第20回 MSP430™ LaunchPadでキッチンタイマを作ろう 〜ダイナミック点灯編〜：宮崎 仁のマイコン基礎の基礎

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　前回に引き続いて、最大99分50秒の時間を設定できるキッチンタイマを設計・製作します。マイコンボードは、テキサス・インスツルメンツ（TI）のMSP430™ LaunchPadバリュー・ライン開発キットを使用します。

ダイナミック点灯のハードウェア

図1　4桁7セグメントLED（ダイナミック点灯用、アノードコモン）

　このシステムでは、設定時間や残り時間を4桁（xx分yy秒）で表示するために、ダイナミック点灯用の4桁7セグメントLED表示器を使用します。ダイナミック点灯は、連載の第14回と第15回で紹介したスタティック点灯とはハードウェアもソフトウェアもかなり異なります。今回は、このダイナミック点灯の部分を作って動かしてみましょう。

　ダイナミック点灯用の7セグメントLEDを図1に示します。a〜g、DPの8本のセグメント信号は、内部でそれぞれ4個のLEDに接続されています。4桁を同時に点灯しようとすると、すべて同じ表示になってしまいます。しかし、各桁のLEDはそれぞれ独立のコモン信号D3〜D0をもっているので、1桁ずつ選択して点灯できます。例えばD3のセグメントデータを出力して、同時にD3のコモン信号だけを有効にすれば、D3のLEDだけを点灯させることができます。

　これをD3⇒D2⇒D1⇒D0⇒D3⇒……と繰り返すことによって、左から右へ1桁ずつ順次数字を表示することができます。この繰り返しの速度を速くしていくと、ちらつきながら4桁すべてが見えるようになり、ある程度以上の速さにすれば4桁すべてが同時に点灯して見えます。一般に、60Hz以上の周波数で繰り返せばちらつきは生じません。

図2　ダイナミック点灯回路

　図2に回路図を示します。今回のシステムではDPは表示しないので、セグメントデータ用としてP1.7〜P1.1の7ビットを割り当てています。また、桁選択用としてP2.3〜P2.0の4ビットを割り当てています。アノードコモンのLEDを使用しているので、桁選択信号をHighにして、セグメントデータ信号をLowにすれば該当するLEDが点灯します。

　なお、ダイナミック点灯では駆動電流に注意が必要です。セグメントデータは同時に1個のLEDしか駆動しないので、1個分の駆動電流が流せれば十分です。一方、桁選択は8個分（今回はDPを使用しないので7個分）の駆動電流が流れる可能性があります。

　この回路では、電流制限抵抗を470Ωとしているので、1個のLEDの駆動電流は約3.2mAであり、7個分だと約23mAになります。MSP430の汎用I/Oは最大駆動電流が±6mAなので、外部ドライバで電流を増幅する必要があります。ここでは、pnpトランジスタの2SA1015を4個使って、簡単なドライバ回路を作成しました。

クロックとタイマの検討

　連載の第15回ではタイマ割り込みを使用してLEDを点滅しましたが、システムのクロック周波数やタイマ周期は厳密に決めてはいませんでした。今回のシステムは1秒ごとにカウントダウンするキッチンタイマなので、そのあたりも検討してみましょう。

　まず、MSP430のシステムクロックは、外部発振器を使用することもできますが、一般的には内蔵DCO（デジタル制御発振器）で生成します。DCOは外付け部品不要で、レジスタに値を書き込むことによって発振周波数を設定できます。

　MSP430™ LaunchPadバリュー・ライン開発キットに搭載されているMSP430G2553の場合、16MHz、12MHz、8MHz、1MHzに設定するための値が、工場出荷時に不揮発メモリに書き込まれています。その値を用いて設定すれば、常温（周囲温度30℃）では±3％の発振精度が得られます。時計など、さらに高精度が必要な用途では、市販の水晶発振子やクロックモジュールを外付けすることになります。

　今回は、DCOで生成した16MHzクロックを、システムのマスタクロック（MCLK）およびタイマ用クロック（SMCLK）として使用します。

　次に、ダイナミック点灯用に使用するタイマを検討します。MSP430G2553はTimer0_A3とTimer1_A3の2つの16ビットタイマを搭載しているので、一方（ここではTimer0_A3）をダイナミック点灯用に使用します。1桁分のタイマ割り込み周期を4msとすれば、D3⇒D2⇒D1⇒D0の4桁分を16msで回すことができ、60Hz以上のダイナミック周波数になります。16MHzクロックをプリスケーラで8分周して2MHzクロックを生成し、それを2000カウントすれば、4msの割り込み周期が得られます。

ダイナミック点灯のソフトウェア

図3　ダイナミック点灯のテストプログラム

　ダイナミック点灯用のソフトウェア例を図3に示します。

　まず、初期設定ではP1.7〜P1.1およびP2.3〜P2.0を出力に設定し、他のポートは使用しません。また、DCO、Timer0_A3の初期設定を行って、タイマ割り込みを許可（イネーブル）します。

　ここでは、表示値を4個のint型の配列data[4]に、現在の選択桁をint型の変数digitにそれぞれ保存します。割り込みサービスルーチンでは、まずdigitを1減らします。配列から表示値data[digit]を読み出し、7セグメントのフォントに変換してP1.7〜P1.1に出力します。また、桁選択パターンP2.3〜P2.0に出力します。

※MSP430はTexas Instruments Incorporatedの商標です。その他すべての商標および登録商標はそれぞれの所有者に帰属します。

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