白色LEDの本命、クルムス蛍光体の白色LED

201210月発表の新しい白色LEDは、従来白色LEDの課題を一気に解決する可能性があります。

  新白色LED 従来白色LED
蛍光体 クルムス:Cl_MS YAG、窒化物
LEDの構造  出典:小糸製作所 面光源:810mm

Cl_MS蛍光体白色LED構造
Cl_MS蛍光体白色LED構造
点光源:23mm 

 

従来白色LED構造
従来白色LED構造

 

LEDのまぶしさ すくない あり
LEDの照射範囲 広い 狭い(指向性あり)
照明装置での拡散板 不要 必要
LEDばらつき 少ない(色ランク不要) あり(色ランク分別で対応)
コスト 従来白色LEDと同等の見込み 量産効果で下がってきた

 

特徴は、点光源でないこと。蛍光体は、Cl_MS:クルムスと呼ばれる、ありふれた元素を主成分とした新しい結晶構造を持つ物質。従来白色と同じ発光量で、1個あたりのLEDが大きいので、まぶしさが低く、照射範囲が広くなり、結果、拡散板も不要になる。また、LEDを照明装置に実装する時に問題となる、LEDの発光バラツキが少ないので、色ランクでLEDを分別する必要もなくなる。蛍光体は、ありふれた元素でも、紫色チップが現状ではコスト高、しかし、量産効果で青色チップと同等になるらしい。

まさに、現状白色LEDの課題を解決する、照明向けの本命LEDが登場したようです。使ってみたい。

特徴を活かしたメイン関数の効果

前回紹介した、最新マイコンの特徴を活かすメイン関数の効果を示します。

測定は、RL78/G13 Stickスタータキットの、低消費電力動作デモンストレーション用J3コネクタを使います。このコネクタは、通常動作、HALTSTOPSNOOZEの各モードでの消費電流を測るものです。このキットに、適当なプログラムを書き込んで、メイン関数内に低消費電力モードのHALTがある場合とない場合で、どの程度差があるかを実測しました。

測定条件

消費電流

メイン無限ループ内にHALT()がある時

1.95mA

HALT()無しの時

5.70mA
測定結果と測定方法
低消費電力モードの効果と測定方法

メイン関数の無限ループ内でHALTの時間割合が多ければ多い程、消費電流を下げることができるので、ここで示した値は、目安で、平均消費電流です。しかし、HALTがメイン無限ループ内にあるだけで、マイコン消費電力が半分以下になることが判ります。

特徴を活かしたメイン関数の効果

前回紹介した、最新マイコンの特徴を活かすメイン関数の効果を示します。

測定は、RL78/G13 Stickスタータキットの、低消費電力動作デモンストレーション用J3コネクタを使います。このコネクタは、通常動作、HALTSTOPSNOOZEの各モードでの消費電流を測るものです。このキットに、適当なプログラムを書き込んで、メイン関数内に低消費電力モードのHALTがある場合とない場合で、どの程度差があるかを実測しました。

測定条件

消費電流

メイン無限ループ内にHALT()がある時

1.95mA

HALT()無しの時

5.70mA
測定結果と測定方法
低消費電力モードの効果と測定方法

メイン関数の無限ループ内でHALTの時間割合が多ければ多い程、消費電流を下げることができるので、ここで示した値は、目安で、平均消費電流です。しかし、HALTがメイン無限ループ内にあるだけで、マイコン消費電力が半分以下になることが判ります。

最新マイコンの特徴を活かすmain関数とは?

最新マイコンには、20MHzを超える高速動作と消費電力を抑えた2つの動作モード、このモードを効率的に切り替える仕組みを持ちます。この特徴を活かすメイン関数をRL78/G13G14で示します

最新マイコンの特徴を活かすメイン関数

ポイントは、メイン関数の無限ループ内で、高速動作後、低消費電力モードへモード切替することです。低消費電力モードからの復帰は、タイマ割込みや外部割込みなどの割込み処理で行います。

図1 最新マイコンの特徴を活かすmain関数
図1 最新マイコンの特徴を活かすmain関数

 

低消費電力モード中は、電力消費が低下しますので、このモードの時間が長ければ長いほど、マイコントータルの消費電力は下がります。このため、最新マイコンには、高速動作モードと低消費電力モード、効率的なモード切換え機能の3つが備わっています。

高速動作モード

RL78/G13G14は、最大32MHz、世界定番のCortex-M0マイコンは、最大50MHzなど最新マイコンの動作速度は、簡単に入手できる20MHz発振器を大きく超えるものがほとんどです。また、動作電圧範囲も1.8Vから5.5Vまでと広範囲で、マイコン以外のデジタルデバイスとの接続トレランスは良好です。

但し、RL78マイコンは、供給電圧:VDDによりCPUの最大速度が異なるので、図2のコード生成時の動作モード設定には、注意が必要です。図3から、RL78/G13G14は、2.7(V)VDD5.5(V)範囲では、最大32MHzの高速メイン・モードで動作しますが、1.6(V)VDD1.8(V)時は、4MHz動作が最大となります。

どの動作モードに設定してもRL78マイコンは、高速処理で、かつ、高速処理中でも電力消費は低いことが判ります。

図2 コード生成の動作モード設定画面
図2 コード生成の動作モード設定画面

 

図3 RL78/G13,G14の動作電圧と動作電流
図3 RL78/G13,G14の動作電圧と動作電流 (ルネサスエレのRL78ファミリマイコン資料より抜粋)

低消費電力モード

最新マイコンには、通常動作と別に低消費電力モードが必ずあります。機種によりスリープやHALTなど、呼び名が異なりますが、いずれもCPUや一部の内臓周辺機能へのクロック供給を停止し、電流消費を低減させるモードです。

RL78/G13G14では、図4HALTに相当する低消費電力モードは、通常動作と組み合わせて使うことが重要です。つまり、一般的なメイン無限ループ内の処理を、図1に示したように、割込み起動の通常処理後は、ループを無駄に回さず、低消費電力へモードを切替えることで、本来の組込みマイコン高速処理が実現できるのです。

図4  RL78/G13、G14の動作モード
図4 RL78/G13、G14の動作モード(RL78ファミリマイコン資料より抜粋)

高速なモード切換え

RL78/G13G14には、割込みバンクが4面あることや、高速に関数を呼び出すcalltなどの仕組みがあり、割込み処理のオーバーヘッドを少なくすることができます。一方、Cortex-M0マイコンには、モード切換えを高速にする専用回路:NVIC (Nested Vectored Interrupt Controller)が実装されています。

RL78/G13G14実務向けスケルトンテンプレート

最新マイコン機能は上手く使わないと、実務向けプログラミングはできません。マニュアルには、これら機能の説明はあります。しかし、その背景にある使い方については、記述されていません。使い方は、ユーザマターだからです。背景理解度が低い者には、宝の持ち腐れになりかねません。

また、サンプルプログラムや、チュートリアルで紹介される処理は、内容理解に重点をおいた記述になっています。中級者以上ならば、これらをヒントにアレンジし、最新マイコンの宝を駆使したプログラミングができます。

今回はメイン関数のみを示しました。本ブログ読者対象である、初心~中級者向けに、近日中に、実務に使えるRL78/G13G14向けの実務向けスケルトンテンプレートをフリーウエアで公開する予定です。組込みソフトのフリーウエアはあまり見かけませんが、このテンプレートは、サンプルプログラムなどで掲載された関数を、手順に沿って簡単にテンプレートに組み込むことができるものです。ご期待ください。

LED照明と有機EL照明

LED照明と有機EL照明の特徴をまとめました。

  LED照明 有機EL照明
発光素子 半導体 有機物
素子の発光効率 高い 現状は低い。論理値限界はLEDと同程度。
光り方(輝度) 点光源。まぶしさ有り。 面光源。まぶしさ無し。
消費電力 低い 低い
コスト 量産効果で低下傾向 現状は高い。塗布できる発光材料なので設置コストは低い可能性大。
放熱対策 点光源のため、必須。 面光源、低消費電力のため不要の可能性大。
照明機器の応用 拡散板などの直視防止が必要、結果として機器発光効率を下げる。 発光パネルをそのまま機器に使えるので、素子の発光効率を下げずに済む。
演色性 高くなってきた 低い

 

スポット照明はLED、全体照明は有機ELなどに住み分けが進みのでしょうか? LED照明の点光源対策をせずに済むのは、魅力です。LEDの場合、せっかく高くなってきた発光効率を、まぶしさ防止のため、機器実装時に拡散板などで下げるので、悩みのタネです。

新規プロジェクト作成の3方法

新規プロジェクトを作成するには、CubeSuite+のスタート(S)画面から、“新しいプロジェクトを作成”を使うのが一般的です。このツールには、新規プロジェクト作成と、既存プロジェクト流用の2つの選択肢があります。しかし、いずれの方法でも、コード生成の設定値は、引き継がれません。

新規プロジェクト作成時の2つの選択肢
新規プロジェクト作成時の2つの選択肢

そこで、既存プロジェクトを流用し、かつ、コード生成の設定値も引き継ぐプロジェクト作成方法を紹介します。

既存プロジェクトを丸ごとコピーし、そのフォルダ名とプロジェクト名:既存プロジェクト名.mtpjを、新プロジェクト名に変更します。変更したプロジェクト名.mtpjをダブルクリックし、CubeSuite+を起動します。これで、既存プロジェクトとコード生成設定値が、両方とも新しいプロジェクトへ引き継がれます。一旦、CubeSuite+を終了します。新プロジェクトフォルダ内にある旧プロジェクト名.PC名.mtudファイルは、削除して構いません。新プロジェクト名.PC名.mtudファイルは、自動生成されています。

プロジェクト作成の3方法 コード生成設定値コピー 既存プロジェクトファイルコピー
新規プロジェクト作成 なし:新規コード生成必要 なし:userdefine.h新規作成必要
既存プロジェクト流用 なし:新規コード生成必要 あり
フォルダ丸ごとコピー あり:コピー済み あり

 

但し、第3の方法でも、コード生成を再実行した場合は、割込みバンク設定値(RB1/RB2/RB3)は、全てデフォルトのRB0に戻ります。RB0以外の割込みバンク使用時は、注意が必要です。

スタータキットでRSKを作る費用は?

E1がセットになったRSKRL78/G13開発に理想的だが、日本仕様とUS/Euro仕様の価格差が気になる、という内容を以前書きました。開発環境には、RSKとは別に、RL78/G13 Stickスタータキットという低価格品(3000円~5000円程度)があります。今回は、このスタータキットでRSKと同じ機能を実現する費用を概算します。

スタータキットとRSKの機能差を示します。

機能 スタータキット RSK
CPU R5F100LEAFB R5F100LEAFB
CPUピンヘッダ あり あり
CPUリセットボタン なし あり
E1インタフェース あり(ボックスヘッダなし) あり(ボックスヘッダあり)
UARTインタフェース なし あり
LCDインタフェース なし あり
EZ Emulatorインタフェース あり(P12/TxD0P14/RxD0使用) なし
ユーザSW なし 3
LED ユーザ1個、電源1 ユーザ4個、電源1
ポテンショメータ 1個(ANI2 1個(ANI6

 

スタータキットは、SWLEDの個数を減らしていますが、E1インタフェースは実装済みで、しかも、RSKと同一CPUです。CPUリセットボタンは、デバッガー経由でリセットできるので、不要です。また、CPUピンヘッダで全CPUピンが使用できるので、RSK実装のSWLEDもスタータキットへ追加可能です。LCDインタフェースも、よく使われる4-bit LCDモジュールインタフェースですので、IOピン6本で追加可能です。

スタータキットのP12/TxD0P14/RxD0を使用するEZ Emulatorインタフェースは、E1インタフェースの代替です。従って、キットでE1使用時は、別用途に使えます。

結局、スタータキットに、E1単体価格15,000円を加えて20,000円弱、LCDSWUARTなどを実装する手間と費用が更にかかりますが、RSKより安く機能実現ができそうです。逆に、製造ミスや実装の手間を考えると、RSKはリーズナブル価格だ、とも言えます。

CubeSuite+のワン・ポイント・アドバイス集

CubeSuite+を起動すると、ワン・ポイント・アドバイスが表示されます。結構、有用な情報ですが、ランダムに表示されるメッセージは、起動時に落ち着いて読むのには、向いていません。また、表示を消すのは、もったいない気がします。そこで、全アドバイスをテキスト一覧にしました。

201299日現在、アドバイスは、全部で45個あります。内訳は、CubeSuite+関連が26個、デバッグ関連が3個、プログラム解析プラグイン関連が16個です。実体は、C:\Program Files (x86)\Renesas Electronics\CubeSuite+\AdviceContents\CubeSuite+\ja-JPフォルダ内のadvファイルで、HTML記述されています。英語版もありました。原本に興味がある方は、ココを参照してください。

HTMLタグなどを削除し、テキストファイルにまとめたCubeSuite+のワン・ポイント・アドバイス集を作成しました。一度目を通しておくと、起動時にアドバイス表示をしなくても安心です。

Renesas Starter Kit for RL78/G13の価格差

20128月、Renesas Starter Kit for RL78/G13RSK RL78/G13と略)が日本発売されました。USやヨーロッパでは、201111月には発売中でした。早速購入を検討中ですが、気になる点があるので、まとめます。

キット内容は、RL78/G13マイコンR5F100LEAFB (ROM:64KBRAM4KBFlash4KB)実装のボードと、LCDディスプレイ、E1エミュレータから成るハードと、統合開発環境:IDEです。日本仕様:R0K50100LS000BEは、IDECubeSuite+無償版、US/Euro仕様:YR0K50100LS000BEは、IDEとしてIAR’s Embedded Workbench機能制限版です。どちらも、E1以外にテクニカルサポートなしは、同一条件。

気になる点は、その価格差です。20129月現在、R0K50100LS000BEYR0K50100LS000BEもチップワンストップから購入可能ですが、R0K50100LS000BE29000円、YR0K50100LS000BE20900円です。同一ハード構成で、IDEが違うだけで、8100円もの価格差があります。

因みに、ボード実装マイコンは、CubeSuite+無償版で開発できますので、価格差が生じる理由が判りません。また、RL78/G14RSKも販売開始されましたが、こちらもUS/Euroではe2StudioというIDEが実装されていて、日本仕様のCubeSuite+とは異なります。

結局、RL78/G13G14IDEは、CubeSuite+IAR’s Workbenche2Studio3種類あることが判ります。IDEですので、それぞれに機能差があるとは考えにくく、動作環境(Windows/Mac/Unix)やライセンス等の差のハズです。ということは、価格が安いUS/Euro版のYR0K50100LS000BEを購入し、無償版CuteSuite+をインストしても問題なさそうです。

日本仕様RSK RL78G13(左)とUS/Euro仕様(右)
日本仕様RSK RL78G13(左)とUS/Euro仕様(右)※Runesasサイトから抜粋

ROM容量64KB以下のRL78/G13開発ボードとして、RSK RL78/G13は理想的ですが、外見から判断する限り同一ハードですので、US/Euro仕様のYR0K50100LS000BEを購入して別途CubeSuite+無償版をインストするか、初めから日本仕様のR0K50100LS000BEを購入するか検討中です。

 

RL78/G14 Stick スターターキット、RL78/G13 Stick スターターキットのバックアップ使用可能

RL78/G14 Stick スターターキット(G14キットと略)が手元に届きました。これは、先日のRL78/G14ワークショップ参加時に配布予定でしたが、製造が間に合わず、後日宅配となったものです。

RL78/G14RL78/G13がパッケージピンコンパチで、載せ替え可能なことは、既に掲載済みです。今回は、このG14キットと、RL78/G13 Stick スタータキット(G13キットと略)の関係を観ていきます。

RL78G14 Stick スタータキット
RL78G14 Stick スタータキット

コネクタ比較:G14キットとG13キットのコネクタ端子表を比べると、端子名は一部を除いて、一致しています。RL78/G14RL78/G13にプラスアルファの機能がありますので、その分が端子名の違いとして現れます。

RL78/G14キットとRL78/G13キットのコネクタ比較
RL78/G14キットとRL78/G13キットのコネクタ比較

メモリマップ比較:RL78/G14G13ともに、同一のROM64KB)、パッケージピン(64ピン)で比較すると、RAM5.5KB4KBの差がありますが、その他はフラッシュRAMも含めて同一メモリマップとなっています。

以上のことから、RL78/G14のプラスアルファ機能を使わなければ、G14キットは、G13キットのバックアップとして使えることが判ります。G14キットには、2個のタクトスイッチが追加実装されていますので、より効果的に開発できます。