベル低下なしに周期が確認できる程度に
　　　　　　表示できればと思っているのだが・・・・
　　　　　　まあ、100kHzの1サイクルは、10uSなので、2uSだと、1サイクル5データしか
　　　　　　サンプルできないのでサイン波は厳しいと思われるが。

　　(2)　実験環境整備
　　　　①　PIC32MXトレーニング基板使用。
　　　　　　ただ以下の改造が必要。
　　　　　a. 入力アンプ回路に、2ndOPアンプのZERO（オフセット）ポテンショを追加
　　　　　　（センターレベル固定とポテンショ設定を選べるように、DICピンを立てる。）
　　　　　b. AN1ピンに、トリガポテンショを追加
　　　　　　（これを切り離せる、DICピンも用意）
　　　　　c. 時間軸レンジ（サンプル周期）切替ロータリーDSW治具を追加
　　　　　　（プルアップは、MPU内蔵プルアップを使用）

■　2013.4.10
　　・とりあえず、PIC24Hの、AD設定条件そのままで、PIC32MXへ移植してみることにする。
　　・PIC24HJ12GP202と、PIC32MXの、ADCブロックは、ほぼ同じようである。
　　　またDMAを使わないで済みそうである。
　　　BUFとして最初から、ADBUF0～Fの16個のバッファが用意されている。

■　2013.4.11～　2013.4.12
　　・ここまで、PIC24Hと、PIC32MXのAD設定関係のレジスタ類を比較検討[済]
　　・この他、PIC24Hと異なるのは、たぶんADC割込み関数の記述だと思う。

■　2013.4.15
　　・一応ソース書き上げる。
　　・コンパイルエラー処理を行う。
　　→　CNENレジスタの構成が、PIC24Hと異なっていた。
　　　　 32bitあって、またマクロ名が異なる。
　　→　CNPU1は、NGで、CNPUEレジスタの、32bitしかない。
　　　　記述については、下位16bitしか使わないので、16bit表記でOK
→　これでコンパイルは通った。

■　2013.4.17
　　・PIC32MXトレーニング基板の改造が済んだので、今日は、100kHzサイン入力で前作の
　　　PIC24Hオシロの表示がどうなるか、まずリファレンス作りのため測定しようと思う。
　　→　自作FGの出力範囲＝ 10Hz～約10kHzまでが実用域（歪と、レベル低下を無視すれば、
　　　　～50kHz位まで）なので、100kHzサイン波は入力できない。（他にFGの持ち合わせ無）
　　→　そこで、秋月のLTC1799モジュールを利用して自作した、矩形波発生器（10k～30M）
　　　　を使うことにした。
　　→　これを使っての、PIC24Hオシロでの結果は以下の通り。
　　　　　①　100kHzでは、波形にならずレベルも極端に低下。
　　　　　②　30kHz位が実用限界

■　2013.4.18
　　・PIC32MXでのデバッグ開始
　　・とりあえず、PIC32MXで基本のオシロ動作をするか、おおざっぱに確認することにした。
　　→　まず、イニシャルメッセージの、"Start Oscillo"は表示OK
　　　　その後、XY軸が表示されない。
　　　　たぶん、AD割込みに入ってこないと思われる。
　　　　　①　まず、EOC待ちの手前までは、RUNしていることを、デバッグ用LEDにて確認
　　　　　②　AD割込みルーチンの頭で、デバッグ用LEDを点灯させ、プログラムを停止してみたが
　　　　　　　点灯しない。やはり、AD割込みにジャンプしてこないようだ。

　　・この想定原因としては、INT許可までの手順の誤りが考えられる。
　　　後閑氏の「PIC32MX活用ガイドブック」の手順（⑧～⑨）を、AD_ONの前に入れてみる。
　　　　⑧　AD1IFビットを一旦クリアして割込み要因をリセット
　　　　　→　mAD1ClearIntFlag();
　　　　⑨　AD1IP<2:0>と、AD1IS<1:0>でプライオリティレベルを設定
　　　　　→　mAD1SetIntPriority(7);
　　　　　　　 mAD1SetIntSubPriority(3);
　　　→　これらを追記してみたが、未だダメ
　　　→　こうなったら後は、ベクター割込み許可の記述が適当でないのかもしれない・・・・
　　　　　ベクターは、AD割込みしか使ってないと理解しているので、シングルベクター割込み許可の
　　　　　記述にしてあるのだが、マルチベクター割込み許可に記述を変更してみたら、AD割込みが
　　　　　入るようになった。（AD以外はタイマーも使っているが、PSとPRの設定だけで、割込みは
　　　　　使ってないので、シングルベクターでもよいはずと思っていたんだが・・・　まあ結果良しとしよう。）

　　・次に、1kHzサイン波を入力してみた。（1ms/divレンジ、0.3Vp-p入力）
　　→　ZERO及び、TRIGポテンショは効いているが、周期が正しく出ていない？
　　　　（若干速めに表示されてしまう）
　　→　たぶんT3のPR設定ミスだろうと思い、調査を始めた。

■　2013.4.19
　　・T3周期（サンプル周期）が合わない件の調査
　　＜調査事項＞
　　　①　そもそも自作FGの出力周波数は正しいか？
　　　→　Fカウンタにて正しいことを確認した。
　　　②　それでは、PIC32MXトレーニング基板上の、入力アンプの出力Fはどうか？
　　　→　これも、Fカウンタにて正しいことを確認した。
　　　③　AD割込み周期を測定すれば、T3周期が合っているか確認できるので、
　　　　　 AD割込み関数の頭に、ポートをトグルする記述を追加してチェックしてみた。
　　　→　最初、Fカウンタで測定したのだが、割込み処理が終わった後、メインの描画処理があるので、
　　　　　 ON/OFFサイクルの規則正しい繰返しにならず、正しく測定できなかったので、
　　　　　（まあ、よく考えれば最初から解ってることなのだが・・・）ソフトオシロ2にて確認することにした。
　　　→　1ms/div（10uSサンプル）時、AD割込み周期は、80uSになっていることが確認できた。
　　　　　ソフトオシロ2の、オーバーサンプル機能を使って、50uSレンジで見ているので、確かさは保障できない
　　　　　ので、念のため、10ms/div（0.1msサンプル）でも測定してみたら、0.8mSになっていることが確認
　　　　　できた。（2CH分（信号入力と、トリガ入力）を、各4回ずつサンプルするので、10uSサンプル時の
　　　　　 AD割込み周期は、10uS*4*2=80uSで正しい。）
　　　　　以下に、その時の測定波形を示す。

　　・T3割込みルーチンだけ、デバッグ用に作り、そこでトグル・フリーランさせて、Fカウンタで見れば確実なので
　　　別プロジェクトで、T3の設定周期（サンプル周期）精度を、Fカウンタにて確認してみる。
　　　（まあ、ソフトオシロ2の結果で殆ど問題ないのだが、精度までは判らないので・・やってみることに）
　　→　10uSサンプルで、ポートをトグルさせると、周期は2倍の20uSになるので、周波数は50kHzになる
　　　　はずである。
　　　　その測定結果は、自作の周波数カウンタで、49.961Hz（20.0156uS）であった。
　　　　つまり、サンプル周期は、20.0156/2= 10.0078uSで、0.0078uS（7.8nS）の誤差しか出てないことが判った。

　　・どうも検証の結果
　　　T3サンプル周期の設定に間違いはなく正確に出ているようなので
　　　AD割込み周期も正しいようである。
　　　ならば、時間軸の描画位置（固定）と、取得プロットデータ数による波形描画との関係に誤りがあるのか？？

　　・疑いたくないが、（意図的かもしれないので）後閑氏のPIC24Hのクロック設定の疑問が今でもある。
　　　PIC24Hのデータシートの説明通りに、後閑氏の設定はなっていないことが、前回の実験でも分かって
　　　いることから、このことで、描画との辻褄が合っているのかもしれない・・・・
　　→　ここで、PIC24Hオシロでも、T3周期の確認を行ってみることにした。

　　・ここで仮説を立てる。
　　　後閑氏の画面座標（時間軸）の、Xポジションの値：53及び、106は意図的かもしれないが、誤りと思われる。
　　　X= 50及び、X= 100が正しいと考える。
　　　（PIC24Hオシロで、うまく行っているのは、クロック設定が誤っていて、T3周期がズレそれで波形描画との
　　　辻褄が合っているのだと思われる。
　　　（または、オーバークロックにして意図的に、Xポジションを、ずらしているのかもしれないが・・・）

　　＜その理由＞
　　　※　条件として、1mｓ/div（10uSサンプル）で考えると
　　　　①　1mS= 1000uS/1サイクル
　　　　　　 AD割込み周期= 80uS
　　　　　　なので、1000u/80u= 12.5回、AD割込みが入って、波形1サイクル分のデータが揃うことになる。
　　　　②　8回のサンプル＋AD変換が完了すると、1回のAD割込みが入るように設定されているが
　　　　　　その内の4回が、入力信号（AN0）についてのサンプル＋変換（残り4回はトリガ入力いついての
　　　　　　サンプル＋変換）であるので、1回のAD割込みで得られる、AN0についてのデータは、
　　　　　　 4データである。
　　　　③　よって、1サイクルを描画するのに必要なデータ数は、
　　　　　　４データ　×　12.5回= 50データ
　　　　　　になる。
　　　　このことから、必然的に、最初の1サイクルのX座標位置は、X= 50になると考える。
　　　　（実際に、50データ分が、AD割込みで取得されるのは、13回目のAD割込みが入った時になる）

■　2013.4.20
　　・昨日の理由で、PIC32MXオシロの、時間軸の、X座標を、
　　　X= 53→　X= 50
Y= 106→ Y= 100
　　　に変更したら、波形周期と、時間軸がぴったり合うようになった。

　　・昨日やろうと思っていた、前作の、PIC24Hオシロについても、T3割込みだけのプロジェクトを、
　　　PIC32MX同様に作成し、サンプル周期が、どの程度ズレているか確認してみることにした。
　　→　結果は、Fカウンタによる実測で、52.5kHzであった。
　　　　つまり周期にすると、1/52.5kHz= 19.048uS
よって、T3周期（サンプル周期）としては、19.048uS/2= 9.524uS
　　　　だから、PIC32MXオシロでは、スケール上の波形周期が速く見えていたことになる。

　　→　さらにこの結果から、Fcyを逆算すると、（PIC24Hの場合本来は、40MHzになるはずだが・・・）
　　　　 T3分周器の設定値：n=400なので、システムクロックサイクル：Tcyは以下で求まる。
　　　　 Tcy × 400= 9.524u
∴ Tcy= 9.524uS/400= 0.02381uS= 23.81nS（本来は、25nS）
　　　　よって　Fcy= 1/23.81nS= 41.999MHz

　　→　この結果から、後閑氏のクロック設定値は、意図的にオーバークロック（40M→42M）にして、サンプル周期を
　　　　設定より若干速めにし、その分時間軸のX座標をズラして動かしていると考えられる。　　　　

　　＜補足＞
　　　※　PIC24Hのクロック設定（PLLDIVの設定）について
　　　　・PLLDIV<8:0>に設定した値そのものが、逓倍値ではなく、設定値＋2が設定値になるので、
　　　　　現在40としているのを、38（PLLFBbits.PLLDIV= 38;）にすれば、Fcy 40MHzになる。
　　　　　ちなみにこれでやると、T3割込みを使った、ポートトグル実験での、実測値は、50.002kHzになるので
　　　　　間違いない。

　　・ここで、PIC32MXオシロでの波形取りをして、PIC24Hオシロと比較してみた。
　　以下の通りで、実用的には変わらず、30kHz位だが、PIC32MXの方が、50KHzも含めてレベルは落ちてないし
　　　波形としてもややはっきり表示できている。
　　　また、100kHzもレベル落ちしていない。（ただこれじゃ100kHzはとても実用にならない。）
　　　この差は、Fcyの差というより、ADCの若干のスピードアップによるものが大きいと思われる。

■　2013.4.21
　　・これで、殆どPIC32MXへの移植実験は清んだが、思ったような高速化の成果は得られなかった。
　　・やはり少なくとも、0.2mS/div（2uSサンプル）レンジで、100kHzを矩形波入力でよいから、見れる
　　　形の波形表示にしたい。
　　※　一つの案が前からあって、
　　　　トリガを、現在のポテンショレベルをサンプル＋AD変換する方式から、2つの、TRG_UP、TRG_DWN
　　　　SWで、直接デジタル値を設定する方式に変更すれば、AN0のみの連続サンプル＋AD変換が可能
　　　　なので比較的きれいな波形になると考えている。
　　→　このテーマは、次回の「実験テーマ30」として、展開したいと思います。

　　＜最終回路図及び、ソース＞

　　　・回路図は、こちらからどうぞ→　PIC32MX_オシロ実験回路図
　　　・Cソースは、こちらからどうぞ→ Scope_PIC32MX.c

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