PIC16F18313の基本動作から応用プログラムまでを学びます。

Numerically Controlled Oscillator (NCO)

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2021-12-18

16F18313 Numerically Controlled Oscillator (NCO1)があり、このモジュールを使うと周波数をきめ細かく調整できる発振器を構成することができます。
NCOは、20bit長の主レジスター（NCO1ACC)と20bitの加算器から成り立っており、NCO1_clk 入力のたびごとに、一定の値（NCO1INC)が主レジスターに加算されます。加算される値が小さければ、加算結果でOverFlow発生に時間がかかり、大きければすぐにOverFlowが発生します。OverFlow発生の繰り返し周波数は、以下の式で表されます。

Freq. Overflow =	NCO1 Clock Freq. x Increment Value
	2^20

NCOに関連するレジスター一覧を下表に示します。

＊注意＊
NCO出力は、PPS機能でピンを指定します。
NCO1INCL に書き込みを行うことで、NCO1INC のデータが INCBUF に転送されるため、NCO1INCU 及び NCO1INCH に値を書き込んだ後に NCO1INCL に値を書き込みます。

レジスタ	bit7	bit6	bit5	bit4	bit3	bit2	bit1	bit0
INTCON	GIE	PEIE	-	-	-	-	-	INTEDG
PIE2	TMR6IE	C2IE	C1IE	NVMIE	SSP2IE	BLC2IE	TMR4IE	NCO1IE
PIR2	TMR6IF	C2IF	C1IF	NVMIF	SSP2IF	BLC2IF	TMR4IF	NCO1IF
NCO1CON	N1EN	-	N1OUT	N1POL	-	-	-	N1PFM
NCO1CLK	N1PWS <2:0>			-	-	-	N1CKS <1:0>
NCO1ACCL	NCO1ACC <7:0>
NCO1ACCH	NCO1ACC <15:8>
NCO1ACCU	-	-	-	-	NCO1ACC <19:16>
NCO1INCL	NCO1INC <7:0>
NCO1INCH	NCO1INC <15:8>
NCO1INCU	-	-	-	-	NCO1INC <19:16>
RxyPPS	-	-	-	RxyTPPS <4:0> NCO1 は 29 : <11101>

レジスタ	BIT	名	説明	1	0
INTCON	7	GIE	全インタラプトの使用許可	許可	否
	6	PEIE	周辺機能インタラプトの使用許可	許可	否
PIE2	0	NCO1IE	NCO1 インタラプトを使用許可	許可	否
PIR2	0	NCO1IF	NCO1 フラグ	発生	未発生
NCO1CON	7	N1EN	NCOモジュールのOn/Off	ON	OFF
	5	N1OUT	(Read Only)NCO1 出力	1	0
	4	N1POL	NCO1 出力極性	不論理	正論理
	0	N1PFM	NCO1 出力モード	Pulse	FDC
NCO1CLK	7	N1PWS2	NCO1 Pulse Mode時の出力Pulse幅選択（x入力Clk) 000 = 1, 001 = 2, 010 = 4, 011 = 8, 100 = 16, 101 = 32, 110 = 64, 111 = 128,
	6	N1PWS1
	5	N1PWS0
	1	N1CKS1	NCO1 Clock 選択 00 = HFINTOSC (16 MHz), 01 = FOSC, 10 = CLC1OUT
	0	N1CKS0

NCOのプログラム例

NCOを利用した発振器プログラムを作成しました。SWを押す毎に、ドレミ・・・の方形波形をNCOから出力します。

＜回路図＞

＜プログラム＞

 /*************************************
  * File: NCO sample
  * System ClockはConfigで内部１MHzに設定
  * NCO を RA2 に出力
  * PIC16F18313
  * Created on 2021-12-18
  **************************************/

 #include <xc.h>
 #define _XTAL_FREQ 1000000      // delay_ms(x) のための定義
 #define SW  RA5                 // Push SW
 #define LED LAUA4               // LED

 // 音の高さを決める定数
  const int inc_tbl[] = {
 //    Do,    Re,   Mi,   Fa,   So,   Ra,  Si,   Do
     0x225,0x268,0x2B3,0x2DC,0x336,0x39B,0x40C,0x449
  };

 #pragma config FEXTOSC = OFF,RSTOSC = HFINT1  // HFINTOSC (1MHz)
 #pragma config CLKOUTEN = OFF,CSWEN = OFF,FCMEN = OFF
 #pragma config MCLRE = ON,PWRTE = OFF,WDTE = OFF,LPBOREN = OFF
 #pragma config BOREN = OFF,BORV = LOW,PPS1WAY = OFF,STVREN = ON
 #pragma config DEBUG = OFF
 #pragma config WRT = OFF,LVP = ON,CP = OFF,CPD = OFF

 void main(void) {
     char idx = 0;
     LATA   = 0;
     TRISA  = 0b101011;          // PortA5を入力に設定
     ANSELA = 0;                 // 全てのpinをデジタルに設定
     WPUA   = 0b111111;          // PortA入力に弱プルアップ

     // NCO 設定 ****************************************
     NCO1CLK = 0b00000001;       // Fosc (1 MHz)がクロック
     RA2PPS  = 29;               // RA2にNCO出力

     while(1){
         NCO1CON = 0b10000000;               // NCO ON FDCモード
         for(char i = 0;i < 8;i++){          // オクターブ（8回）繰り返し
             NCO1INCH = inc_tbl[i] >> 8;     // 　音階データをセット
             NCO1INCL = inc_tbl[i] & 0xFF;   // 　音階データをセット
             __delay_ms(500);                // 500ms演奏
         }
         NCO1CON = 0;                        // NCO OFF
         while(SW);                          // SWが押されるのを待つ
     }
 }