8bit PICで10分！ミニUSB I/Oデバイスの制作

EUSARTを用いたUSBシリアル通信の基本

CDC（Communication Device Class）を利用

ミニUSB I/Oデバイスをパソコンと接続し，データの送受信を行うためには，EUSART（Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）を利用したシリアル通信の実装が不可欠です．EUSARTは，8bit PICマイコンに搭載されている通信モジュールであり，非同期通信（UART）や同期通信（SPI/I$^2$C）を扱うことができます．

USBシリアル通信の設定

EUSARTをUSB経由でパソコンと通信させるためには，USB CDC（Communication Device Class）を活用することで仮想COMポートとして認識させることが可能です．以下に，EUSARTの主要な設定項目を示します．

1. 通信速度（Baud Rate）：19200bpsに設定
2. データサイズ：8ビットまたは9ビットを選択可能
3. 割り込みの有効化：バッファ・サイズ指定が必要
4. 標準入出力関数（STDIO）の有効化
5. 送受信ピン（TX/RX）の設定

ボーレート（Baud Rate）は，通信の安定性を考慮しながら設定する必要があります．19200bpsでは安定した通信が可能ですが，高速化が求められる場合は57600bpsや115200bpsも選択できます．

受信データの処理と応答

パソコン側から送信されたデータを受信し，適切な応答を行うには，EUSARTの受信関数と送信関数を利用します．以下の処理を実装することで，指定の文字を受信した際に異なる応答を返すことができます．

1. 開始時に"Command = "と表示
2. 受信文字が'A'または'a'のとき：ASCII文字'A'から'Z'までを送信
3. 受信文字が'N'または'n'のとき：ASCII文字'0'から'9'までを送信
4. そのほかのとき："???"を送信

このように，受信データに応じて異なる応答を返すことで，シンプルなコマンド・インターフェースを構築できます．

ボーレートと通信速度の関係

ボーレートとは

ボーレート（Baud Rate）とは，1秒間に転送されるシンボル（信号変化）の数を指します．EUSARTにおいては，ボーレートの設定が通信の安定性に大きく影響を与えます．

ボーレートとビットレートは異なる概念ですが，一般的なシリアル通信では1シンボルが1ビットに対応するため，ボーレート=ビットレートとして扱われることが多いです．

ボーレートと誤差の影響

EUSARTを利用する際，マイコンのシステム・クロックとボーレートの設定値の間には誤差が生じることがあります．この誤差が大きい場合，通信が不安定になり，データの破損が発生する可能性があります．

一般的なボーレートと誤差の例を以下に示します．

1. 9600bps：誤差 0.16%
2. 19200bps：誤差 0.08%
3. 57600bps：誤差 0.64%
4. 115200bps：誤差 0.96%

通常，誤差が1%未満であれば実用上問題ありませんが，高速通信時には誤差が影響するため注意が必要です．

適切なボーレートの選択

ボーレートを選択する際には，以下の点を考慮することが重要です．

1. 通信相手（パソコンやほかのマイコン）が対応するボーレートを選択
2. 通信誤差が許容範囲内であることを確認
3. 高いボーレートでは安定動作を保証するためにシステム・クロックの設定を適切に行う

19200bpsは，誤差が少なく，汎用的に利用されるため，初心者向けの設定として推奨されます．〈著：ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

著者紹介

• 1971年　東北大学　工学部卒　大手通信機メーカにて制御機器開発に従事
• 1996年　ホームページ「電子工作の実験室」を開設
• 2003年　有限会社マイクロチップ・デザインラボ設立　代表取締役 計測制御システムコンサルタント，書籍執筆　セミナ講師
• 2012年　神奈川工科大学　工学部　客員教授

著書

1. "［VOD/KIT/Book/data］ラズパイPico W×ChatGPT APIで学ぶ 会話型IoTエッジ開発，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD/KIT］PICマイコン オールイン1日学習キット ，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD/Pi KIT］ラズベリー・パイで学ぶLinux＆Pythonプログラミング超入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD/Pi KIT］ラズパイ×Node-REDで作ろう！IoTアプリ開発入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. 電子工作のための PIC16F1ファミリ活用ガイドブック，技術評論社．

参考文献

1. ［VOD/KIT］STM32マイコン＆Wi-Fiモジュールで学ぶ C/C++プログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD/KIT］M5Stack Core2付き！ESP32で学ぶPython＆Arduinoプログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD/KIT］STM32マイコン＆Wi-Fiモジュールで学ぶ C/C++プログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD/KIT］M5Stackで一緒に作ろう！IoTセンシング・エッジ×クラウド連携システム開発［改訂版］，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD/KIT］実習キットでできる！ラズパイPicoでマイコン入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［VOD/KIT］LabVIEW×Arduino！初めてのパソコン計測＆制御【改訂版】，ZEPエンジニアリング株式会社．