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IoT時代の信号処理アルゴリズム
（座学）
ET＆IoT展 2019 内
APSハンズオン・ワークショップ
インスケイプ株式会社開発局 – 菅井賢

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23分でわかるΔΣADCの仕組み（2分目）
Step4
次に、Aiを4つにして Vref も1つ増やして3つ
にして比較します。すると、この時点で、Aiは
Vrefの約3/4だということがわかります。
m個の
Vref
n個のAi
VrefAi
Aiの数と、比較する
Vrefの数を徐々に
増やして比較を繰
り返します。
最終Step
決められた回数（n回)繰り返し、Aiがn個、
Vrefがm個累積されたとします。
すると、m:nがAiとVrefの比になります。
Step3
次に、AiとVrefを1つづつ増やして比較
します。 Ai3つの方がVref 2つよりも大
きくなります。
Ai= Vref
m
n
ほぼ同じ
になる
マイコンでは、サンプリングという手法で、この動作を行います。
具体的な手順を次のスライドで説明します。
Vref
Ai
Ai
Vref
Ai
Vref
Ai
Ai
Vref
Ai
Ai
Vref
比較のルールは、Aiは常に
加算（累積）する。VrefがAi
の累積よりも小さくなったら、
Vrefを一つ加算する。
3つのAiは2つのVrefより大きい。すなわち、
(2/3)Vref<Ai<Vref だとわかる。

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3インパルス応答(線形システム解析)
連続アナログ系の信号を解析する手法として、インパルス応答とい
う手法があります。インパルス応答とは、システムに単位インパルスを
加えたときの応答です。
1. 連続したアナログ信号をそのまま解析すると難しいので
インパルスに分解します。
1. 一つのインパルスの応答波形は伝達関数がh(t)の場合、応答後
の信号は y(t)=h(t)＊x(t) で求められます。
2. 線形システムの定義から、この系には重ね合わせの原理が成立
し、一つ一つのパルスに対するそれぞれの応答波形を加えたも
のが、結局、入力信号の全体に対する応答波形になります。
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14
時間
Ai
(アナログ信号)
t0
インパルスに
分解
X(t1)
X(t2)
X(t3)
X(t4) X(t5)
X(t6)
X(t7)
X(t8) X(t9)
X(t10)
X(t11)
X(t12)
X(t13)
X(t14)
インパルス応答
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7t0
X(t1) y(t1)=h(t)＊x(t1)
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7t0
X(t2)
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
y(t2)=h(t)＊x(t2)
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7t0
X(t14) y(t14)=h(t)＊x(t14)
重ね合わせの定義
t13 t14 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7t0 t13 t14
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7t0 t13 t14
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7t0 t13 t14
º
h(t)
h(t)
h(t)

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4
計測と信号処理の開発を体験する
（実習）

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5
今回の実習で使うNucleoボードは、STマイクロエレクトロニクスオリジナルJTAGツールの「ST-Link」が付いています。
この「ST-Link」はJTAGツールの機能と同時にVirtual Portという機能で、シリアルポートを使ってPCと通信することがで
きます。
組み込みシステムなどで使われるUSARTは、
USART同士の通信となり、PCと通信する
ことは稀ですが、実習では通信データを
確認するためにPCを使います。
今回の実習では、PC側の通信ソフトは
Tera Termを使います。
（Hyper Terminalでも可能です）
マイコン内のデータをUARTを使ってPCに送る
IDE実行
Tera Term
の実行

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6
ライブウォッチの設定
ダウンロードが完了したらデバッグモードの表示
に切り替わります。
ここで、先ほどのライブウォッチが残っていますの
で、「 TEMPERATURE 」を追加します。
ライブウォッチへの変数追加できたらF5キーなど
で実行します。
右図では2.56866…×101= 25.6866…℃と表示さ
れています。
追加

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7デバッグモード
ダウンロードが完了したらデバッグモードの表示に切り替わります。

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8
「USART2」の設定 8
Connectivity → USART2 → USART2 Mode and Configuration
Modeを
「Asynchronous」
Hardware Flow
Control(RS232)を
「Disable」
にします。
Parameter Settingは
DefaultでOKです。
（使用するPCとの通信
条件に合わせて、変更
可能です。）
設定が終わるとピンが
緑色に変わります。

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9プリプロセッサの追加インクルードディレクトリ設定
C/C++コンパイラのプリプロセッサの追加インクルードディレクトリに以下の定義を追加します。
C:¥APS¥ADC¥Drivers¥CMSIS¥DSP¥Include
ここをクリック
ここをクリック
C:¥APS¥ADC¥Drivers¥CMSIS¥DSP¥Include
を指定。
「Select Folder」をクリックすると
前画面に戻るので「OK」。

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10
Cortex-M®マイクロコントローラ
徹底解説

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11
マイコンの性能比較(ベンチマーク）：CoreMark
CoreMark
2009年に、マイクロプロセサやDSPなどのベンチマーク・テストの策定を手掛ける米EEMBCが、CPUコアの評価に特化したベンチマー
ク・テスト「CoreMark 」を発表した。現在では、8ビット～32ビットなどの多数のアーキテクチャのCPUコアを評価するための汎用的なベン
チマーク・テストとして使用されている。実際のCorMarkの評価結果はEEMBのWeb siteで見ることが出来る。
（ https://www.eembc.org/coremark/scores.php ）
• IDEのコンパイル効率やFlashの読み出し速度も考慮されているので、製品ベースでの比較が可能。
• DMIPSよりは、マイコンの製品ベースの比較としては、ある程度の実使用に近い指標にはなるが、ユーザーのコードがこれらの処理と極
端に異なる場合はあまり参考にはならない。
コア M0+ M0 M3 M4 M7 M23 M33
最大動作周波数
(MHz)
30 50 180 204 400 120 120
最大
CoreMark(/MHZ)
2.42 2.33 3.32 3.4 5.04 2.5 3.86
最大CorMark 72.6 116.5 597.6 693.6 2016 300 463.2
Cortex-MのCoreMark （Arm Cortexプロセッサガイドより)

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12
マイコンの用途まとめ
消費電力
価格周辺機能
バーコードリーダー、ATM、ETCシステム、プリンター（複合機）、携帯電話
、一眼レフ･デジタル･カメラ、Ethernetシステム、
グラフィック･レコーダー、スキャナ、FAX、プロジェクター、Bluetooth®システ
ム
自動販売機（ハイエン
ド）、
自動改札機など
8ビット（エントリ・モデル）～8ビットマイコン（ミドルレンジ/ハイエンド）～16ビットマイコン
32ビットマイコン～
プロセッサ
電卓、リモコン各種、
体温計、体重計など
電話機、スイッチ･システム、
煙感知器、電源アダプタなど
デジタルオーディオ、エアコン、システムキッチン、家庭用プリンター、生活家電
（テレビ、冷蔵庫、電子レンジ、炊飯器など）、楽器、FA 、加湿器、サーモスタット、
エアークリーナ、食洗機、水道メータ、コーヒーメーカー、ヘアードライヤー、
電力メータ、ファンヒーター、掃除機、ホーム･セキュリティ、ビル用煙感知器、
ライティング･システム、自動販売機（エントリ・モデル～ミドル・レンジ）
STB、ゲーム機など
デジタル･カメラ、無線機、
健康機器（血圧計、血糖値計など）、ガスメータ、
医療機器（ぺースメーカー、インシュリン･ポンプなど）、電動髭剃りなど
Cortex-Mは全ての用途に適用可能
性能

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