PIC16F1829でウォッチドックタイマーとスリープ機能を利用して低消費電力なLチカをさせてみた

背景

PIC16F1829とは、Microchip社が販売している集積回路の１つです。
低消費電力を売りにしています。

このマイコンにはスリープ機能があり、ウォッチドックタイマーという内部のタイマーと組み合わせることで、低消費電力モードと起動を繰り返せます。
以前から気になっていて、調べて試したら期待通りに動かせたので、備忘録を兼ねてプログラムの書き方を共有します。

使ったもの

• MPLABX + XC8コンパイラをインストールしたPC
  PICマイコンの開発環境です。
  Ubuntuの場合の設定方法は以前書いた記事が参考になると思います。
  Ubuntuに開発環境を作り、PIC16F1829でLチカする方法
  
• PICKit4
  書き込み装置です。
  
• PIC16F1829N
  マイコンです。
  
• ブレッドボード、抵抗、LED、ジャンパワイヤ

回路

書き込み装置の違いはあるものの、Lチカしたときの回路を利用しました。

また、電源としてPICKit4から3.3Vを供給してマイコンを動かしました。

1秒間隔で10ミリ秒LEDを光らせる

プログラムはこちらです。

#define _XTAL_FREQ 500000
#include <xc.h>
#pragma config FOSC=INTOSC, WDTE=ON, PWRTE=OFF, MCLRE=OFF, CP=OFF, CPD=OFF, BOREN=ON, CLKOUTEN=OFF, IESO=OFF, FCMEN=OFF
#pragma config WRT=OFF, PLLEN=OFF, STVREN=OFF, LVP=OFF

void main(void) {
    // REGISTER 10-1: WATCHDOG TIMER CONTROL REGISTER
    // 01010 // 1 sec
    WDTCONbits.WDTPS = 0b01010;

    TRISB7 = 0;
    LATB7 = 0;

    while(1) {
        LATB7 = 1;
        __delay_ms(10);
        LATB7 = 0;
        SLEEP();
    }
}

要所を解説します。

WDTEをONにすることで、ウォッチドックタイマーが起動時もスリープ時も有効になります。
スリープ時だけ有効になるモードがあれば良いのですが、無さそうなので常時オンにします。

#pragma config WDTE=ON

WRDTCONのWDTPSを01010にすることで、ウォッチドックタイマーの実行間隔を1秒に設定します。

    WDTCONbits.WDTPS = 0b01010;

設定値と間隔の関係はPIC16F1829のデータシートの「REGISTER 10-1」に示されており、1ミリ秒から256秒の2の乗数秒の間隔を設定できます。

LEDを接続したピンの電位を高くしてLEDを光らせ、10ミリ秒後に電位を低くしてスリープモードに移ります。

    while(1) {
        LATB7 = 1;
        __delay_ms(10);
        LATB7 = 0;
        SLEEP();
    }

上記のプログラムをマイコンに書き込むと、1秒ごとにLEDが光る装置ができます。

起動時はウォッチドッグタイマーを止め、スリープからの復帰だけに利用する

先ほどのプログラムは起動時もスリープ時もウォッチドッグタイマーを動かしていましたが、動作を制御出来るモートにすることで必要な時だけウォッチドッグタイマーを動かせます。

スリープ中だけウォッチドッグタイマーを有効にするプログラムはこちらです。

#define _XTAL_FREQ 500000
#include <xc.h>
#pragma config FOSC=INTOSC, WDTE=01, PWRTE=OFF, MCLRE=OFF, CP=OFF, CPD=OFF, BOREN=ON, CLKOUTEN=OFF, IESO=OFF, FCMEN=OFF
#pragma config WRT=OFF, PLLEN=OFF, STVREN=OFF, LVP=OFF

void main(void) {
    WDTCONbits.SWDTEN = 0;
    // 01010 // 1 sec
    WDTCONbits.WDTPS = 0b01010;

    TRISB7 = 0;
    LATB7 = 0;

    while(1) {
        LATB7 = 1;
        __delay_ms(10);
        LATB7 = 0;
        WDTCONbits.SWDTEN = 1;
        SLEEP();
        WDTCONbits.SWDTEN = 0;
    }
}

常時ウォッチドッグタイマーを利用していたプログラムとの差分を解説します。

WDTEを01とすることで、WDTCONのSWDTENが1の時にウォッチドッグタイマーが動き、0の時は止まる設定になります。
他の設定を知りたい場合はデータシートの「10.2 WDT Operating Modes」を参照してください。

#pragma config WDTE=01

SWDTENでウォッチドッグタイマーを止めたり動かしたり出来るようになったため、sleep呼び出し直前に1にし、復帰後に0にすることで、WDTPSで設定した時間だけsleepさせれます。

    while(1) {
        // ..
        WDTCONbits.SWDTEN = 1;
        SLEEP();
        WDTCONbits.SWDTEN = 0;
    }

カウンターはWDTCONbits.SWDTENを0にするとリセットされます。
必要な時だけウォッチドッグタイマーを動かすので、不意のリセットに遭遇する可能性が減って良さそうです。

ウォッチドックタイマーのふるまい

いくつかプログラムを書き換えて試したところウォッチドックタイマーは下記の動作をするようでした。

• 時間になる前にSLEEPが呼ばれた場合、時間が来た時はSLEEPの後からプログラムが始まる
• SLEEPが呼ばれる前に時間が来た場合、プログラムがリセットされてmainの先頭からプログラムが始まる
• 「CLRWDT();」でタイマーをリセットできる
• WDTCONbits.SWDTENを0にすると、タイマーがリセットされる
  

想定外のリセットが発生しないように、SWDTENを利用してタイマーの動作を制御するか、処理する内容がWDTPSで設定する時間より長くならないように気をつける必要がありそうでした。

正確な電流量は分からないものの、ウォッチドックタイマーを使わないよりは0.2mAくらい消費電力が減っていた

22Ωのセメント抵抗をシャント抵抗として利用し、Analog Discoveryというオシロスコープでその抵抗の電圧を計測して大まかな電流量を計測してみました。
（セメント抵抗を利用しているのは手元に精度高めの数十Ωの抵抗が無かったため、また、analog discoveryの精度ではnAの電圧測定は難しいことから大まかに違いが分かれば良かったからです。）

ウォッチドックタイマーとスリープを利用した場合、LED点灯3mA、スリープ時0.5mA以下という結果になりました。

比較対象としてウォッチドックタイマーとスリープを使わない下記のプログラムを書き込んで計測してみました。

#define _XTAL_FREQ 500000
#include <xc.h>
#pragma config FOSC=INTOSC, WDTE=OFF, PWRTE=OFF, MCLRE=OFF, CP=OFF, CPD=OFF, BOREN=ON, CLKOUTEN=OFF, IESO=OFF, FCMEN=OFF
#pragma config WRT=OFF, PLLEN=OFF, STVREN=OFF, LVP=OFF

void main(void) {
    TRISB7 = 0;
    LATB7 = 0;

    while(1) {
        LATB7 = 1;
        __delay_ms(10);
        LATB7 = 0;
        __delay_ms(1000);
    }
}

ウォッチドックタイマーとスリープを使わない場合は、LED点灯時3mA、待機時0.7〜0.2mAという結果になりました。

ウォッチドックタイマーとスリープを組み合わせた方が、0.2mAくらい低消費電力になると分かりました。

まとめ

ウォッチドックタイマーを利用してPIC16F1829で低消費電力なLチカをさせることで、LEDを点灯していないときの電流量を0.2mAほど減らせました。

参考

データシート PIC16(L)F1825/9 (PDF)
PRAGMA will not write configuration bit to Configuration Registers

変更履歴

2020.08.01
WDTPSの設定をWDTCONに対してではなくWDTCONbits.WDTPSに対して行う記述に変更しました。
WDTE=01として、WDTCONbits.SWDTENでウォッチドッグタイマーを動かしたり止めたりするプログラムを追加しました。
参考リンクを追加しました。