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はじめに　キーワード　LEDの輝度調整　プログラミング手法　ハードウェアによる制御方法　
サンプルプログラム（その１：点灯比率固定）　サンプルプログラム（その２：制御周期固定）　
サンプルプログラム（その３：割り込み）　サンプルプログラム（その４：ハードウェアPWM機能)　

おまけ（蛍風）　サンプルプログラムの問題点と対応 (04/19)　

■はじめに

■キーワード

Dutyが指定された場合は言葉の意味合いに確認が必要です。 　ハードウェアの都合でCPU端子～制御端子（LED素子）の間に反転回路が含まれるかもしれません。解釈を誤ると逆の結果が得られてしまうので回路図、もしくはハードウェア担当者に確認することが大切です。 　余談ですが、モーター物は一番解釈が難しいです。回路要因だけでなくメカ要因が加わります。歯車１つ加わると逆回転してしまいます。 　間違えて解釈すると機器を壊す恐れがあるので注意してください。

■LEDの輝度調整

■プログラミング手法

単純監視方式では点灯時間、消灯時間を単純に待機する方法です。タイムアウトを検出で直ちに点灯、消灯作業を行います。 　制御対象が１つであれば問題ありませんが、複数制御をおこなう場合、タイマ資源が少ない場合に使い勝手が悪くなります。

分割監視方式では時間間隔の共通約数をタイマの１単位とし、タイムアウト回数をカウントして真のタイムアウトを検出します。 　共通約数の設定次第で複数のPWM制御を実現、またPWM制御以外の用途にも応用することができます。

全体制御周期は安定しますが、タイムアウトを検出してから出力データを更新するまでの時間が安定しません。 　時間のズレは数十us以内ですが割り込み処理を併用すると数百usまで延びる可能性があります。割り込み禁止で回避できそうですが、根本的に準備時間の差は埋まりません。

出力すべき情報を予備情報として保持し、次のタイムアウト検出タイミングで出力ポートに出力します。 　タイミングが１周期ずれますが、以後の制御も１周期ずれるので結果としてズレの蓄積はありません。 　この方式でも割り込み処理併用時の問題は残ります。

■ハードウェアによる制御方法

上段がPWM制御機能で利用されるカウンタの値で下段が制御出力端子の状態です。 　0からスタートしたカウンタの値は定期的にカウントアップされ、Dutyに対応する値に達すると制御出力端子の状態を反転します。カウントは更に継続しCycleに対応する値に達すると再度制御出力端子の状態を反転すると共にカウンタの値は0に戻ります。

一般 　ハードウェアによるPWM制御ではなく、ソフトウェアによりPWM制御を行います。

直接接続 　PWM制御出力端子の許容電流が大きい場合に利用できます。

トランジスタ接続 　PWM制御出力端子の許容電流が小さい場合はトランジスタを接続してLEDに大電流を流せるようにします。

複数LEDのPWM制御 　複数のLEDのPWM制御を同時に行います。複数のLEDが同時点灯するのでトランジスタを接続して大電流を流せるようにしています。 　高輝度タイプのLEDであれば小電流でも点灯できるので、そのような場合はPWM制御出力端子に直接接続できる場合があります。

■サンプルプログラム（その１：点灯比率固定）

X1はGND、Y1は3.0Vを接続します。

初期設定後、以後は制御を繰り返す無限ループです構成です。 　タイマ０は1024usでタイムアウトする様に設定していますが、割り込みは使用しません。 　タイムアウト監視ではタイムアウトをポーリングで検出するだけです。 　タイマ０は動作を継続するので、次のタイムアウト前に再度監視を行うようにします。 　出力データは予め予備情報として用意し、タイムアウト直後に一括出力します。 　制御データはLED毎に専用の構造体に用意されます。 　３つのLEDをfor文ではなく個別演算していますが、これはアドレス計算（乗算）を抑止するためです。高性能なマイコンであればfor文で回しても良いと思います。

とりあえず左図の様な力技的な関数を用意しました。 　どちらかというとLEDを長周期点滅（ex.１秒周期）させる為の処理に近いです。 　この処理を約1msという周期で毎回行うのは気が引けるのですが、今回はサンプルということで　^ ^ ; 　そうそう。カウントの初期値は１です。０で突入はありません。

■サンプルプログラム（その２：制御周期固定）

LEDは左からLED0/LED1/LED2になります。 　点灯比率が高いほど輝度が高く見えます。 　デジカメ画像のプロパティを見ると撮影時の状況を確認することができます。今回の映像の場合、はシャッター速度は1/31sec（約32ms）でした。 　デジカメのシャッター速度が早すぎると消灯タイミングを撮影してしまう場合があるので注意してください。

なかなか綺麗に取れないのですが… 　縦向きにしたので、上から順にLED0/LED1/LED2になります。点灯比率は80%/40%/10%の順で、その長さの違いを見ることができます。 　デジカメの感度を低くすることでシャッター速度を下げました。今回の場合は結果的に1/4sec（250ms）です。 　手による往復運動でなので等加速度運動になっていませんが、およそ25個の点滅が見てとれます。

■サンプルプログラム（その３：割り込み）

■サンプルプログラム（その４：ハードウェアPWM機能）

各チャネルは、 　・Ch1がGP1（LED1のアノード）　…　ソフトウェア制御 　・Ch2がGP2（LED2のアノード）　…　ハードウェア制御 です。 　LED1の周期の中にLED2の周期が10個入っています。 　制御の開始点は合わせていません。

LED0（左）の制御周期10ms、点灯比率は10%。 　LED1（中）の制御周期10ms、点灯比率は50%。 　LED2（右）の制御周期 1ms、点灯比率は50%。 　LEDの向きが少し傾いているのですが… 　点灯比率が同じであれば輝度はほぼ同じです。 　なお、シャッター速度は1/29secでした。

前回と同様、上から順にLED0/LED1/LED2になります。 　一番下LED2は制御周期1msということもあり点滅状態を見分けることはできませんでした（汗 　シャッター速度は1/16sec（62.5ms）です。 　LED1を見ると点灯状態が６個と少し。シャッター速度との関係は良い感じです。 　コンパクトデジカメなのでシャッター速度を固定することができません。ので、次回も同条件で撮影することは困難です。 数でカバーするという話もありますが… orz

■おまけ（蛍風）

点灯周期の更新は4us単位ですが、実のところ制御レジスタの値をインクリメント、もしくはデクリメントしているだけです。 　制御周期固定で点灯周期を4us単位で変更すると微妙に輝度が変わるはずですが、使用するLEDの特性により輝度の状態は連続変化しない可能性もあります。

■サンプルプログラムの問題点と対応

これが最初の構成です。特に問題ありません。 　制御データを準備して、それを次回のタイムアウトのタイミングで出力する。 　うーん。理想的な方法じゃないですか。ははは… 　数日経過し、別項で複数LEDの制御を作っていて気がついた。 　制御データを準備する処理で出力データのバックアップ変数に直接書き込んでいる。 　もしかして、これはやばいかも… 　いや、今はいいのだけどね。将来的に問題がある。 　今はいいのだけどね…　大切な事なので２度言いました。

今回のサンプルプログラムで問題が起きないケースです。 　LED制御以外の出力ポートを操作する命令、ハードウェアを組み込んだ状態です。 　出力ポート操作は、ビット操作ではなく、一旦バックアップ変数を更新し、バイト操作で出力ポートに書き込む（これ自体はPICマイコン固有の操作かも…）を基本とします。 　出力ポートに書き込む操作は、左フローチャートでは黄色と青色の部位になります。 　この方法であれば問題が表面化しないのですよね。 　なぜならば、巡回の最終段でLEDの制御データを準備（緑色）しているからです。 　この方法であれば見た目のLEDの点灯、消灯周期は補償されます。 　プログラム修正前のLED制御タイミングと同じです。

今回のサンプルプログラムで問題が起きるケースです。 　動作条件は前述の変更と同じですが… 　LED制御以外の出力ポートを操作する部位（青色）がLEDの制御データを準備する部位（緑色）の後ろにあります。 　出力ポート操作がバックアップ変数を更新してからバイト操作で出力ポートに書き込む方法を踏襲した場合に問題が発生します。 　問題点は、 　バックアップ変数に対してLEDの制御データが書き込まれているため、次の出力データ更新を待たずにLEDの点灯、消灯の状態が書き変わってしまう。 です。 　おそらく、LEDの定周期制御が崩れて「ちらつき」が発生すると思います。