ATtiny3224の12bit ADC

ATtiny3224の12bit ADCを評価するため、電源回路
からあれこれと・・・

電源回路　主電源より0.1V～0.2V低い電圧の電源が欲しい
電源回路　主電源より0.1V～0.2V低い電圧の電源が欲しい #2

で、結局、こんな評価回路になりました。

ラズパイ・ピコのAD入力テストでもマルチプレクサを
使って、PWMを用いたDACを試していました。

Arduino IDEでRaspberry Pi Pico：PWMでD/A出力してA/D入力を試す
Arduino IDEでRaspberry Pi Pico：A/D入力が…あれっ？

ATtinｙ3224での結果、そのうちまとめますが
あんまし良くありません。

単調性は大丈夫なのですが、12bit値として
想定より6～8くらい小さな値が出てくるのです。
いわゆるオフセット誤差です。
　　電源電圧で変化
　　Vref値で変化

データシートを見ると
代表値は「1.5LSB」と良い値が示されているのですが、
最大最小値が「±28LSB」とエラい大きな値になって
います。
Arduino UNO R3のATmega328Pの10bit ADCが
調子良かっただけに、ちょいと不満です。

取り急ぎ、ATtiny3224のADC特性です。
TCA0で12bitのPWM波を発生させ、LPFを通して
DAC出力を得ます。
それをAD変換。
出力も入力も12bitなので、その差を求めて正確さ
を見つめます。

まず、0～4095をスキャンしたときのようす。
電源電圧Vddは5.0V。
　　DA電圧得るオペアンプは電圧を少し
　　拡大して出力がサチるのを防いでいます。
VrefをVddと外部基準電圧2.5Vにして計ってみました。

想定値より低い測定電圧になっています。
Vrefを2.5Vにするとさらに下がりました。
AD入力端子にVref電圧をつっこんでも、
フルスケールの4095は得られません。
VrefがVddなら電源につないでもフルスケール
値が出ないのです。

また、ゼロボルト付近の挙動もやっかいです。

入力電圧が上昇してもしばらくゼロが続き、
あるところから変換値が出始めます。

ATtiny3224のAD部には差動増幅回路が仕込ま
れていて最大16倍のゲインを設定できるように
なっています。
この内部回路のせいで、単純なAD変換が苦手な
のでしょう。

もう一つ。
LM7705でマイナス電源を作ってオペアンプを
駆動したときの効果を。

LMC6482(今はエラい高価に)の出力特性が
改善されているようすです。

LMC6482での0V付近出力
     +------------ 電源0～+5.0V
     +       +---- -0.2V～+5.2V
PWM (mV)   (mV)
0    6.9    0.2
1    6.9    1.3
2    7.1    2.4
3    7.2    3.7
4    7.4    5.0
5    7.8    6.2
6    8.3    7.4
7    9.0    8.5
8   10.1   10.0
9   11.0   11.0 

いちばん右側に数字が±電源での出力電圧。
あたりまえですが、0V付近のリニアリティがちゃんと
なっています。
単電源だと入力が0Vでも出力は10mVくらいまで
しか落ちませんが、マイナス電源が入るだけで
ちゃんと0Vから出るようになります。

・ATtiny3224 12bit ADCテストプログラム
　　ダウンロード - ad_test1.txt
　　　　ファイルタイプをinoではなくtxtにしています

プロンプトに対し、
　？：コマンド一覧表示
　数値(0～4096)：DA用PWM値出力
　Enter(CR)：PWM値と12 bit ADC値を表示
　Ｇ：スキャン開始　scan_lo→scan_hi
　Ｌ：スキャン開始PWM値
　Ｈ：スキャン終了PWM値
　Ｓ：スキャンstep
　Ｗ：スキャン待ち時間(約1ms)

電源回路 主電源より0.1V～0.2V低い電圧の電源が欲しい #2

電源回路　主電源より0.1V～0.2V低い電圧の電源が欲しい
これの目的は、電源電圧の最大が6Vくらいの
入出力レールツーレール・オペアンプ、その
電源電圧をちょいと広くして、確実に0V付近と
電源電圧付近の出力を出したいぞ、です。

ATtiny3224などの「tinyAVR2」マイコンでは
ADCが12bitになってます。
　　Arduino UNO R3のATmega328Pなど
　　多くのAVRマイコンのADCは10bit。
その直線性などを確かめたいなぁという
試みです。

こんな回路で実験予定。
　　まだこれから

自分で出すPWMパルスをLPFに通して
DA変換。
それをAD変換して変化を見てみたろと
考えてます。

電源部はこんな回路にしました。

プラス側はLM317Lを2つ。
VR200で+VLと+VHの電圧差を決めます。

マイナス側はLM7705で-0.23Vを発生。
　・マイナス電圧をちょこっと作ってくれるIC
この石を初めて使ってみます。



tinyAVR2、いろんな内蔵基準電圧が使えますが
それを外に取り出せないのが欠点かと。
　　VREFAに外から基準電圧を加えられるけど

ATtiny3224で電源周波数測定を試す #2

・ATtiny3224で電源周波数測定を試す
自分でやってみて初めて分かった電源周波数の変動。
思いのほか動いてる！

・電源周波数が低下した際に確認したいサイト：ラジオペンチ

長期的な記録などはラジオペンチさんなど他の方々にお願いして
「ほんとにこんなに変動するの？」を(ちょっとだけ)
追いかけてみました。

まず・・・
私の回路で周波数の検出に使ったのは
単純にフォトカプラ。

発光素子は60Hzでの点滅を繰り返します。
このタイミングの変動はどうなんだ？
という疑問です。
　　100V60Hzの正弦波の正側で発光。
　　波形が下降してゼロクロス点手前で消灯。
　　負側ではずっと消灯してて、上昇時、
　　ゼロクロス点を通過して再点灯。
この点灯・消灯のポイントが変動すると、周期の計測
に影響するんじゃないかという心配です。

点灯・消灯の検出ポイントはフォトカプラの特性任せ。
現実に影響があるかどうかは不明ですが電源系負荷
の変動で「正弦波の形」が変動することもあるかと
思うのです。
　　ピーク部が痩せた電源波形ってあるでしょ
この形の変動が、計測してる周期を振らせてるのじゃ
っと考えたのです。
フォトカプラの点灯・消灯スレッショルドの微妙な変動ですな。
　　TIのAMC23C10のデータシートを見たからよけいです。

そこで、コンパレータを使い、できるだけゼロクロス点に
近いところを検出してみたのです。
こんな回路。

D3とD4で入力正弦波を「絞り」、ゼロクロス付近
の波形を得ます。
これで、電圧が高い部分の波形変化は無視できます。
これをD5電圧の1/2を基準にして比較します。
TIのAMC23C10は完全に0Vで比較できますが、単電源で
使うLM393ではちょいとプラス目でないとダメ。

その結果。
昨日の昼過ぎから今朝まで。

やっぱり、同じような変動が出ました。

そこで、検出周波数の分布を先日のフォトカプラだけ
で得たデータと比べてみました。

コンパレータを使ったほう(緑)が、ちょっとだけ
裾の部分がせまくなりました。
しかし、これが検出回路を変えたからなのか、
元からこういう周波数制御だったのかは
わかりません。
　　同時に比較しなくちゃ

検出回路は捨てようかと置いていたガラケーの充電器。
殻割りして元のスイッチング電源基板を取り外し、
プラグ部分が使えるようにして、回路を組み込みました。

周波数検出だけなら簡単なフォトカプラで大丈夫そうです。
無理して作るような回路じゃないかと。

今回の周波数計測、ATtiny3224の内蔵ハードウェアが頑張って
ますんでソフト的な変動は無視できます。
　　Arduino環境ならバックグランドで動いてる
　　タイマ割り込みとか、micros()の変動とか。

ATtiny3224で電源周波数測定を試す

ラジオペンチさんの「電源周波数測定・監視」
うまいこと周波数変化を計っておられるので、気になって
おりました。
　・ATtiny3224のタイマでは・・・言うことを聞かないゾ
に記しました、「16bitタイマ TCB0とTCB1」の連結機能
による32bitカウント、
　「これで周波数カウンタを作るんだ！」
と訴えています。
そこで試したのが、
　・ATtiny3224で裸の32bit周波数カウンタ #3
10MHzのTCXOを主クロックにして、周期を計る方法で周波数を
計ってみようという実験です。
32.768kHzの時計用水晶だと1秒のゲート時間に何発パルスが
来たかを数えて周波数を得ます。
必然的に周波数分解能は1Hz。
　　これは高い周波数を計るとき向け

周波数の高い基準クロックで、入力パルスの周期を計る
方法だと、低い周波数を精度良く測定できます。
　　手にいれた10MHzのTCXOだと0.1μ秒の分解能。
　　60Hzのパルスを60発、1秒間累積すると
　　1000万カウント。
　　17カウントの違いが60.0001Hzあるいは
　　59.9999Hzとなります。

ATtiny3224の場合、2つのTCBを連結して32bitカウンタ
を構成し、基準クロックをカウントします。
そして、もう一つあるタイマ機能、16bitのTCAで
入力パルスを数えて累積させ、所定の数になったら
TCBカウンタをキャプチャして、周期データを得ます。

・実験回路回路図

16文字×2行の液晶表示とシリアル出力だけ。
スイッチはゲートモードの切り替え。

・試しの手組み回路

・TCAとTCBの接続

チップ内蔵のタイマ機能、みんな使ってる

・1秒ゲートモードでのカウント方法

・周期測定モードでのカウント方法

ハードは触らずに、うまいこと1秒ゲートと周期測定を
切り替えできます。

・電源周波数の取り込み

簡単にフォトカプラで。

・試してみると

20時間ほどのデータ。
　　1秒に1行なんで7万行ほど。
60Hzからのズレをグラフに。
赤線はgnuplotの「smooth bezier」機能で平均化
した変動。

こちら、60Hzなんですが、けっこう変動があるものですなぁ。
ラジオペンチさんが「追跡」したくなるのがわかります。

※追記
計測開始から18時間30分ばかり(朝7時ごろ)のところに
急激な周波数変化が2回見えています。
その部分を拡大してみました。
　　　生の1秒ごとの周波数データをgnuplotで
　　　グラフに。平均処理せず。

1回目(赤)は60.0Hzから4分ほどで60.2Hz付近まで上昇。
さらにそこから4分で59.86Hzまで低下。
2回目(緑)は、上昇→下降を10分ほどかけてという変化。
こんなデータが得られました。
3月31日の朝ってなにかありましたかな？

※ゲートモードの切り替え

/*****  ゲートモード *****/
byte gate_mode;   // ゲートモード
                  // 0:1秒ゲート 1Hz単位の周波数計測
                  // 1～9:1/1～1/10000 周期計測モード
const struct{
  const short  fdiv;     // 分周値  
  const char  *msg;      // 表示文字
}gate_tbl[]={
  { 0,     "1sec "  },     // 0 1秒ゲート
  { 1,     "1/1  "  },     // 1 周期計測
  { 10,    "1/10 "  },     // 2  〃
  { 50,    "1/50 "  },     // 3  〃
  { 60,    "1/60 "  },     // 4  〃
  { 100,   "1/100"  },     // 5  〃
  { 120,   "1/120"  },     // 6  〃
  { 440,   "1/440"  },     // 7  〃
  { 1000,  "1/1k "  },     // 8  〃
  { 10000, "1/10k"  },     // 9  〃
};  

こんなテーブルで1秒ゲートと周期計測による周波数測定
を切り替えています。
「fdiv」値をTCA0にセットして、入力パルスを「1/N」
しています。
SW1を押して選択。
長押しでEEPROMに現在値を保存。
　　次の起動で読み出し。

※スケッチとシリアル出力、液晶表示ライブラリ
　　　・ダウンロード - tn3224_fcnt03.zip

※参
「ゼロクロス検出回路」を検索していたらこんなICが
出てきました。
・テキサスインスツルメンツ,絶縁型ゼロクロス検出回路：AMC23C10

※続き
・ATtiny3224で電源周波数測定を試す #2

tinyAVRのシリアル出力(だけ)を割り込みでというライブラリ

シリアル入出力といえば組み込みライブラリ「Serial」を
使った読み書きが一般的です。
Arduino UNO R3など、多くのツールではUSBラインを
通じてPCとつながっているので、IDEのシリアルモニタで
双方向のやりとりが可能です。
しかし・・・tinyAVRのようにチップ単体でモノを作るとなると、
　「受信はいらんねん。　送信だけあればエエんや。」
という場面が出てきます。
　　送信だけ：マイコンで処理したデータの記録を
　　　　　　　PCなどでするという用途
そんなときに使うtinyAVR用のシリアル出力ルーチンを
まとめてみました。

この2つのファイルをスケッチファイル(".ino")と
同じフォルダにコピーします。
　　"serial_tx_tn.h"　　　ヘッダファイル
　　"serial_tx_tn.cpp"　　ソースファイル

・ヘッダファイル　"serial_tx_tn.h"

/********************************/
/*  tinyAVR シリアル送信処理    */
/********************************/
//  ヘッダーファイル
#ifndef _serial_tx_tn_h
#define _serial_tx_tn_h
#include <inttypes.h>
#include <Print.h>
//  定義
class serial_tx_tn : public Print{
public:
    serial_tx_tn(uint8_t ch);
    void begin(long);
    virtual size_t write(uint8_t);
    using Print::write;
};
#endif
// end of "serial_tx_tn.h"

・ソースファイル　　"serial_tx_tn.cpp"

/********************************/
/*  tinyAVR シリアル送信処理    */
/********************************/
#include "serial_tx_tn.h"
#include <inttypes.h> 
#include <Arduino.h>
/*****  送信割り込みデータ      ******/
volatile char   tx_bff[48]; // 送信割り込み文字バッファ (A)
                            // チップのRAM容量に合わせて
volatile byte   tx_rdp;     // 送信 読み出しポインタ (B)
volatile byte   tx_wrp;     // 送信 書き込みポインタ (B)
volatile byte   tx_cnt;     // 送信 データ数         (B)
                            // バッファを大きくするならwordで
uint8_t  tx_ch;             // 送信チャンネル
/*****  シリアル送信割り込み  *****/
//  送信完了で起動
ISR(USART0_TXC_vect)
{
  USART0.STATUS = USART_TXCIF_bm;   // 送信完了解除
  if(tx_cnt == 0){      // バッファに残データ無し
    USART0.CTRLA &= ~USART_TXCIE_bm;  // 送信完了割り込みオフに
  }
  else{                 // バッファにデータあり
    USART0.TXDATAL = tx_bff[tx_rdp];  // 1文字送信
    tx_rdp++;                         // ポインタ+1
    if(tx_rdp >= sizeof(tx_bff)){     // 最終?
      tx_rdp = 0;                     // 先頭に
    }
    tx_cnt--;       // データ数-1
  }
}
/*****  シリアル出力    *****/
//  1文字出力
size_t serial_tx_tn::write(uint8_t c)
{
volatile byte cnt;    // サイズはtx_cntに合わせて (B)
  do{                 // 送信バッファ空き待ち
    cli();            // 割込禁止で
    cnt = tx_cnt;     // 送信バッファ内データ数
    sei();
  }while(cnt >= sizeof(tx_bff));  // 空きをチェック
// 初めてならいきなり出力
// 2回目以降は割込禁止にしてバッファに書き込む
  cli();                      // 割込禁止に
  if(!(USART0.CTRLA & USART_TXCIE_bm)){   // 初めての送信
    USART0.CTRLA |= USART_TXCIE_bm;       // 送信割り込みon
    USART0.TXDATAL = c;                   // 1文字直接送信
  }
  else{                       // 送信継続中
    tx_bff[tx_wrp] = c;       // 1文字書き込み
    tx_wrp++;                 // 書き込みポインタ+1
    if(tx_wrp >= sizeof(tx_bff)){       // 最終?
      tx_wrp  = 0;                      // 先頭に
    }
    tx_cnt++;                 // データ数+1
  }
  sei();                      // 割込有効に
  return 1;
}
/*****  コンストラクタ：送信chを記録     *****/
serial_tx_tn::serial_tx_tn(uint8_t ch)
{
  tx_ch = ch;     // (使っていない)
}
/*****  初期化      *****/
//  USART0 シリアル出力だけ 受信はしない
//  BPS:通信速度
void serial_tx_tn::begin(long bps){
  USART0.CTRLA = 0;     // 送信完了割り込みのセットはtx()で
  USART0.CTRLB = 0b01000000;
  //               || ||||+-- MPCE
  //               || ||++--- RXMODE
  //               || |+----- ODME
  //               || +------ SFDEN
  //               |+-------- TXEN 送信有効
  //               +--------- RXEN 受信はしない
  USART0.CTRLC = 0b00000011;
  //               |||||+++-- CHSIZE 8BIT
  //               ||||+----- SBMODE 1stop
  //               ||++------ PMODE  Parity無し
  //               ++-------- CMODE  非同期USART
  USART0.BAUD  = (4L * F_CPU) / bps;  // 10MHzなら4166
}
// end of "serial_tx_tn.cpp"

いくつか注意点があります。

・シリアル出力する「TXD0」ポートはユーザーが
　出力ポートに指定しなければなりません。
　　　代替ポートを使う場合もあるし、自動で
　　　出力になるようにはしていません。

・送信完了割り込みで次文字を出力しています。
　tx_bff[]のバイト数を大きくすると、文字列送信
　完了の待ちが短くなり、送信処理から早く解放
　されます。
　256バイト以上にしたい時は文字ポインタなどを
　wordにしなければなりません。(現在はbyte)

・文字、数値出力はSerialと同じように
　　　write　　print　　println　　printf
　を使います。

サンプルスケッチです。

//  シリアル出力のサンプル
//  マイコンのクロック周波数を出力
#include "serial_tx_tn.h"         // シリアル出力制御ヘッダーファイル
serial_tx_tn    SerialTX(0);      // SerialTXの名でシリアル出力
/***** SETUP *****/
void setup() {
byte i;
float f;
  PORTA.DIR   = 0b11001110;       // ポートを出力に (C)
  //              ||  |||+---- PA0 6pin in  UPDI
  //              ||  ||+----- PA1 4pin out
  //              ||  |+------ PA2 5pin out
  //              ||  +------- PA3 7pin out (test)
  //              |+---------- PA6 2pin out TXD
  //              +----------- PA7 3pin out
  SerialTX.begin(9600);     // PA6 (2pin)がTXD出力
  for(i=0;i<100;i++){       // 1sec待ち
    delayMicroseconds(10000);   // 10ms
  }
  VPORTA.OUT  |=  (1 << 3);     // PA3(7pin) H (test)
  SerialTX.println();
  SerialTX.print("ATtiny402 : ");   // タイトル
  SerialTX.print(F_CPU);            // クロック周波数
  SerialTX.println("Hz");
  SerialTX.printf("%lu.%03lukHz\r\n", 
                   F_CPU / 1000L, F_CPU % 1000L);
  f = (float)F_CPU;             // クロック周波数をfloatに
  SerialTX.printf("%fMHz\r\n",  f / 1000000.0); // "%f"で
  VPORTA.OUT  &= ~(1 << 3);     // PA3(7pin) L
}
/***** LOOP *****/
void loop(){ }    // なにもしない

こんな出力が得られます。
　　ATtiny402 : 16000000Hz
　　16000.000kHz
　　16.000000MHz

このルーチンを使うと、ROMサイズの関係でSerialでは無理だった
printf()で「"%f"」を使った浮動小数点出力ができました。
ギリギリですが、こんな使用量です。
　　ROM 3889バイト（94%）
　　RAM 　65バイト（25%）

tx_bff[]を48バイトにした時の出力タイミングが
こんな様子です。


割り込みを使わないと、全部の文字が出力し終わるまで
処理から開放されません。
tx_bff[]をもっと大きくすれば、気にならないくらい
の早さで戻ってきます。
　　総文字数より大きな値にしたら、出力処理に
　　食われた時間は1msほどでした。
　　　　32bit値の数値変換
　　　　floatの数値変換
ROMに余裕があれば標準のSerialを使えば良いでしょう。
しかし、ATtiny402のようにギリギリだと、お役に立てるかと。

・テストスケッチとライブラリ
　　・ダウンロード - serial_tx_tn.zip

※これも役に立つ（かも）
・ATtiny402マイコン サンプル：I2Cで液晶表示(Wire.hを使わないで)
・数値をBCD出力(表示)するルーチン #3

※「SerialTX.print」出力による「#if 0」の位置での
　プログラムサイズの変化
　　　★1～★4はprintfでの"float"出力有効はなし。
　　　★5で"float"有効に。

  VPORTA.OUT  |=  (1 << 3);     // PA3(7pin) H
#if 0　　　★1
  SerialTX.println();
  SerialTX.print("ATtiny402 : ");   // タイトル
　　　　　★2
  SerialTX.print(F_CPU);            // クロック周波数
  SerialTX.println("Hz");
　　　　　★3
  SerialTX.printf("%lu.%03lukHz\r\n", 
                   F_CPU / 1000L, F_CPU % 1000L);
　　　　　★4
  f = (float)F_CPU;             // クロック周波数をfloatに
  SerialTX.printf("%fMHz\r\n",  f / 1000000.0); // "%f"で
　　　　　★5
#endif
  VPORTA.OUT  &= ~(1 << 3);     // PA3(7pin) L

★1　SerialTX.printなし　　　　　710バイト
★2　SerialTX.printで文字だけ　　754バイト
★3　数値を出力　　　　　　　　　921バイト　
★4　printfで数値出力　　　　　　2415バイト　
★5　float値出力　　　　　　　　 3889バイト

「SerialTX.print」を使っての数値出力だけなら
ほんとにROMを食いません。
printfでfloatを出力しなければROMが4096バイトの
ATtiny402でも安心して使えます。

「SerialTX」じゃなく「Serial」を使うと、
使わない受信処理までが組み込まれて
ROMエリアが膨れます。
「SerialTX」を「Serial」にしてROMサイズの変化を
試すとこんな具合。
★1　Serial.printなし　　　　 1368バイト
★2　Serial.printで文字だけ　 1412バイト
★3　数値を出力 　　　　　　 1585バイト　
★4　printfで数値出力　　　　3079バイト　
★5　float値出力　　　　　　 4kオーバー

1Hzパルス発生回路改造

・2026年2月 1日：備忘録：1Hzパルス発生回路
のATtiny402を使った1Hzパルス発生回路、
これをちょっと手直ししました。
　・空いている3つのポートを入力にして
　　ロータリーDIPスイッチを接続。
　・「0～7」の3bitで8種類の発生周波数を設定。
　・オシレータ出力を増幅していた
　　74LVC1GU04を74HC1GU04に交換。
　　　　LVCだと電流消費大だった！
てな、手直しを施しました。

8種類の固定周波数しか出せませんが、安定した
60Hz(地元の電源周波数)が欲しかったので、
1Hzだけよりはマシかと、手持ち部品を活用しま
した。
まず回路図。

電源は5V。
12.8MHzの発振モジュールは秋月で購入。

小さなプラ箱に入れてます。

中の様子。

Arduino IDE環境での制御スケッチ。

/**************************/
/*  方形波発生回路        */
/**************************/
//  "TINY402_1HZ02.ino"
//    2026-03-12
//  12.8MHz TCXOをクロックに
//  DSW(0～7)の設定で方形波を出力
//    0   1Hz
//    1   10Hz
//    2   50Hz
//    3   60Hz  (60.000375Hz)
//    4   100Hz
//    5   120Hz (120.00075Hz)
//    6   440Hz (440.01375Hz)
//    7   1kHz
/*****  分周データテーブル  *****/
//  周波数発生モードなので12.8MHzを1/2した
//   6.4MHzを原発振周波数と考える
const struct{
  const word cmp0;      // TCA0 CMP0データ 1/(n-1)
  const byte clksel;    // プリスケーラ設定値 + ENABLE(b0)
                        // 1/1,2,4,8,16,64,256,1024
}frq_tbl[] = {
  {  6250 - 1,  0b00001111 },  // 0   1Hz 1/1024 6250Hz
  {  2500 - 1,  0b00001101 },  // 1  10Hz 1/256   25kHz
  { 64000 - 1,  0b00000011 },  // 2  50Hz 1/2    3.2MHz
  { 53333 - 1,  0b00000011 },  // 3  60Hz 1/2    3.2MHz
  { 64000 - 1,  0b00000001 },  // 4 100Hz 1/1    6.4MHz
  { 53333 - 1,  0b00000001 },  // 5 120Hz 1/1    6.4MHz
  { 14545 - 1,  0b00000001 },  // 6 440Hz 1/1    6.4MHz
  {  6400 - 1,  0b00000001 },  // 7  1kHz 1/1    6.4MHz
};
/*****  DSW読み込み    *****/
//  0～7を返す
//  PORTA offで1  onで0
//  PA2:DSW-1 PA6:DSW-2 PA7:DSW-4
byte inpdsw(void)
{
byte n;
byte d = 0;           // リターンデータ
  n = ~PORTA.IN;      // ポートA反転して入力
  if(n & 0b00000100)    d |= 1;   // DSW-1
  if(n & 0b01000000)    d |= 2;   // DSW-2
  if(n & 0b10000000)    d |= 4;   // DSW-4
  return d;
}
// こんなコードに展開されていた
// 90 91 08 04 lds r25, 0x0408 ;PORTA.IN
// 90 95       com r25
// 92 fb       bst r25, 2    ;2
// 88 27       eor r24, r24
// 80 f9       bld r24, 0       ;1
// 96 fd       sbrc  r25, 6  ;6
// 82 60       ori r24, 0x02    ;2
// 97 fd       sbrc  r25, 7  ;7
// 84 60       ori r24, 0x04    ;4
// 08 95       ret
//  bld,bst命令が珍しい
/*****  DSWデータ    *****/
byte dsw_now;     // 安定した現在値(0～7)
byte f_dswok;     // 変化確定フラグ dsw_nowに安定値
/*****  DSW変化チェック    *****/
//  確定したらf_dswokを1に dsw_nowが確定値
//  PITの1024Hz周期で実行
void chkdsw(void)
{
static byte exc;    // 実行区分  
static byte tm;     // 1msタイマ
                    // PITの1024Hz周期でダウンカウント
static byte chk;    // DSW入力安定チェックデータ
byte d;
  d = inpdsw();     // DSWデータ入力
  if(tm)    tm--;   // DSWチェックタイマダウンカウント
  switch(exc){
    case 0:   // 変化チェック
      if(dsw_now != d){     // DSW変化あり
        chk = d;            // チェックデータ
        tm = 20;            // 20ms
        exc = 1;
      }
      break;
    case 1:
      if(chk != d){         // 変化続く？
        chk = d;            // チェックデータ再セット
        tm = 20;            // タイマも再セット 20ms
      }
      else{                 // 安定
        if(tm == 0){        // タイムアップ
          dsw_now = d;      // 新DSW値
          f_dswok = 1;      // 確定フラグをon
          exc = 0;          // 次の変化待ちに
        }
      }
      break;
  }
}
/*****  周波数設定    *****/
//  d:DSW設定値 0～7
//  分周値は-1してある CMP0にセット
void setfrq(byte d)
{
  TCA0.SINGLE.CTRLA = 0;     // TCA0 タイマー停止
  TCA0.SINGLE.CMP0  = frq_tbl[d].cmp0;   // 分周値
  TCA0.SINGLE.CNT   = 0;                 // カウント 0から
  TCA0.SINGLE.CTRLA = frq_tbl[d].clksel; // プリスケーラ+ENABLE
}

/*****  ＳＥＴＵＰ    *****/
void setup() {
  cli();                    // 割込禁止
//  ポート設定
  PORTA.DIR  = 0b00000010;
  //             ||  |||+---- PA0 6pin UPDI
  //             ||  ||+----- PA1 4pin out WO1 波形出力
  //             ||  |+------ PA2 5pin in  DSW-1
  //             ||  +------- PA3 7pin in  12.8MHzクロック入力
  //             |+---------- PA6 2pin in  DSW-2
  //             +----------- PA7 3pin in  DSW-4
  PORTA.PIN2CTRL = 0b00001000;  // PA2  5pin DSW-1
  PORTA.PIN3CTRL = 0b00001000;  // PA3  7pin CLKIN
  PORTA.PIN6CTRL = 0b00001000;  // PA6  2pin DSW-2
  PORTA.PIN7CTRL = 0b00001000;  // PA7  3pin DSW-4
  //                     +----- pull up有り
//  クロック設定 PA3/CLKINに12.8MHz
  _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, 0); // プリスケーラなし
  _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLA, 3); // 外部からクロック
//  タイマーTCA0, 分割モードで初期化されるので16bitモードに
  TCA0.SPLIT.CTRLA     = 0;     // タイマー停止
  TCA0.SPLIT.CTRLESET  = 0x0F;  // 強制リセット
  PORTMUX.CTRLC        = 0;     // TCAポート多重切り替えなしに
//  タイマ設定
  TCA0.SINGLE.CMP1  = 0;          // PA1 4pin WO1
  TCA0.SINGLE.CTRLB = 0b00100001;
  //                     ||||+++----- WGM 波形生成FRQ(周波数)
  //                     |||+-------- ALUPD
  //                     ||+--------- CMP0EN
  //                     |+---------- CMP1EN PA1 4pin WO1 出力
  //                     +----------- CMP2EN PA2 5pin
//  DSW(0～7)で周波数を設定
  dsw_now = inpdsw();     // DSW値(0～7)
  setfrq(dsw_now);        // 8選択で1Hz～1kHzセット
//  RTC,PIT 有効に
  while((RTC.STATUS & 0x0F) ||  // RTC busy ?
        (RTC.PITSTATUS & 1));   // PIT busy ?
//  PIT分周操作
  RTC.PITCTRLA   = 0b00100001;  
  //                  ||||  +-- PITEN PIT有効
  //                  ++++----- PERIOD 1/32 →1024Hz
  sei();                  // 割込有効
}

/*****  ＬＯＯＰ    *****/
//  DSWの変化をチェック
void loop() {
  if(RTC.PITINTFLAGS & 1){    // 1024Hz(約1ms)周期
    RTC.PITINTFLAGS = 1;
    chkdsw();                 // DSW変化チェック
  }
  if(f_dswok){                // DSW変化あり
    f_dswok = 0;
    setfrq(dsw_now);          // 1Hz～1kHz周波数セット
  }
}
#if 0 
  最大4096バイトのフラッシュメモリのうち、
  スケッチが534バイト（13%）を使っています。
  最大256バイトのRAMのうち、グローバル変数が
  5バイト（1%）を使っていて、ローカル変数で
  251バイト使うことができます。
#endif
//  end of "TINY402_1HZ02.ino"

inpdsw()関数の下にあるコメントに書きましたが、
DSWのビット操作で「bst」と「bld」命令が出て
おりました。
ステータスレジスタの「Tフラグ」の応用、珍しい
のじゃないでしょか。

・Arduino IDEの設定

書き込みはMPLAB@SNAPで。

※チャタリング対策
ロータリーDIPスイッチ、一般的なスイッチのチャタリング
除去だけじゃなく、回転が安定したことを確かめてから
設定値を更新しなくちゃなりません。
こんな手順です。
　・約1ms周期でポートからDSWの値を入力。
　・確定データから変化したかをチェック。
　・変化があればそれをメモ。
　・20msタイマをセット。
　・メモしたのと変化があればタイマを再セット
　　してチェック時間を延長。
　・変化が無ければ(20m間)安定したと判断して
　　確定データを更新し、新しくなったことを
　　フラグで知らせる。
普通はタイマ割り込み内で処理するのですが、
今回は、他に時間がかかる処理が走っていないの
でメインループで処理しました。
　　メインの処理はこれだけなんで。

実際の波形を見てもらいましょう。


上側のch1は方形波出力。
設定7の1kHzと設定6の440Hzが見えています。

下側の波形はスイッチのbit0。
　設定7ならLレベル。
　設定6ならHレベル。
設定の変化から20ms後に周波数が変わっています。

そこにチャタリングを加えます。
　・「チャタリング除去回路」じゃなくって「チャタリング発生回路」をどうぞ


bit0がバタバタしてる間は周波数は変化しません。
20ms間落ち着いてから周波数を変えています。

14ピンのATtiny3224のEVOUTB出力

　14ピンのATtiny3224、ピン配置にはイベント
出力としてEVOUTA(PA2)とEVOUTB(PB2)の2つが記
されていますが、あれこれしてもEVOUTBが出力して
くれないんです。
EVOUTAはちゃんと出ます。

　EVOUTBの代替ポートが「ピンの外」なので、ひょっ
としたら最初から除外されているのかもしれません。

※青数字「4」のところっす。
・ATtiny3224で裸の32bit周波数カウンタ #2

もうちょっと追いかけます。

※20ピンのATtiny3226でもEVOUTBが出力しません。
スケッチの該当部分。

//  EVENTを使ってEVOUTにタイミングを出力
  EVSYS.CHANNEL1        = 0x80;  // ch1入力:TCA0_OVF
  EVSYS.USEREVSYSEVOUTA = 1 + 1; // ch1出力:EVOUTA(PA2) 出力 
  EVSYS.CHANNEL2        = 0x80;  // ch2入力:TCA0_OVF
  EVSYS.USEREVSYSEVOUTB = 2 + 1; // ch2出力:EVOUTB(PB2) 出力 
  EVSYS.CHANNEL3        = 0x80;  // ch3入力:TCA0_OVF
  EVSYS.USEREVSYSEVOUTC = 3 + 1; // ch3出力:EVOUTC(PC2) 出力 

TCA0のオバーフロータイミングを3つのEVOUTに出力。
EVOUTA(PA2) とEVOUTC(PC2)はパルスが出ます。
EVOUTB(PB2)出力はLのまま。
なんででしょうね。

ATtiny3224もATtiny3226もEVOUTBの代替ピンは
ありません。

loop()内でPB2をトグルさせたらパルスが出たので、
イベント出力EVOUTBに切り替わっていないようです。

tinyAVRマイコンのタイマーAとtakeOverTCA0()

Arduino IDE環境でのtinyAVRマイコン、
AVR0系、1系、2系とさまざまなのがありますが、
そのタイマーAは、本来16bitのタイマーなのですが、
2つの8bitタイマーで使うように初期化されています。
　　PWM操作(8bitのanlogWrite出力)が目的

16bitタイマーで使うときは標準動作、
8bitタイマーだと分割動作と呼ばれています。

標準と分割とでレジスタの機能が異なっている部分が
あるので、実態は同じ制御レジスタなのに
　　「TCA0.SINGLE.xxxx」と「TCA0.SPLIT.xxxx」
と名前を変えて呼ばれます。

問題なのが、タイマーAを16bitで使いたいとき。
分割動作で初期設定されたのを標準に戻すわけです。
データシートを見ますと、こんな記述が見つかります。
　　（クリックで拡大↓）

これ、リセットするのにArduino IDE環境では
「takeOverTCA0()」を使うことになっています。
「megaTinyCore」の例題スケッチを探すとsetup()の
中でこの関数を一回だけ呼び、その後16bitの標準
動作の設定を行っているのがわかります。

takeOverTCA0()が何をしているかというと、
こんなソースが"wireing_analog.c"の中に
入っています。

void takeOverTCA0() {
  TCA0.SPLIT.CTRLA = 0;   // Stop TCA0 (1)
  __PeripheralControl &=  ~TIMERA0;
                   // Mark timer as user controlled (2)
  TCA0.SPLIT.CTRLESET =
       TCA_SPLIT_CMD_RESET_gc | 0x03;
                  // Reset TCA0 (3)
}

(1)はタイマーAの停止処理
　　　これは標準でも分割も同じ。
(2)は__PeripheralControlはPWM出力可能か
　どうかを保持している変数。
　タイマーAを止めてたらPWM出力できないぞ
　を返すために使われてる(みたい)
(3)が分割モードでのリセット処理。

一連の流れでタイマーAがリセットされるという
仕掛けです。

私の場合、takeOverTCA0()を知ったのはつい
こないだのこと。
これを使わずにどうしてたかというと、まず参考になるのが
　　・ATtiny1614：タイマレジスタの初期設定を見る
これで、タイマーAを含むタイマー関連の初期状態が
想像できます。

ATtiny402の初期状態をあらためて見ると、

ATtiny402 : timer Disable
TCA0.CTRLA      09
TCA0.CTRLB      00
TCA0.CTRLD      01
TCA0.EVCTRL     00
TCA0.INTCTRL    02
TCA0.PER        FEFE
TCA0.PERB       FFFF
PORTMUX.CTRLC   01

そして、ATtiny3224で裸の32bit周波数カウンタ #2
では、このようにレジスタ名SPLITは使わず、
SINGLEのまま16bitモードに。

  TCA0.SINGLE.INTCTRL= 0;        // 割り込み禁止
  TCA0.SINGLE.CTRLA  = 0;        // TCA0 停止
  TCA0.SINGLE.CTRLD  = 0;        // TCA0 8bit分割停止 16bitに
    ↓
  16bitモードの設定

ATtiny402マイコン サンプル：RCサーボモータテスター
では、

//  タイマーA0, 分割モードで初期化されるので16bitモードに
  TCA0.SPLIT.CTRLA     = 0;   // タイマー停止
  TCA0.SPLIT.INTCTRL   = 0;   // 割り込みなしに
  PORTMUX.CTRLC        = 0;   // TCAポート多重切り替えなしに
  TCA0.SINGLE.CTRLD    = 0;   // TCA0を16bitモードに
    ↓
  16bitモードの設定

手順はいろいろありますが、
　・まずタイマーを止めて
　・リセット
　　　これがtakeOverTCA0()の手順。
あるいは、
　・タイマーを止めて
　・割り込みをなしに
　・16bitモードに
これでも大丈夫。

で、takeOverTCA0()でちょっと問題か？っと
思ったのが「PORTMUX.CTRLC」の設定。
8bit PWMでの出力を4ch使えるように「ポート多重器」
を使って、WO0をPA7に割り当てています。
これで、
　WO0　PA7　(代替ピン)
　WO1　PA1
　WO2　PA2
　WO3　PA3　(WO0/WO3共用)
と4つのPWM出力が使えるのです。

しかし、16bit PWMモードではWO0、1、2の3つの
出力しか使えません。
その中のWO0が代替ピンのままになっています。
　　こうなってると分かっているのであれば
　　良いのですが、takeOverTCA0()では
　　ほったらかし。
16bit PWMの処理で、PA3がWO0出力になる
つもりのスケッチが、代替ピンのPA7に出て
しまいます。

完全に初期状態にというと、
「 PORTMUX.CTRLC = 0; // TCAポート多重切り替えなしに」
の1行が必要です。

※追記：ATtiny402、レジスタを表示してから
takeOverTCA0()を実行して、もう一度レジスタ表示。

ATtiny402 
　TCA0.CTRLA 09
　TCA0.CTRLB 00
　TCA0.CTRLD 01　　←8bit 分割モード
　TCA0.EVCTRL 00
　TCA0.INTCTRL 02
　TCA0.PER FEFE
　TCA0.PERB FFFF
　PORTMUX.CTRLC 01　←TCA00代替ポートが有効

takeOverTCA0実行

　TCA0.CTRLA 00　　←初期値に
　TCA0.CTRLB 00
　TCA0.CTRLD 00
　TCA0.EVCTRL 00
　TCA0.INTCTRL 00
　TCA0.PER FFFF
　TCA0.PERB FFFF
　PORTMUX.CTRLC 01　←代替ポート指定は残る

※追記 analogWriteを実行するとどうなるか
レジスタ値出力後、
　analogWrite(1, 1);     // PA7 3pin
　analogWrite(2, 2);     // PA1 4pin
　analogWrite(3, 3);     // PA2 5pin
　analogWrite(4, 254);  // PA3 7pin
とanalogWrite で4つのPWMパルスを出力。
その後のレジスタ値の変化です。 

ATtiny402 : 20MHz
  analogWrite   前　　　 後
-------------------------------
TCA0.CTRLA      0B       0B
TCA0.CTRLB      00       17　　←
TCA0.CTRLD      01       01
TCA0.EVCTRL     00       00
TCA0.INTCTRL    02       02
TCA0.PER        FEFE     FEFE
TCA0.PERB       FFFF     FFFF
TCA0.CMP0       0000     FE01  ←
TCA0.CMP1       0000     0002  ←
TCA0.CMP2       0000     0003  ←
PORTMUX.CTRLC   01       01

8bit分割モードで処理されたようすが見えてます。
ATtiny402でのanalogWrite、数値範囲は「0～255」。
0で全L。255で全Hなんで、128にしてもデューティ50%ジャスト
にはなりません。
50%よりちょっと大きめのデューティになります。
127だとちょっと小さめになり、analogWriteではジャスト
50%のデューティは出てきません。

ATtiny3224で裸の32bit周波数カウンタ #3

・ATtiny3224で裸の32bit周波数カウンタ
・ATtiny3224で裸の32bit周波数カウンタ #2
ここでは32.768kHzの時計用水晶発振子を
基準クロックにして1秒ゲートを作り、
周波数を計れるようにしました。

これとは違うアプローチで、時計用水晶をやめて
マイコンの主クロックを
　TCXO(Temperature Compensated crystal Oscillator)
にして試してみようと、部品を手配。
共立から ECS-TXO-3225MV-100-TR という
10MHzの1.7V～3.6Vで使える「3225」サイズ
のを買ってみました。

とりあえず発振実験なんですが・・・
　　・・・ピッチ変換基板をどうしよう。

手持ちのをあれこれ探して、これで行こうと
なったのが「SOT-23-6」の変換基板。
この2ピンと5ピンのパターンを削ってハンダ付け。

TCXOを2つ買って、出てきた周波数、
うちの周波数カウンタでの計測値は
　10.000005MHz　+0.5PPM
　10.000017MHz　+1.7PPM
となりました。
TCXOのスペックでは、
　Frequency Tolerance(@+25℃±2℃)　±1.5 PPM
となってますんで、使ってる周波数カウンタの
精度が「どや？！」っとなってしまいます。

これを使っての周波数カウンタ実験はもうちょい先。

※続き
・ATtiny3224で電源周波数測定を試す
・ATtiny3224で電源周波数測定を試す #2

備忘録：1Hzパルス発生回路

・トランジスタ技術2025年10月号
『特集 今マイコンはArduinoが最強説』からみの備忘録。

p.121 図8 時計用水晶発振子を使った1Hzパルス発生回路
これの亜種を紹介しておきます。

記事では「HC4060」を2段接続して32.768kHzから
1Hzを得ました。


これと同じ機能を得ます。
まずは、HC40460と「1G80」の組み合わせ。

次の２つは12.8MHzの高精度発振器を使って1Hzを得ます。
HC4060と10進カウンタHC393の組み合わせ。

単純に1Hzを得るためですが、ICの数が多くなります。

最後がマイコン。

水晶発振モジュールから出てくるのは、アナログ波形
なんで、マイコンのクロックとして使うには信号レベルを
大きくしなければなりません。
「1GU04」で増幅しています。

// ATtiny402で1Hzを作る(Microchip Studio)
#include <avr/io.h>
int main(void) {
    PORTA.DIR = 0b11000110;     // ポートの入出力
    //            ||  |||+----  PA0 6pin in  UPDI
    //            ||  ||+-----  PA1 4pin out 1Hz出力 (CMP1)
    //            ||  |+------  PA2 5pin out 1Hz出力 (CMP2)
    //            ||  +-------  PA3 7pin in  CLKin 12.8MHz発振器入力
    //            |+----------  PA6 2pin out (-)
    //            +-----------  PA7 3pin out (-)
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, 0); // プリスケーラなし
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLA, 3); // 外部からクロック
    TCA0.SINGLE.CMP0  = 6250 - 1;   // CMP0出力 1Hz
    TCA0.SINGLE.CMP1  = 0;          // PA1 4pin
    TCA0.SINGLE.CMP2  = 3125;       // PA2 5pin (1/4位相差)
    TCA0.SINGLE.CTRLB = 0b01100001;
    //                     ||||+++----- WGM 波形生成FRQ(周波数)
    //                     |||+-------- ALUPD
    //                     ||+--------- CMP0EN
    //                     |+---------- CMP1EN PA1 4pin 出力
    //                     +----------- CMP2EN PA2 5pin 出力
    TCA0.SINGLE.CTRLA = 0b00001111;
    //                        |||+-----  ENABLE 動作開始
    //                        +++------  CLKSEL プリスケーラ1/1024
    while(1){  }     // PA1,PA2に1Hzを出力し続ける
}

配線して組み立てる工数からはマイコンを使うのが
いちばん簡単。
でも「チップにプログラムを書き込む」という壁が
存在します。