MTUでブザーを鳴らして、“あの”レベルアップ音を再現したい！：マイクロマウスで始める組み込み開発入門（9）（2/3 ページ）

[三月兎，MONOist]

　前回、スイッチを正確に制御するために「CMT（コンペアマッチタイマー）」を使ってチャタリング防止の割り込み処理を追加しました。今回は、CMTよりも高機能な「MTU（マルチファンクションタイマーパルスユニット）」を使います。

　Pi:Co Classicに搭載されているマイコン、「SH7125」に備わっている3つのタイマーの特徴を、SH7125のデータシートから抜き出して比べてみましょう（画像4）。いかがでしょうか。この表を見ると、機能の充実度合いから、MTUがSH7125で使用するタイマーの主力であることがよく分かります。

画像4　SH7125のタイマー機能（SH7125ハードウェアマニュアルより抜粋）

　MTUは、名前に“パルス”が入っていることでも分かるように、タイマーとパルス発生機能が密接に結び付いています。このおかげで、周期と電圧を保つ時間を設定すれば、CPUに負荷を掛けずに制御波形を出し続けてくれます。この機能を「PWMモード」といいます。

　SH7125のMTUには、「PWMモード1」と「PWMモード2」の2種類があります。今回は、周期を決めるレジスタとパルス幅を決めるレジスタを1組として、1つのPWMを生成するPWMモード1を使用します。これは、画像5のような動きをします。

画像5　PWMモード1の動作

　画像5のようなパルスをブザーに出力することで音が鳴ります。周期を制御するのに、PWMモードを使えば音階が調整できるのです。

　MTUが優れているのは、PWMのON／OFFの出力を直接ポートに出せる点です。ブザーが接続されている「PE6」をMTU出力に設定すれば、ON／OFFのパルスが出るので簡単にブザーの制御ができます。

	参考記事：
⇒	モータ制御などに使われるパルス信号って何？
⇒	モータ制御に欠かせない技術“PWM”って何？

MTUの初期化プログラム

MTUって、多機能なんですねぇ。ブザーを鳴らす以外に何ができるのか、ワタシはまだ見当もつかないんですけど……。

あのさ、「SH7125」のマニュアルは全部で690ページもあるって知ってるかな？

え〜っ。そんなにあるんですか！

そのうちの約200ページがMTUの解説なんだよ。つまり、それだけ重要な機能ってことだよね。

ワタシ、全部覚える自信ないかも……。センパイ、すごいー。

いや……。「えみちゃんと一緒に勉強する」って言ったじゃない。ボクもえみちゃんが来る前に、必死で予習しているんだよね。

いろんな機能があるから、実際にプログラミングしてハードウェアを動かしてみて……、必要なことから順番に覚えていけばいいと思うんだ。

（そうだったんだぁ……。）よーし、ワタシも頑張ろう！

うん。じゃあ、プログラムを組んでみよう!!

　それでは、いつものようにプログラムを作成していきましょう。まずは、ブザーを鳴らすために必要な準備をしていきます。「init.h」にMTU設定を追加します（ソースコード1）。

void init_mtu(void);                //MTU設定

ソースコード1　「init.h」にMTU設定を追加する

　次に「init.c」のI/Oポートの初期化部分に、ブザーのポート出力設定（ソースコード2）を追加し、MTUの初期化（ソースコード3）を新たに記述します。

void init_io(void)
{
 
  ……（中略）……
 
    //ブザー
    PFC.PEIORL.BIT.B6        = 1;    //PE6を出力に設定
    //ブザーMTU
    PFC.PECRL2.BIT.PE6MD     = 1;    //PE6をMTU端子に設定
}

ソースコード2　「init.c」の「init_io(void)」にブザーの設定を追加。「PE6」はマルチプレクサになっており、「1」を設定することでMTU端子に設定できる

　MTUは、設定項目が多く少し複雑になります。画像6とソースコード3を照らし合わせて、理解を深めてください。

画像6　MTUの設定項目と流れ

void init_mtu(void)
{
    //MTU2スタンバイモード解除
    STB.CR4.BIT._MTU2 = 0;
    //
    MTU2.TSTR.BYTE=0;                  //タイマー動作ストップ
    //ブザー用MTU
    MTU22.TCR.BIT.TPSC = 0;            //MTU22の動作クロックは24MHz
    MTU22.TCR.BIT.CCLR = 2;            //TGRBコンペアマッチでカウンタクリア
    MTU22.TIOR.BIT.IOB = 1;            //初期出力0コンペアマッチ0出力
    MTU22.TIOR.BIT.IOA = 2;            //初期出力0コンペアマッチ1出力
    MTU22.TGRA = 6000;
    MTU22.TGRB = 12000;                //発振周波数2kHz
    MTU22.TMDR.BIT.MD = 2;             //PWMモード1に設定
    //
    MTU2.TOER.BYTE=0xff;               //MTU出力端子を出力許可する
    //
    MTU2.TSTR.BIT.CST2 = 0;            //タイマーストップ
}

ソースコード3　「init.c」にinit_mtu関数を作成し、MTUの初期設定をする

　この設定で、以下のパルスが出力されます（画像7）。

画像7　ソースコード3で設定されるパルス出力

　全てのハードウェアの初期化を行うinit_all関数に、MTUの初期化を追加します（ソースコード4）。

void init_all(void)
{
 
  ……（中略）……
 
    init_mtu();            //MTUの初期化
}

ソースコード4　「init.c」のinit_all関数にMTUの初期化を追加

　そして、ブザーのON／OFFと音階の周波数をどこからでも呼び出せるように「common.h」へ定義しておきます（ソースコード5）。

//ブザー ON/OFF
#define BZ_ON           1                      //ブザー ON
#define BZ_OFF          0                      //ブザー OFF
//音階の周波数
#define BZ_FREQ_REST    0                      //休符
#define BZ_FREQ_LA0     440                    //ラ（A）の周波数
#define BZ_FREQ_SI0     494                    //シ（B）の周波数
#define BZ_FREQ_DO      523                    //ド（C）の周波数
#define BZ_FREQ_RE      587                    //レ（D）の周波数
#define BZ_FREQ_MI      659                    //ミ（E）の周波数
#define BZ_FREQ_FA      698                    //ファ（F）の周波数
#define BZ_FREQ_SO      784                    //ソ（G）の周波数
#define BZ_FREQ_LA      880                    //ラ（A）の周波数
#define BZ_FREQ_SI      988                    //シ（B）の周波数
#define BZ_FREQ_DO2     1047                   //ド（C）の周波数
#define BZ_FREQ_RE2     1174                   //レ（D）の周波数
#define BZ_FREQ_MI2     1318                   //ミ（E）の周波数
#define BZ_FREQ_FA2     1396                   //ファ（F）の周波数
#define BZ_FREQ_SO2     1568                   //ソ（G）の周波数
#define BZ_FREQ_LA2     1760                   //ラ（A）の周波数
#define BZ_FREQ_SI2     1976                   //シ（B）の周波数
#define BZ_FREQ_DO3     2094                   //ド（C）の周波数

ソースコード5　「common.h」に音階を定義。「ラ」を基準に2オクターブ＋2音を用意した

　これで、MTUでブザーを鳴らす初期設定が完了しました。