ＰＩＣの内蔵ＤＡＣ機能を動作させて見る

〔マイコン使用による電子部品の使い方に戻る〕

前の記事でマイコンによるＰＷＭの話とＤＡＣ専用ＩＣのＭＣＰ４９２２を使用した記事を書きました。
なのでＰＷＭ？ＤＡＣ？と言う人はまずそちらの記事を一読して下さい。

マイコンでのアナログ出力は大体PWM出力ですが、最近のPICにはDAC(Digital-to-Analog Converter)
モジュールを内蔵している物が有り、アナログ電圧を出力可能となっています。
ＤＡＣモジュールの出力は、外部ピン出力の他にコンパレータの正入力やＡＤＣの入力チャンネルにも
使用されます。
また、ＤＡＣは入力電圧を３２レベルの電圧レンジに切り替えて出力されます。
(16F1705は２５６レベルの電圧レンジとなります)

ＤＡＣのレジスタ等の操作は、どのＰＩＣでもほとんど同じ様に操作できますが、
若干ＰＩＣにより機能が有ったり無かったりします、その内容を下記一覧で纏めて見ました。
(一覧のＰＩＣ種類は私の手元に有る物だけですがぁ．．．．．．)

	正ソース電圧源			負ソース電圧源		出力	低電力電圧ステート
	VDD	VREF+	FVR	VSS	VREF-	DACOUT	DACLPS
12F1501	○	○		○		２個
12F1822	○	○	○	○		１個	○
16F1705	○	○	○	○	○	２個
16F1827	○	○	○	○	○	１個	○
16F18313	○	○	○	○	○	１個
16F1938	○	○	○	○	○	１個
18F25K22	○	○	○	○	○	１個	○

2個出力はDACOUT1とDACOUT2の２ピンから出力が出来ますが、同じ電圧値が出力されるだけです。

ＦＶＲとは

ＤＡＣは出力電圧を３２レベルで出力できますが、固定参照電圧(FVR)は出力レベルが
1.024V/2.048V/4.096V から選択でき、ADCの入力、コンパレータの正入力、DAC入力、
ＣＰＳモジュールの基準電圧として供給されます、尚、ＦＶＲは外部出力不可です。

《12F1822のDACピン構成》

ピン構成図

DACの出力するピンは、DACOUTで7番(RA0)ピンを使用します。
正ソース電圧源の6番(RA1)ピン VREF+ は今回使用せず、正ソースはVDDとします。
また、負ソースはVSSです。
尚、PICの１番ピンに電源+5V、８番ピンに電源GND(-)を接続しています。

《サンプルプログラム》

DACOUTの7番(RA0)ピンから約2Vを出力するのみのプログラムです。
尚、PICのシステムクロック(Fosc)は内蔵8MHzで行っています。

①MPLAB X(v2.15)を起動させます。　*2)

②下記がプログラムソースです、
　 MPLAB(R) XC8 C Compiler Version 1.32コンパイラを使用しています。　*2)
　プロジェクトを作成して新規ファイルにコピーペーストして貼り付けて下さい。

③コンパイルとＰＩＣ書き込みを実行して下さい。　*2)

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#include <xc.h>

// コンフィギュレーション１の設定
#pragma config FOSC     = INTOSC   // 内部ｸﾛｯｸ使用する(INTOSC)
#pragma config WDTE     = OFF      // ｳｵｯﾁﾄﾞｯｸﾞﾀｲﾏｰ無し(OFF)
#pragma config PWRTE    = ON       // 電源ONから64ms後にﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑを開始する(ON)
#pragma config MCLRE    = OFF      // 外部ﾘｾｯﾄ信号は使用せずにﾃﾞｼﾞﾀﾙ入力(RA3)ﾋﾟﾝとする(OFF)
#pragma config CP       = OFF      // ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑﾒﾓﾘｰを保護しない(OFF)
#pragma config CPD      = OFF      // ﾃﾞｰﾀﾒﾓﾘｰを保護しない(OFF)
#pragma config BOREN    = ON       // 電源電圧降下常時監視機能ON(ON)
#pragma config CLKOUTEN = OFF      // CLKOUTﾋﾟﾝをRA4ﾋﾟﾝで使用する(OFF)
#pragma config IESO     = OFF      // 外部・内部ｸﾛｯｸの切替えでの起動はなし(OFF)
#pragma config FCMEN    = OFF      // 外部ｸﾛｯｸ監視しない(OFF)

// コンフィギュレーション２の設定
#pragma config WRT    = OFF        // Flashﾒﾓﾘｰを保護しない(OFF)
#pragma config PLLEN  = OFF        // 動作クロックを32MHzでは動作させない(OFF)
#pragma config STVREN = ON         // スタックがオーバフローやアンダーフローしたらリセットをする(ON)
#pragma config BORV   = HI         // 電源電圧降下常時監視電圧(2.5V)設定(HI)
#pragma config LVP    = OFF        // 低電圧プログラミング機能使用しない(OFF)

// メインの処理
void main()
{
     OSCCON = 0b01110010 ;  // 内部クロックは8ＭＨｚとする
     ANSELA = 0b00000000 ;  // アナログは使用しない（すべてデジタルI/Oに割当てる）
     TRISA  = 0b00000000 ;  // ピンは全て出力に割当てる(RA3は入力専用)
     PORTA  = 0b00000000 ;  // 出力ピンの初期化(全てLOWにする)

     // ＤＡＣの設定(約2.0VをRA0から出力する)
     DACCON0 = 0b11100000 ; // VDD/VSSを使用、DACOUTピン(RA0)出力する
     DACCON1 = 13 ;         // 約2.0Vを出力( 5V*(13/2^5)=2.03125 )

     while(1) {
     }
}
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実行結果

このプログラム自体は設定のみなので、LED表示などの外部出力はないので何も変化は
無いですが、DACOUT(RA0)からは約2.0Vの電圧が出力されています。
尚、テスターで電圧を計測したら VDD=5.02V DACOUT=2.042V でした。

ＤＡＣ参照電圧出力

データシートに、”DACOUT を外部接続する場合、電流駆動能力が限られているため、下記図の様に
DAC 参照電圧出力にバッファを使う必要があります”、と書いて有ります。

ＤＡＣ参照電圧出力

16F1705にはオペアンプを２個内蔵しているのでバッファとして使用出来ます。
その辺の記事は、セッピーナさんの「PIC/16F1705のオペアンプをDACのバッファとして使ってみた」を
参照下さい。

レジスタの設定

18F25K22は、DACCON0がVREFCON1へ、DACCON1がVREFCON2にレジスタ名が変わります。
が、コンパイルはDACCON0/DACCON1でも通る様です。

12F1501の時DACOUT1/DACOUT2と２個出力が有るので、
DACCON0のDACCOE1(bit5)・DACCOE2(bit4)とそれぞれに割り当てられています。

16F1705の時DAC1OUT1/DAC1OUT2と２個出力が有るので、
DAC1CON0のDAC1COE1(bit5)・DAC1COE2(bit4)とそれぞれに割り当てられています。
尚、DACCON0がDAC1CON0へ、DACCON1がDAC1CON1にレジスタ名が変わります。

ＤＡＣＣＯＮ０の構成

ビット	７	６	５	４	３	２	１	０
機能	DACEN	DACLPS	DACOE		DACPSS			DACNSS

Bit 7：ＤＡＣＥＮ　　　ＤＡＣモジュールの有効無効指定ビット
　　　　　　　　　　　　１：モジュールを使用する
　　　　　　　　　　　　０：モジュールを使用しない

Bit 6：ＤＡＣＬＰＳ　　ＤＡＣ低電力電圧ステート選択ビット(PICによってはこのビットは有りません)
　　　　　　　　　　　　１：低電力状態時に＋側のソース電圧を選択し、－側は切る
　　　　　　　　　　　　０：低電力状態時に－側のソース電圧を選択し、＋側は切る

Bit 5：ＤＡＣＯＥ　　　ＤＡＣ電圧をピンに出力するのかを指定するビット
　　　　　　　　　　　　１：DAC電圧レベルをDACOUT ピンにも出力する
　　　　　　　　　　　　０：DAC電圧レベルをDACOUT ピンから切り離す

Bit 2-3：ＤＡＣＰＳＳ　＋側のソース電圧選択ビット(VSOURCE+)
　　　　　　　　　　　　　００：PIC接続の＋電源(VDD)を選択する
　　　　　　　　　　　　　０１：ＶREF+ ピン
　　　　　　　　　　　　　１０：PIC内蔵の固定電圧 FVR(1.024V/2.048V/4.096V)を選択する
　　　　　　　　　　　　　１１：予約済み(使用不可)

Bit 0：ＤＡＣＮＳＳ　　－側のソース電圧選択ビット(VSOURCE-)(12F1822にはこのビットは有りません)
　　　　　　　　　　　　　０：PIC接続のGND(VSS)を選択する
　　　　　　　　　　　　　１：ＶREF- ピン

※ 16F18313ではbit名称がDAC1となります、即ち"DACEN"なら"DAC1EN"と言った感じです。
　　但し、レジスタ名称は同じです。

ＤＡＣＣＯＮ１の構成

このレジスタで３２レベル(５ビット)の電圧レンジに切り替えます、なので０～３１を設定する。
出力する電圧の計算は、
　出力電圧 = ((VSOURCE+) - (VSOURCE-))*(DACCON1/(2^5)) + VSOURCE-
　VSOURCE+ = 5V　　VSOURCE- = 0V　　DACCON1 = 13　ならば　5V*(13/2^5)=2.03125V

16F1705では、
このレジスタで２５６レベル(８ビット)の電圧レンジに切り替えます、なので０～２５５を設定する。
出力する電圧の計算は、
　出力電圧 = ((VSOURCE+) - (VSOURCE-))*(DACCON1/(2^8)) + VSOURCE-
　VSOURCE+ = 5V　　VSOURCE- = 0V　　DACCON1 = 13　ならば　5V*(13/2^8)=0.25390V

おまけ

同じ電圧の一直線波形では面白くないので下記の様にプログラムを追加すると、

---------------------------------------------------------------------
#define _XTAL_FREQ 8000000    //  delay用に必要(この行は#include行の下にでも入れる)

     while(1) {
          for (int i=0 ; i < 32 ; i++) {
               DACCON1 = i ;
               __delay_us(10) ;
          }
     }
}
---------------------------------------------------------------------

　と、この様にのこぎり波形になっちゃいま～す。

　でもぉ、３２レベルの電圧切り替えしかないので本当に
　ギザギザのノコギリですけどね。

16F18313の記事追記(*3) 2016/11/22
MPLAB X用に記事変更(*2) 2015/10/30
16F1705の記事追記(*1) 2014/12/01