いま、野球が好きな友人のために投球スピードを測る装置を作っています。
スピードガンは高いので代わりとなる装置を自作してみていますｗ
その過程を動画にしていますので、よかったら見ていってください。
んで、そのプログラムのソースコードを以下に掲載します。
疑問点等ありましたら、このブログか動画のコメント欄でご質問いただければ、可能な限り回答いたします。
/*
* psmts01.cpp
*
* Created: 2021/06/03 23:29:02
* Author: piske
*/
// CPU の速度を指定します。
#define F_CPU 16000000UL
// ライブラリをインクルードします。
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <avr/eeprom.h>
#include <util/delay_basic.h>
#include <util/delay.h>
// Arduino の millis() の仕組みから転用 ここから
#define clockCyclesPerMicrosecond() ( F_CPU / 1000000L )
#define clockCyclesToMicroseconds(a) ( (a) / clockCyclesPerMicrosecond() )
#define microsecondsToClockCycles(a) ( (a) * clockCyclesPerMicrosecond() )
// the prescaler is set so that timer0 ticks every 64 clock cycles, and the
// the overflow handler is called every 256 ticks.
#define MICROSECONDS_PER_TIMER0_OVERFLOW (clockCyclesToMicroseconds(64 * 256))
// the whole number of milliseconds per timer0 overflow
#define MILLIS_INC (MICROSECONDS_PER_TIMER0_OVERFLOW / 1000)
// the fractional number of milliseconds per timer0 overflow. we shift right
// by three to fit these numbers into a byte. (for the clock speeds we care
// about - 8 and 16 MHz - this doesn't lose precision.)
#define FRACT_INC ((MICROSECONDS_PER_TIMER0_OVERFLOW % 1000) >> 3)
#define FRACT_MAX (1000 >> 3)
volatile unsigned long timer0_overflow_count = 0;
volatile unsigned long timer0_millis = 0;
static unsigned char timer0_fract = 0;
ISR(TIMER0_OVF_vect)
{
// copy these to local variables so they can be stored in registers
// (volatile variables must be read from memory on every access)
unsigned long m = timer0_millis;
unsigned char f = timer0_fract;
m += MILLIS_INC;
f += FRACT_INC;
if (f >= FRACT_MAX) {
f -= FRACT_MAX;
m += 1;
}
timer0_fract = f;
timer0_millis = m;
timer0_overflow_count++;
}
unsigned long millis()
{
unsigned long m;
uint8_t oldSREG = SREG;
// disable interrupts while we read timer0_millis or we might get an
// inconsistent value (e.g. in the middle of a write to timer0_millis)
cli();
m = timer0_millis;
SREG = oldSREG;
return m;
}
// 転用ここまで
// ビット操作のマクロ定義
#define sbi(PORT,BIT) PORT |= _BV(BIT)
#define cbi(PORT,BIT) PORT &=~_BV(BIT)
// 設定距離の EEPROM アドレス
#define EEPROM_DISTANCE 0x0000
// 押下継続フラグ
#define PRESS_DISTANCE_DOWN 0
#define PRESS_DISTANCE_UP 1
#define PRESS_MEASURE 2
// 関数プロトタイプの定義
void show7Seg(unsigned char digit, unsigned char pattern);
// 7 セグメント点灯パターンの定義
unsigned char segments[] = {0b11110011,
0b01100000,
0b11010101,
0b11110100,
0b01100110,
0b10110110,
0b10110111,
0b11100010,
0b11110111,
0b11110110};
// 7 セグメント点灯パターンの定義 (配線間違えていないバージョン)
//unsigned char segments[] = {0b11111100,
// 0b01100000,
// 0b11011010,
// 0b11110010,
// 0b01100110,
// 0b10110110,
// 0b10111110,
// 0b11100100,
// 0b11111110,
// 0b11110110};
// メイン関数
int main(void)
{
unsigned char distance; // 設定距離
unsigned short speed; // 測定速度
unsigned long pitchTime; // 投球時間
unsigned char pressFlg; // 押下継続フラグ
// ポート方向と内部プルアップを設定します。
DDRB = 0b00111111;
PORTB = 0b11000000;
DDRD = 0b00000000;
PORTD = 0b01000000;
// タイマーの設定をします。
TIMSK = (1<<TOIE0);
TCCR0A = (0<<COM0A1) | (0<<COM0A0) | (0<<COM0B1) | (0<<COM0B0) | (0<<WGM01) | (0<<WGM00);
TCCR0B = (0<<WGM02) | (0<<CS02) | (1<<CS01) | (1<<CS00);
sei();
// 設定距離を EEPROM から読み込みます。
eeprom_busy_wait();
distance = eeprom_read_byte(EEPROM_DISTANCE);
// 設定距離が範囲外の場合、初期値を設定します。
if (distance < 1 || distance > 99)
{
distance = 15;
}
// グローバル変数を初期化します。
speed = 0;
pitchTime = 0;
pressFlg = 0;
// メイン ループ
while(1)
{
// 設定距離の桁を分けます。
unsigned char distance2 = distance / 10;
unsigned char distance1 = distance - (distance2 * 10);
// 設定距離を表示します。
show7Seg(0, segments[distance1]);
if (distance2 > 0)
{
show7Seg(1, segments[distance2]);
}
// 測定速度の桁を分けます。
unsigned char speed3 = speed / 100;
unsigned char speed2 = (speed - (speed3 * 100)) / 10;
unsigned char speed1 = speed - (speed2 * 10) - (speed3 * 100);
// 測定速度を表示します。
if (speed1 > 0 || speed2 > 0 || speed3 > 0)
{
show7Seg(2, segments[speed1]); // 手元表示器用
show7Seg(5, ~segments[speed1]); // 主表示器用
}
if (speed2 > 0 || speed3 > 0)
{
show7Seg(3, segments[speed2]); // 手元表示器用
show7Seg(6, ~segments[speed2]); // 主表示器用
}
if (speed3 > 0)
{
show7Seg(4, segments[speed3]); // 手元表示器用
show7Seg(7, ~segments[speed3]); // 主表示器用
}
// 設定距離ダウンを検出します。
if (bit_is_clear(PINB, PB6))
{
// 押下継続でない場合
if (bit_is_clear(pressFlg, PRESS_DISTANCE_DOWN)) {
// 設定距離が 1m より大きい場合、1m ダウンします。
if (distance > 1)
{
distance--;
// 設定距離を EEPROM に保存します。
eeprom_busy_wait();
eeprom_write_byte(EEPROM_DISTANCE, distance);
}
// 押下継続フラグを立てます。
sbi(pressFlg, PRESS_DISTANCE_DOWN);
// 100マイクロ秒待ちます (チャタリング対策)。
_delay_us(100);
}
}
else
{
// 押下継続フラグを落とします。
cbi(pressFlg, PRESS_DISTANCE_DOWN);
// 100マイクロ秒待ちます (チャタリング対策)。
_delay_us(100);
}
// 設定距離アップを検出します。
if (bit_is_clear(PINB, PB7))
{
// 押下継続でない場合
if (bit_is_clear(pressFlg, PRESS_DISTANCE_UP)) {
// 設定距離が 99m より小さい場合、1m アップします。
if (distance < 99)
{
distance++;
// 設定距離を EEPROM に保存します。
eeprom_busy_wait();
eeprom_write_byte(EEPROM_DISTANCE, distance);
}
// 押下継続フラグを立てます。
sbi(pressFlg, PRESS_DISTANCE_UP);
// 100マイクロ秒待ちます (チャタリング対策)。
_delay_us(100);
}
}
else
{
// 押下継続フラグを落とします。
cbi(pressFlg, PRESS_DISTANCE_UP);
// 100マイクロ秒待ちます (チャタリング対策)。
_delay_us(100);
}
// 測定ボタンを検出します。
if (bit_is_clear(PIND, PD6))
{
// 押下継続でない場合
if (bit_is_clear(pressFlg, PRESS_MEASURE)) {
if (pitchTime == 0)
{
// 測定中でない場合、測定速度をクリアし、投球時間を保持します。
speed = 0;
pitchTime = millis();
}
else
{
// 測定中の場合、現在の時間 (捕球時間) と投球時間の差から測定速度を求めます。
speed = (double) distance * 3600 / (millis() - pitchTime);
// 測定速度が 999km/h を超える場合、999km/h に設定します。
if (speed > 999)
{
speed = 999;
}
// 投球時間に 0 を設定します (測定中でないことを表します)。
pitchTime = 0;
}
// 押下継続フラグを立てます。
sbi(pressFlg, PRESS_MEASURE);
// 100マイクロ秒待ちます (チャタリング対策)。
_delay_us(100);
}
}
else
{
// 押下継続フラグを落とします。
cbi(pressFlg, PRESS_MEASURE);
// 100マイクロ秒待ちます (チャタリング対策)。
_delay_us(100);
}
}
}
// 7 セグメント表示器に数字を表示します。
void show7Seg(unsigned char digit, unsigned char pattern)
{
unsigned char i;
// シフト レジスタにパターンを送り込みます。
for (i = 0; i < 8; i++)
{
if ((pattern & 1) == 0)
{
sbi(PORTB, PB5);
}
sbi(PORTB, PB4);
cbi(PORTB, PB4);
cbi(PORTB, PB5);
pattern = pattern >> 1;
}
// ライン デコーダに値を設定します。
for (i = 0; i < 3; i++)
{
if ((digit >> i & 1) == 1)
{
sbi(PORTB, PB3 - i);
}
else
{
cbi(PORTB, PB3 - i);
}
}
// ライン デコーダのイネーブルをオンにし、100マイクロ秒待ちます。
sbi(PORTB, PB0);
_delay_us(100);
// ライン デコーダのイネーブルをオフにします。
cbi(PORTB, PB0);
}
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