Lesson 4REGISTERS AND PORTSレジスターとIOポート

REGISTERS and PORTS

はじめに

MPUは，メモリーの他に外部周辺機器とのデータの入出力を行う．周辺機器には，キーボードやハードディスク，プリンターなどがある．これら外部機器との接続口をI/Oポートと言う．ただし，MPUのI/Oポートに直接周辺機器を接続することはなく，通常は周辺回路を通す．すなわち，MPU⇔周辺回路⇔外部機器となる．MPUと外部機器との間にある周辺回路は，データを受け渡すバッファーのような役割を担っている．

MM-8000ではIntel 8155を周辺回路に用いて，MPU(Intel 8085)は外部機器と接続するようになっている．この周辺回路と外部機器との接続口もI/Oポートと言う．ここではこのI/0ポートとそれをコントロールするレジスターの取り扱いについて学習する．このキットでは，MPU使ってI/Oポートをコントロールする前に，人間がスイッチによりそれを制御し，8155の動作を理解する．前の Lesson の RAM と同じような経験をするのである．

Intel 8155 には A(8bit)とB(8biy), C(6bit)の3つのポートがある．それらは，コマンド/ステータスレジスターの値により制御される．コマンドレジスターでポートの動作を指定し，RAMと同じようにアドレスデータバスからデータを読み込む．ステータスレジスターの値を読み込むと8155の状態を知ることができる．

Intel 8155のブロックダイアグラムとピン番号は，次の図の通りである．詳細についてはデータシートをみることを勧める．

8155 ブロックダイアグラム	8155 ピン配置

I/Oポート

使い方

8155はRAMとI/Oポートの機能がある．それらを同時に使うことはできない．IO/Mピンを High/Low にすることとで，それらの機能の選択を行う．I/Oポートを使う具体的な手順は次のようにする．

1. CE を Low にする．これにより，このICが動作状態になる．
2. IO/Mを High にする．これにより，アドレスバスとデータバスが，RAMではなくI/Oポートに接続される．

8155ではRAMの場合と同じように，レジスターと呼ばれる記憶領域を通してI/Oポートの向こう側にある機器とのデータの受け渡しを行う．MPUから見ると，周辺機器ではなくレジスターと呼ばれる記憶領域が見える．したがって，機器であってもほとんどRAMと同じように考えることができるので便利である．レジスターとのデータの受け渡し方法は，アドレスバスでレジスターを指定し，データバスでデータの受け渡しを行う．

8155には，I/Oポートに関係する4つのレジスターがある．そのほか，タイマーに関する2つのレジスターもあるが，それらについては「TIMER」のところで述べる．I/Oポートに関するレジスターのアドレスと役割は次の通り．アドレスの'x'は，0でも1でも良いことを示す．いわゆる"don't care"のこと．

これらのレジスターへの書き込み/読み込みの手順は，RAMの場合と全く同じようにする．

1. AD₀〜AD₇にこれらのアドレスを設定する．
2. ALEを一度，High にする．立ち下がりのエッジでアドレスを読み込む．これにより，操作対象のレジスターが決まる．
3. 書き込みと読み込みの動作を行う．それぞれは，以下の通り．
   • 書き込み書き込むデータをAD₀〜AD₇を設定した後，WRを Low にする．
   • 読み込みRDを Low にすると，AD₀〜AD₇にデータが出力される．

コマンド/ステータスレジスター

コマンド/ステータスレジスター(command/status register)は，書き込みに時(WRがLow)にはコマンドを書き込み，読み込み時(RDがLow)にはステータスを読み込む．前者をコマンドレジスターと呼び，8155へ命令を与える．後者をステータスレジスターと呼び，8511の状態を示す．

コマンドレジスターこの Lesson で学ぶ I/Oポートの設定は，コマンドレジスターより決める．コマンドレジスターに書き込む各ビットは次のようになっている．

ステータスレジスターステータスレジスターを読み込むと，8155の状態を知ることができる．ステータスレジスターが表す各ビットの内容は次のようになっている．

汎用ポート

PAとPB，PCは汎用ポートで，RAMと同じように読み書きができる．これらのポートの入力/出力の設定は，コマンドレジスターで行う．読み/書きには「使い方」で述べたように，アドレスバスとデータバスを使う．

大事なことは，I/Oポートを通して外部機器とのデータの受け渡しを行う場合でも，アドレスバスとデータバスを使うことである．こうすることにより，MPU からは，RAMも外部機器も同じように見える．外部機器に依存して，コンピューターを設計する必要がなくなるので，コンピューターそのものが単純になる．その分，外部機器の方をコンピューターに合わせる．

ASSEMBLY INSTRUCTIONS

交換したトランジスター

とくに難しい半田付けはなく，マニュアルの通りにする．この課程で，A70というトランジスターが1個不足している—最初から入っていない—ことが分かった．その代わりに，A20というトランジスターが入っている．データシートによると，どちらも PNP型のシリコントランジスターで，特性も大きくは違わない．スイッチとして使っているだけなので，問題ないだろうと判断する．

TEST PROCEDUREで動作不良が発生した．どうしても，DSP2の7セグが点灯しない．テスターで調べてみたところ，トランジスターQ1とQ2が怪しそうである．これらのトランジスターを交換することにする．2SA1015(PNP型シリコントランジスター)を大量に持っているので，それと交換．すると，TEST PROCEDUREの通り，問題なく動作した．

CIRCUIT DESCRIPTION

8155と2つの7セグとの接続は，下の図のようになっている．PORT B の出力が7セグのLEDに適当なドライバー回路を通してつながっている． 7セグの点灯/消灯は，PORT B の0/1で制御する．二つの7セグ(ISPLAY 1 と 2) はPORT C のビット0で選択できる．それを H(1)にすると，DISPLAY 1 が，反対に L(0)にすると DISPLAY 2 が点灯する．

8155と7セグの接続回路

TEST PROCEDURE

出来上がった回路は，次のようにして動作を確認し，8155の内容を理解する．

FUNCTIONAL TESTの様子

1. 電源を ON する．
2. IO/MをHにする．これで，8155のアドレスデータバスがIOポートになる．
3. RSボタンを押して，8155を初期化する．
4. EN RAMをONにする．これで，8155のCEがLになり，8155を動作状態にできる．
5. まずはアドレスの設定で，データスイッチを 0000 0000 にする．これで，AD₀〜AD₇がすべてLになる．そして，ALEボタンを押す．これで，8155のアドレスが 0000 0000 が指定され，コマンド/ステータスレジスターの読み書きが可能となる．
6. 次にコマンドレジスターに書き込みを行う．データスイッチを 1000 1110 にする．
   • 10:TCに達すると停止
   •  0:ポートBの割り込みを禁止
   •  0:ポートAの割り込みを禁止
   • 11:prot C は出力
   •  1:prot B は出力
   •  0:prot A は入力
   そして，WRボタンを押す．これで，コマンドレジスターに書き込みが完了．すると，DISP2のすべてのLEDが点灯する．ポートはすべて0(初期値)となっているからである．
7. ポートBを使うために，そのアドレスを設定する．データスイッチを0000 0010にして，ALEスイッチを押す．
8. ポートBの出力を設定する．データスイッチを0110 0001にする．WRボタンを押すと，DISP1の7セグに3が表示される．7セグのfとgと.が消えるから，3が表示される(図5)．
9. データスイッチをいろいろ変えて，WRスイッチを押すと7セグがそれに応じたパターンで表示される．
10. つぎに，DISP1に表示させてみよう．そのためには，ポートCの0ビットを1にする必要がある．データスイッチを0000 0011にして，ALEボタンを押す．これでデータバスがポートBに接続される．
11. データスイッチを0000 0001にして，WEボタンを押す．すると，DISP2からDISP1に表示が変わる．

READING AN OUTPUT PORT

ポートを出力に設定していても，データを読み出すこともできる．

1. ポートCを使うためのアドレスを設定する．データスイッチを0000 0011にして，ALEボタンを押す．
2. RDボタンを押すと，ポートCのデータを読み出すことができる．データに応じたアドレス/データスイッチの上のLEDが点灯する．ポートCは6ビットで，表示された上位の2ビットは意味はなく，1になるようである．
3. 同様に，他もアドレスの指定とRDボタンを押すことによりデータを読み出すことができる．

ページ作成情報

参考資料

更新履歴

last update:2016/03/06 17:16:36