Arduino 放置したポートが及ぼす電源電流変化

2020年4月25日：Arduino やっぱり気になる放置ポートで、未処理のI/Oポートに関して「やっぱりあかんやろ」っと意見しました。
入力回路のシュミットゲート、入力電圧がスレッショルドに近づいた時、具体的にどのくらいの電流が流れるのか電源電流の変化として計ってみました。

そのためのツールがこれ。





2019年3月29日：TIの電流検出アンプ
2019年5月14日：TIの電流検出アンプ 入荷　置き換えてみた

で紹介しました「INA199」。
このゲイン50倍のICを使って電流検出回路を作りました。
電源のハイサイド側に入れて電流を測定します。
電流検出抵抗を1Ωにすれば、出力電圧0.1Vで2mAの電流が測定できます。

Arduino-UNOのATmega328Pにこんなスケッチを書きます。

void setup() {
　　PORTB = 0b00000000;　　 // data off
　　DDRB　= 0b00111110;　　 // PB5～PB1出力 PB0入力
　　PORTC = 0b00000000;　　 // data off
　　DDRC　= 0b00111111;　　 // PC5～PC0
　　PORTD = 0b00000000;　　 // data off
　　DDRD　= 0b11111111;　　 // port指定
}
void loop() {
　　cli();　　　　　// 割り込み禁止
　　while(1){　　　 // PB0の状態をPB1に出力
　　　　if(PINB & (1 << PORTB0))　　PORTB |=　(1 << PB1);
　　　　else　　　　　　　　　　　　PORTB &= ~(1 << PB1);
　　}
}

PB0だけを入力にして他のポートは全部出力。
そして、PB0を入力してその状態をPB1にコピー。
PB1をオシロで見ると、PB0のH/L状態(スレッショルドを越えるか)がわかります。
CPUはUNO基板から取り外して単独で実行。

PB0に発振器から三角波を入力し、その振幅とDCバイアスを変えて様子を見ます。
その結果・・・　ざっと1mA弱の電源電流変化が観察できました。

※追加実験　　入力ポートを増やす
↑のはPB0だけが入力ポート。

スケッチをこのようにしてPC0とPC1(A/D入力ポート)を入力に変更。
　　PORTC = 0b00000000;　　 // data off
　　DDRC　= 0b00111100;　　 // PC5～PC2出力、 PC1,0入力

まず、PC0、PC1をGNDにつないだ状態でPB0に三角波（↑と同じ）。

　　　オシロ、電流波形はACで観察

次に、PB0=PC0=PC1と３つをパラって三角波。
3ポートとも同じ信号を入れます。
すると・・・

電流が増加。
それぞれのポートでシュミット回路が働いていると想像できます。

さらに、スケッチを変更。
DIDR0レジスタを操作して、PC0とPC1のデジタル入力を禁止します。
　　PORTC = 0b00000000;　　 // data off
　　DDRC　= 0b00111100;　　 // PC5～PC2出力 PC1,0入力
　　DIDR0 = 0b00000011;　　 // ★デジタル入力禁止
A/D変換する時、これは必須。
　　これ、analogRead()が自動的にやってくれてるのか？

すると・・・

ということに。