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ＰＩＣ１６Ｆ８７３のＣＣＰ機能

PIC16F873には特殊な機能としてＣＣＰ機能があります。これはキャプチャ(Capture)、コンペア(Compare)、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)の頭文字から採った名前です。PIC16F873はCCPモジュールを２つ持っています。

キャプチャ機能 外部からの信号が入力されたときにタイマー１の値を読み込む機能です。
周波数カウンターとか信号の周期時間などの計測に利用できます。
コンペア機能 CCPRxレジスタの設定値とタイマー１の値を比較する機能です。
周期的に割り込みを発生させる場合などに便利です。
ＰＷＭ機能周期的なパルスを発生させる機能です。パルス幅（デューティ）を変化させて外部回路を制御するのに使用します。


キャプチャおよびコンペアはタイマー１を使用して動作し、ＰＷＭはタイマー２を使用して動作します。
CCP1とCCP2は同時に動作させることができますが、両方ともタイマー１またはタイマー２を使用しているので、使用に際してはそれらを考慮する必要があります。両CCPの使用条件は以下のようになります。

CCP1CCP2制約条件
キャプチャキャプチャ タイマー１が共通です。
キャプチャした時点のタイマー値は異なりますが、同時に使用することができます。
キャプチャコンペア コンペア動作でタイマー１がクリアされます。
コンペアでタイマーがクリアされるので、CCP1でのキャプチャは使用しない方が良いです。
キャプチャＰＷＭタイマー１とタイマー２が別なので特に制約はありません。
コンペアキャプチャ コンペア動作でタイマー１がクリアされます。
コンペアでタイマーがクリアされるので、CCP2でのキャプチャは使用しない方が良いです。
コンペアコンペア いずれかのコンペア動作でタイマー１がクリアされます。
ですから、同時に使用することはできません。
コンペアＰＷＭタイマー１とタイマー２が別なので特に制約はありません。
ＰＷＭキャプチャタイマー１とタイマー２が別なので特に制約はありません。
ＰＷＭコンペアタイマー１とタイマー２が別なので特に制約はありません。
ＰＷＭＰＷＭタイマー２が共通なので同じ設定値で動作します。


CCP1用のレジスタ(CCPR1)は８ビットのCCPR1Lレジスタ(下位バイト）とCCPR1Hレジスタ(上位バイト)とで構成されています。CCP1の動作はCCP1CONレジスタで制御することができます。
コンペア（比較）モードで内容の一致が発生するとトリガ信号によりタイマー１がリセットされます。

CCP2用のレジスタ(CCPR2)も８ビットのCCPR2LレジスタとCCPR2Hレジスタで構成されています。CCP2の動作はCCP2CONレジスタで制御することができます。
CCP2の場合、コンペアモードで内容の一致が発生するとトリガ信号によるタイマー１のリセット動作はCCP1と同じですが、CCP2ではさらにA/Dコンバータを使用している場合にはA/Dコンバータをスタートさせます。

以下の説明ではCCP1を対象に説明をします。CCP2での違いは説明の中で記載しています。



キャプチャモード

キャプチャモードではRC2/CCP1ピン(pin13)の変化が発生したときにタイマー１の内容をCCPR1レジスタ(CCPR1HとCCPR1L)に取り込みます。RC2/CCP1ピンはTRISCレジスタにより必ず入力モードに設定する必要があります。出力モードに設定した場合、出力データの条件がキャプチャ条件になります。

変化検出には以下のようなタイプを指定することができます。これらの指定はCCP1CONレジスタのCCP1M0ビットからCCP1M3ビットまでの４ビットで指定することができます。

CCP1M3-0制御内容
0000CCPを使用しない
0100入力信号の立ち下がり毎にトリガ
0101入力信号の立ち上がり毎にトリガ
0110入力信号の４回目の立ち上がり毎にトリガ
0111入力信号の１６回目の立ち上がり毎にトリガ

キャプチャが行われるとPIR1レジスタのCCP1IFビットがセットされ、割り込みが発生します。CCP1IFビットは他の割り込みと同様にソフトウェアでクリアする必要があります。CCPR1にキャプチャされたデータを読む前に次のキャプチャが行われた場合、古いデータは無くなります。

キャプチャモードを使用する場合、タイマー１は必ず同期式のタイマーモードで動作させる必要があります。非同期の場合にはキャプチャ機能は動作しません。キャプチャモードを解除するときには誤動作を防止するためにPIE1レジスタのCCP1IEビットおよびPIR1レジスタのCCP1IFビットをクリアする必要があります。



コンペアモード

コンペアモードではCCPR1レジスタの内容とタイマー１(TMR1)の内容が常に比較されます。


内容が一致するとCCP1CONレジスタのCCP1M0ビットからCCP1M3ビットの内容により以下の動作をします。

CCP1M3-0制御内容
1000 一致時にRC2/CCP1(pin13)をＨレベルに設定
PIR1レジスタのCCP1IFビットが設定され、割り込みが発生
1001 一致時にRC2/CCP1(pin13)をＬレベルに設定
PIR1レジスタのCCP1IFビットが設定され、割り込みが発生
1010 RC2/CCP1ピンの状態は変化しない
PIR1レジスタのCCP1IFビットが設定され、割り込みが発生
1011 特殊トリガ信号を発生させる
RC2/CCP1ピンの状態は変化しない
PIR1レジスタのCCP1IFビットが設定され、割り込みが発生
CCP1の場合、タイマー１をリセット
CCP2の場合、タイマー１をリセットすると同時に、A/Dコンバータを起動

RC2/CCP1ピンはTRISCレジスタにより必ず出力モードに設定する必要があります。
コンペアモードを使用する場合、タイマー１は必ず同期式のタイマーモードで動作させる必要があります。非同期の場合にはキャプチャ機能は動作しません。



ＰＷＭモード
ＰＷＭ（Pulse Width Modulation)モードではCCP1(pin13)に連続的なパルス信号を出力することができます。

PWMモードを使用するためにはCCP1CONレジスタのCCP1M3ビットおよびCCP1M2ビットを１に設定します。

CCP1M3-0制御内容
11xxPWMモード

このモードではTRISCレジスタのCCP1に該当するビットを０にして出力モードにする必要があります。
パルスの周期はPR2の設定値、発振器の発振周波数、タイマー２のプリスケーラ値により決まります。
また、パルスのデューティ（Ｈレベルの時間）はCCPR1LレジスタおよびCCP1CONレジスタのCCP1XビットおよびCCP1Yビット、発振器の発振周波数、タイマー２のプリスケーラ値により決まります。
CCPR1Lレジスタの内容が上位の８ビットとして使用され、CCP1Xビットが第２ビット目、CCP1Yビットが第１ビット目として使用されます。デューティ制御の最小単位は発振器の周期時間です。10MHzの時には0.1ﾏｲｸﾛ秒になります。デューティの最大分解能力は1024です。
PWM周期よりデューティ時間を長く設定すると出力は常にＨレベルになります。PWMのデューティ指定を０に設定すると出力は常にＬレベルになります。
    PWM周期
    パルスの周期はTRM2とPR2が一致するまでの時間で、以下の式で計算できます。

    PWM周期
    = （PR2の値+1）x 4 x 発振器周期 x ﾀｲﾏｰ2のﾌﾟﾘｽｹｰﾗ値

    計算例１（10MHzでの最大周期）
      条件
        PR2 = 255
        発振器周期 = 0.1マイクロ秒 ( 10MHzクロック ）
        タイマー２のプリスケーラ値 = 16
    PWM周期= ( 255+1 ) x 4 x 0.1 x 10-6 x 16

    		= 1638.4 x 10-6

    		= 1.6384 x 10-3

    		= 1.6384 ㍉秒 （ = 610Hz ）

    計算例２（10MHzでの最小周期）
      条件
        PR2 = 0
        発振器周期 = 0.1マイクロ秒 ( 10MHzクロック ）
        タイマー２のプリスケーラ値 = 1
    PWM周期= 1 x 4 x 0.1 x 10-6 x 1

    		= 0.4 x 10-6

    		= 0.4 ﾏｲｸﾛ秒 （ = 2.5MHz ）


    PWMデューティ
    デューティ時間は出力パルスがＨレベルになっている時間で、以下の式で計算できます。

    PWMデューティ時間
    = ( CCPR1L+CCP1X+CCP1Y(10ﾋﾞｯﾄ) ) x 発振器周期 x ﾀｲﾏｰ2のﾌﾟﾘｽｹｰﾗ値

    計算例３（10MHzでの最大デューティ時間）
      条件
        CCPR1L+CCP1X+CCP1Y = 1023
        発振器周期 = 0.1マイクロ秒 ( 10MHzクロック ）
        タイマー２のプリスケーラ値 = 16
    PWMデューティ= 1023 x 0.1 x 10-6 x 16

    		= 1636.8 x 10-6

    		= 1.6368 x 10-3

    		= 1.6368 ㍉秒

    PWM周期の計算例１と比べるとPWM周期の1/1024だけ短い値になります。
    PWMデューティはPWM周期に対して1024分割の精度で制御できることが分かります。

    計算例４（10MHzでの最小デューティ時間）
      条件
        CCPR1L+CCP1X+CCP1Y = 1
        発振器周期 = 0.1マイクロ秒 ( 10MHzクロック ）
        タイマー２のプリスケーラ値 = 1
    PWMデューティ= 1 x 0.1 x 10-6 x 1

    		= 0.1 x 10-6

    		= 0.1 ﾏｲｸﾛ秒

    PWMデューティの最小値は発振器周期であることが分かります。

    CCPR1L+CCP1X+CCP1Yの内容はいつでも書き換えはできますが、内容が反映されるのは次の周期からです。
    PWMモードではCCPR1Hレジスタは読み出し専用になります。

    PWMモードの設定手順は以下のように行います。
    1. PWM周期をPR2レジスタに設定
    2. PWMデューティをCCPR1LレジスタおよびCCP1CONレジスタに設定
    3. CCP1(pin13)のモードをTRISCレジスタで出力モードに設定
    4. タイマー２のプリスケーラ値をT2CONレジスタに設定
    5. CCP1CONレジスタのCCP1M3ビットおよびCCP1M2ビットをPWMモード(11xx)に設定