Lesson 4 REGISTERS AND PORTS
Elenco Electronics社のコンピュータートレーニングボード MICRO-MASTER MM-8000 の Lesson 4 に関するメモです．ここでは，I/Oポートの取り扱いを学習する．
REGISTERS and PORTS
はじめに
MPUは，メモリーの他にI/Oポートとデータの入出力を行う．ここでは，主にI/Oポートの取り扱いについて勉強する．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，動作を確認する．前の Lesson の RAM と同じような経験をする．
外部機器とデータを入出力するインターフェースをI/Oポートという．端的に言うと，コンピューターと外部機器の接点のことである．ここを通して，MPUは，外部機器(キーボードやハードディスクなど)のデータの入出力を行う．
このキットで使っている Intel 8155 には AとB, Cの3つのポートがある．これらのポートを使って，MPUと外部機器はデータの受け渡しを行う．8155は MPU と外部機器との間にあり，それぞれの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．詳細についてはデータシートをみると良い．また，ブロックダイアグラムとピン番号は，次の図の通り．
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| 8115 ブロックダイアグラム | 8115 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．
- CE を Low にする．これにより，このICが動作状態になる．
- 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．
RAM同様，MPUはI/Oポートともデータの受け渡しを行う．I/Oポートとのデータの受け渡しは，レジスターを使う．レジスターは，RAMの記憶場所と同じように考えることができる．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．
8085には，4つのレジスターがある．その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．
| アドレス | レジスター名 | 機能 | bit |
|---|---|---|---|
| xxxxx000 | コマンド/ステータスレジスター | 8155の外部ポートとタイマーの設定を行う． 8511の状態を表す． |
8 |
| xxxxx001 | PAレジスター | Aポートとのデータの受け渡しに使う． | 8 |
| xxxxx010 | PBレジスター | Bポートとのデータの受け渡しに使う． | 8 |
| xxxxx011 | PCレジスター | Cポートとのデータの受け渡しに使う． | 6 |
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．
- AD0〜AD7にこれらのアドレスを設定する．
- 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．
- 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 WR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，8115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．
| ビット | 名称 | 機能 | |
|---|---|---|---|
| 第7, 6ビット | TM2,TM1 | 00:タイマー動作に影響なし | 01:タイマーを停止 |
| 10:TCに達すると停止 | |||
| 11:タイマー停止中 モードとCNTをロードして，スタート. タイマー動作中 TC到達後にモードとCNTをロードして，再スタート |
|||
| 第5ビット | IEB | 0:ポートBの割り込みを禁止 | 1:ポートBの割り込みを許可 |
| 第4ビット | IEA | 0:ポートAの割り込みを禁止 | 1:ポートAの割り込みを許可 |
| 第3, 2ビット | PC2, PC1 | 00:prot C は入力 | 11:prot C は出力 |
| 01:prot C は出力とPAをハンドシェーク付きIO | |||
| 11:PAとPBをハンドシェーク付きIO | |||
| 第1ビット | PB | 0:prot B は入力 | 1:prot B は出力 |
| 第0ビット | PA | 0:prot A は入力 | 1:prot A は出力 |
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，8115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．
| ビット | 名称 | 機能 |
|---|---|---|
| 第7ビット | 未使用 | |
| 第6ビット | Timer | TCに達したときに High.リセットは，ステータスレジスターの読み込み，あるいはRESTをHigh. |
| 第5ビット | INTE B | ポートB割り込み許可 1:許可 0:禁止 |
| 第4ビット | B BF | ポートBバッファフル 1:フル 0:空 |
| 第3ビット | INTR B | ポートB割り込み要求 1:あり 0:なし |
| 第2ビット | INTE A | ポートA割り込み許可 1:許可 0:禁止 |
| 第1ビット | A BF | ポートAバッファフル 1:フル 0:空 |
| 第0ビット | INTR A | ポートA割り込み要求 1:あり 0:なし |
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
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| 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 NPN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(NPN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
TEST PROCEDURE
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| FUNCTIONAL TESTの様子 |
参考文献・WEBサイトなど
- データシート「8155(H)/8156(H)」
- 半導体コレクション展示会場の8155, 8156のページ
last update:2009/03/03 16:04:30