RXマイコンのソフト開発（５）ADCでバッテリーの電圧測定

RXマイコン（RX631）のソフト開発の５回目です。今回は、ADCでバッテリーの電圧を測定して、TeraTermで値を確認したいと思います。

今回の記事は、以下の資料を主に参考にしました。

苦しんでつくるマイクロマウス　前編

作者:takeyuta

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環境
バッテリーチェックの回路
プログラムフロー
プログラム
- メイン関数
- ADCの初期化
プログラムの実行
おわりに
参考文献

環境

パソコン: Windows10 64 bit
- 統合開発環境: e2studio 2021-01をインストール
- コンパイラ: Renesas CCRX v3.03.00をインストール
- 書き込みソフト: Renesas Flash Programmer V3.08.01（無償版）をインストール
ターゲットデバイス: R5F5631PDDFL（RX631 48ピン）

バッテリーチェックの回路

作成したバッテリーチェックの回路図は図２です。

SEN_BAT のポートは PE1/AN009 です。Lipoバッテリーの電圧を抵抗によって半分に分圧しています。その半分になった電圧をADCで測定します。

プログラムフロー

プログラムの処理の流れは図３です。

クロックの初期化とCMT0とSCI1の初期化を行って、ADCを初期化します。その後、メインルーチンに入り、スイッチの押し込みを検知したらバッテリーの電圧値を UART 送信します。

プログラム

重要なプログラム部分だけ示します。sci.c と sci.h を除いた全てのソースコードはGitHubの「5_adc」フォルダの中にソースコードがありますので、詳細を知りたい場合はご覧ください。

メイン関数

main.c：メイン関数のソースコード

#include "interface.h"
#include "sci.h"
#include "init_rx631.h"
#include "iodefine.h"

void main(void){
    unsigned short voltage;

    init_rx631();       // Overall Initialization

    while(1){
        if(g_sw_chg){   // Enter when SW is pressed
            g_sw_chg = 0;
            S12AD.ADCSR.BIT.ADST = 1;         // ADC start
            while(S12AD.ADCSR.BIT.ADST==1);   // wait for ADC completion
            voltage = S12AD.ADDR9*330*2/4095; // Convert to voltage
            sci_printf("voltage = %u.%u\n\r",voltage/100,voltage%100);
        }
    }
}

メイン関数では、RX631の初期化を行い、割り込み関数によってスイッチの押し込みフラグが立ったら、フラグを下げて、AD変換を行います。AD変換を開始したら、AD変換が完了するまで待ち、AD変換が完了したら、AD変換値から電圧値に変換します。その電圧値をsci_printfでUART送信します。

ADCの初期化

初期化関数のソースコードが以下です。ADC に関してはユーザーズマニュアルの p.1769「42. 12 ビット A/D コンバータ（S12ADa）」に記述があります。

init_rx631.c：初期化関数のソースコード

#include "init_rx631.h"
#include "iodefine.h"

/*** Function Declaration ***/
static void init_clock(void);
static void init_cmt0(void);
static void init_sci1(void);
static void init_adc(void);

/*---- RX631 Initialization ----*/
void init_rx631(void){
    SYSTEM.PRCR.WORD = 0xA503;  // Unprotect

    // MainCLK, SUBCLK and RTC Initialization
    init_clock();

    // CMT0 Initialization
    init_cmt0();

    // SCI1 Initialization
    init_sci1();

    // ADC Initialization
    init_adc();

    SYSTEM.PRCR.WORD = 0xA500;  // Reprotect
}

~略~

static void init_adc(void){

    MSTP(S12AD) = 0;               // S12AD Module Stop Release

    MPC.PWPR.BIT.B0WI     = 0;     // PFSWE bit write enable
    MPC.PWPR.BIT.PFSWE    = 1;     // PmnPFS Register write enable
    MPC.PE1PFS.BIT.ASEL   = 1;     // Used as an analog port
    MPC.PWPR.BYTE         = 0x80;  // Reprotect
    //PORTE.PMR.BIT.B1    = 1;     // set to Peripheral (2021/9/15 comment out)

    S12AD.ADCSR.BIT.CKS   = 3;     // PCLK/1
    S12AD.ADANS0.WORD     = 0x200; // conversion target:AN009
    S12AD.ADCSR.BIT.ADCS  = 0;     // single scan mode
}

ADCの初期化では、UARTの初期化と同様にモジュールストップ状態の解除と端子機能の変更を行います。端子機能の変更でUARTのときと少し違う点はアナログ端子として使用するので、PmnPFSレジスタのPSELではなく、ASELを変更している点です。

その後、以下のADCの設定を行います。

ADCSRレジスタのCKSビットを３にして、分周比を１とする。
ADANS0レジスタを0x200にして、AN009を変換対象とする。
ADCSRレジスタのADCSビットを０にして、シングルスキャンモードにする。

連続スキャンモードというのもありますが、連続でAD変換する必要はないので、シングルスキャンモードにします。

また、ソフトウェアトリガでAD変換を開始するので、ADCSRレジスタのEXTRGビットやTRGEビットは”０”、”１”どちらでも構いません。

補足：はじめ、 ADCSRレジスタのCKSビットを０（分周比：８）にしていたのですが、そうするとAD変換結果が必ず4095になってしまいました。CKSビットを３にすることでこの現象が治りました。原因は不明ですが、基板のほうに問題があるのかもしれません。

追記（2021/9/15）：マニュアルp.764「22.4.3 アナログ機能を使う場合の注意事項」に「アナログ機能を使用するときは、ポートモードレジスタ（PMR）の当該ビットを “0”、ポート方向レジスタ（PDR）の当該ビットを “0” にし、当該端子を汎用入力ポートにしてから、Pmn 端子機能制御レジスタの端子機能選択ビット（PmnPFS.ASEL[1:0]）を “1” にしてください。」とありますので、PMRレジスタの設定はコメントアウトしました。

プログラムの実行

スイッチを押すたびに、図４のようにバッテリーの電圧値が表示されるようになりました。

おわりに

今回でAD変換ができました。次の記事では、赤外線LEDと赤外線センサーを使ってみたいと思います。

環境