連続パルス波形の周期およびデューティ比の測定

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coskx

【１】　はじめに

この文書はAKI-H8/3048を用いたクロック波形の周期およびデューティ比の測定について解説している。
使用するのはＩＴＵｃｈ４のバッファを使用したインプットキャプチャである。ここではＩＴＵｃｈ４を用いたがＩＴＵｃｈ３でも同じことが出来る。
（ＩＴＵｃｈ０，１，２はバッファの機能がないので使えない）

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【２】　AKI-H8/3048による連続パルス波形の周期およびＨレベル区間長の測定

ある種のセンサはその出力を連続パルス波形（１と０が交互に出力される波形）で出力し，そのデューティ比で測定値を表現している。
デューティ比は「Ｈレベル区間長」／「パルス周期」であたえられる。
ここではＩＴＵｃｈ４のインプットキャプチャ機能を利用して，連続パルス波形の「Ｈレベル区間長」と「パルス周期」を測定している。
測定にはＣＰＵクロックをあるいはその分周クロックを用いて，測定対象の「Ｈレベル区間長」と「パルス周期」が何クロックにあたるかを計測する。

このプログラムで「Ｈレベル区間長」と「パルス周期」を測定するには，被測定波形をTIOCA4とTIOCB4に同時に与えなければならない。

ＩＴＵｃｈ４のインプットキャプチャ機能を利用した連続パルス波形の「Ｈレベル区間長」と「パルス周期」の測定

/********************************************************** ITU4でクロック信号のＨ区間デューティ比を測定する。 ITU4でinputcapture　（周期とＨ区間長さを測定） 設定 ITU4のインプットキャプチャ＋バッファを使用 TIOCAとTIOCBに同じ信号を入力 GRAは両エッジでインプットキャプチャ GRBは立上りでインプットキャプチャ インプットキャプチャBでカウンタクリア インプットキャプチャBで割り込み 割り込み時には 　BRAにHigh区間の長さが入る 　GRBに周期が入る この２つよりデューティ比がわかる                    Time Chart TIOCA  ______|~~~~~~~~~~|_____________|~~~~~~~~~~|___              ^P1        ^Q1           ^P2        ^Q2 TCNT         CLR > > up > > > > > > > CLR > > up > GRA          |  N at P1 |    N at Q1  |  N at P2 | BRA          |  N at Q0 |    N at P1  |  N at Q1 | GRB          |   N at P1              |  N at P2                 ^interrupt               ^interrupt **********************************************************/ #include "h8-01.h" /*clockindex   0:φ，1:φ/2，2:φ/4，3:φ/8*/ /*period      0.0625  0.125   0.250     0.5   [μsec]  */ /* 割り込みベクタ　IMIB4 41 0xA4-0xA7 入力端子 測定したい波形を，以下の２つの端子に入力する 　4 TIOCA4/TP10/PB2 CN1-18 　5 TIOCB4/TP11/PB3 CN1-19 */ /*デューティ比測定のための初期化*/ void initMeasDuty(int clockindex) {     ITU4.TCR.BIT.TPSC=clockindex; /*0:φ，1:φ/2，2:φ/4，3:φ/8*/     ITU4.TCR.BIT.CCLR=2; /*GRBのインプットキャプチャでカウンタクリア*/     ITU4.TIOR.BIT.IOA=7; /*GRAは立上／立下の両エッジでインプットキャプチャ*/     ITU4.TIOR.BIT.IOB=4; /*GRBは立上のエッジでインプットキャプチャ*/     ITU.TFCR.BIT.BFA4=1; /*GRA4とBRA4はバッファ動作*/     ITU4.TSR.BIT.IMFB=0; /*GRBコンペアマッチフラッグクリア*/     ITU4.TIER.BIT.IMIEB=1; /*IMFBフラグによる割込みを許可*/     ITU.TSTR.BIT.STR4=1; /*ITU4スタート*/ } #define readPeriod() (ITU4.GRB) #define readHigh() (ITU4.BRA) volatile unsigned short int period=9999; volatile unsigned short int high=0; main() {     unsigned short int oldperiod=9999;     unsigned short int oldhigh=0;     initSCI1();     SCI1_printf("\n\n\nDuty Ratio Measurement Program\n");     SCI1_printf("Connect inputline with both CN1-18 and CN1-19.\n");     SCI1_printf("unit: 0.0005msec\n");     SCI1_printf("Measurement Range: 0.5msec - 25msec\n");     initMeasDuty(3); /*clock:φ/8*/     E_INT();        /*CPU割り込み許可*/     while(1) {         if (period!=oldperiod||high!=oldhigh) {             SCI1_printf("high,period= %6u/%6u\n",high,period);             oldperiod=period;             oldhigh=high;         }     } } #pragma interrupt (int_IMIB4) void int_IMIB4() /*インプットキャプチャB割り込みルーチン*/ {     ITU4.TSR.BIT.IMFB=0; /*GRBコンペアマッチフラッグクリア*/     period=readPeriod();     high=readHigh(); }

割り込みベクタテーブル

;************************************************************************ ;interrupt vector table    IntTbl.src    Copyright (C) 2002 coskx ; 28 Aug 2002 ;　割り込みを使用する場合はここに割り込みベクトルを記述すること ;************************************************************************     .CPU 300HA     .IMPORT _int_IMIB4         .SECTION A,DATA,LOCATE=H'000000     .ORG H'0000A4  ; ITU4インプットキャプチャB割り込みベクタアドレス     .DATA.L _int_IMIB4     .END

【３】　AKI-H8/3048による連続パルス波形の周期およびＨレベル区間長の測定テストプログラム

「【２】」のプログラムの妥当性を検証するため，ITUｃｈ３からPWM連続波形を発生し，これの「Ｈレベル区間長」と「パルス周期」を測定することとした。測定中にシリアル接続されたPCのターミナルソフト（ここではハイパーターミナルを使用してテストした）でキー'D'，'U'の操作でITUｃｈ３のPWM信号のＨレベル区間長を変更して，動作確認を行なった。プログラムリストの後半は，実行結果である。
実行結果の測定値では，周期およびＨレベル区間長ともに，ITUｃｈ３が発生しているそれらと同じ値が得られている。

このプログラムを実行するときには次の３つの端子を結合する必要がある
（１）TIOCA4　測定用入力
（２）TIOCB4　測定用入力
（３）TIOCA3　PWM出力

ＩＴＵｃｈ４のインプットキャプチャ機能を利用した連続パルス波形の「Ｈレベル区間長」と「パルス周期」の測定 ITUch3で擬似的なPWMを発生している

/********************************************************** ITU4でクロック信号のＨ区間デューティ比を測定する。 またITU3で任意のデューティ比をつくり検証する ITU4でinputcapture　（周期とＨ区間長さを測定） ITU3でPWM（for debug） 設定 ITU4のインプットキャプチャ＋バッファを使用 TIOCAとTIOCBに同じ信号を入力 GRAは両エッジでインプットキャプチャ GRBは立上りでインプットキャプチャ インプットキャプチャBでカウンタクリア インプットキャプチャBで割り込み 割り込み時には 　BRAにHigh区間の長さが入る 　GRBに周期が入る この２つよりデューティ比がわかる                    Time Chart TIOCA  ______|~~~~~~~~~~|_____________|~~~~~~~~~~|___              ^P1        ^Q1           ^P2        ^Q2 TCNT         CLR > > up > > > > > > > CLR > > up > GRA          |  N at P1 |    N at Q1  |  N at P2 | BRA          |  N at Q0 |    N at P1  |  N at Q1 | GRB          |   N at P1              |  N at P2                 ^interrupt               ^interrupt **********************************************************/ #include "h8-01.h" /*clockindex   0:φ，1:φ/2，2:φ/4，3:φ/8*/ /*pwmmax                                   */ /*    10      0.625    1.25     2.5     5  [μsec]*/ /*    20      1.25     2.5      5      10  */ /*    50      3.125    6.25    12.5    25  */ /*   100      6.25    12.5     25      50  */ /*   200     12.5     25       50     100  */ /*   500     31.25    62.5    125     250  */ /*  1000     62.5    125      250     500  */ /*  2000    125      250      500    1000  */ /*  5000    312.5    625     1250    2500  */ /* 10000    625     1250     2500    5000  */ /* 20000   1250     2500     5000   10000  */ /* 50000   3125     6250    12500   25000  */ /* 割り込みベクタ　IMIB4 41 0xA4-0xA7 入力端子 測定したい波形を，以下の２つの端子に入力する 　4 TIOCA4/TP10/PB2 CN1-18 　5 TIOCB4/TP11/PB3 CN1-19 */ /*デューティ比測定のための初期化*/ void initMeasDuty(int clockindex) {     ITU4.TCR.BIT.TPSC=clockindex; /*0:φ，1:φ/2，2:φ/4，3:φ/8*/     ITU4.TCR.BIT.CCLR=2; /*GRBのインプットキャプチャでカウンタクリア*/     ITU4.TIOR.BIT.IOA=7; /*GRAは立上／立下の両エッジでインプットキャプチャ*/     ITU4.TIOR.BIT.IOB=4; /*GRBは立上のエッジでインプットキャプチャ*/     ITU.TFCR.BIT.BFA4=1; /*GRA4とBRA4はバッファ動作*/     ITU4.TSR.BIT.IMFB=0; /*GRBコンペアマッチフラッグクリア*/     ITU4.TIER.BIT.IMIEB=1; /*IMFBフラグによる割込みを許可*/     ITU.TSTR.BIT.STR4=1; /*ITU4スタート*/ } #define readPeriod() (ITU4.GRB) #define readHigh() (ITU4.BRA) /*検査用PWM出力*/ /*出力端子　2 ITOCA3/PB0    CN1-16*/ /*ITU channel3 でPWM出力*/ void initPWM3(unsigned short int pwmmax, int clockindex) {     ITU3.TCR.BIT.TPSC=clockindex;  /*内部クロックφでカウント*/     ITU3.TCR.BIT.CKEG=0;  /*立ち上がりエッジでカウント*/     ITU3.TCR.BIT.CCLR=1;  /*GRAのコンペアマッチでTCNTをクリア*/     ITU3.GRA=pwmmax-1;    /*GRAの値(GRB=GRAのときPWMが100%)をPWM_MAXに設定*/     ITU3.GRB=0;           /*GRBの値を0に設定(=PWM0%)パルス幅はこの値に依存*/     ITU.TMDR.BIT.PWM3=1;  /*ITUのPWMに使うchをPWMモードに設定*/     ITU3.TIOR.BIT.IOB=0;  /*TIOCBにPWM信号を出力しないように設定*/     ITU.TSTR.BIT.STR3=1;  /*カウントスタート(PWM信号が出力される)*/ } /*PWM出力*/ void outPWM3(unsigned int value) {     if (value) {         ITU3.TCR.BIT.CCLR=1;  /*GRAのコンペアマッチでTCNTをクリア*/         value--;         if (ITU3.GRA==value) value++;         ITU3.GRB=value;     } else {         ITU3.TCR.BIT.CCLR=2;  /*GRBのコンペアマッチでTCNTをクリア*/     } } volatile unsigned short int period=9999; volatile unsigned short int high=0; main() {     int keyhit;     unsigned short int pwmvalue=1000;     unsigned short int oldperiod=9999;     unsigned short int oldhigh=0;     initSCI1();     SCI1_printf("\n\n\nDuty Ratio Measurement Check Program\n");     SCI1_printf("Connect CN1-16,18,19.\n");     SCI1_printf("Key [D] decrease PWM duty ratio down to 10%%.\n");     SCI1_printf("Key [U] increase PWM duty ratio up to 90%%.\n");     SCI1_printf("pwmmax=2000\n");     initMeasDuty(3); /*clock:φ/8*/     initPWM3(2000, 3); /*clock:φ/8 1msec周期*/     outPWM3(pwmvalue); /*デューティ比1000/2000（50％）*/     E_INT();        /*CPU割り込み許可*/     while(1) {         if (period!=oldperiod||high!=oldhigh) {             SCI1_printf("pwm,high,period=%6d : %6u/%6u\n",pwmvalue,high,period);             oldperiod=period;             oldhigh=high;         }         if (0<(keyhit=chkgetCharSCI1())) {             switch (keyhit) {             case 'D':case 'd':                 if (200<pwmvalue) pwmvalue-=200;                 break;             case 'U':case 'u':                 if (pwmvalue<1800) pwmvalue+=200;                 break;             }             outPWM3(pwmvalue);             SCI1_printf("\n");         }     } } #pragma interrupt (int_IMIB4) void int_IMIB4() /*インプットキャプチャB割り込みルーチン*/ {     ITU4.TSR.BIT.IMFB=0; /*GRBコンペアマッチフラッグクリア*/     period=readPeriod();     high=readHigh(); } /************************************************************ Duty Ratio Measurement Check Program Connect CN1-16,18,19. Key [D] decrease PWM duty ratio down to 10%. Key [U] increase PWM duty ratio up to 90%. pwmmax=2000 pwm,high,period=  1000 :   1000/  2000 u pwm,high,period=  1200 :   1200/  2000 u pwm,high,period=  1400 :   1400/  2000 u pwm,high,period=  1600 :   1600/  2000 u pwm,high,period=  1800 :   1800/  2000 d pwm,high,period=  1600 :   1600/  2000 d pwm,high,period=  1400 :   1400/  2000 d pwm,high,period=  1200 :   1200/  2000 d pwm,high,period=  1000 :   1000/  2000 d pwm,high,period=   800 :    800/  2000 d pwm,high,period=   600 :    600/  2000 d pwm,high,period=   400 :    400/  2000 d pwm,high,period=   200 :    200/  2000 u pwm,high,period=   400 :    400/  2000 u pwm,high,period=   600 :    600/  2000 u pwm,high,period=   800 :    800/  2000 u pwm,high,period=  1000 :   1000/  2000 u pwm,high,period=  1200 :   1200/  2000 u pwm,high,period=  1400 :   1400/  2000 u pwm,high,period=  1600 :   1600/  2000 u pwm,high,period=  1800 :   1800/  2000 ************************************************************/

割り込みベクタテーブル

;************************************************************************ ;interrupt vector table    IntTbl.src    Copyright (C) 2002 coskx ; 28 Aug 2002 ;　割り込みを使用する場合はここに割り込みベクトルを記述すること ;************************************************************************     .CPU 300HA     .IMPORT _int_IMIB4         .SECTION A,DATA,LOCATE=H'000000     .ORG H'0000A4  ; ITU4インプットキャプチャB割り込みベクタアドレス     .DATA.L _int_IMIB4     .END