PORTA

PORTA

PORT A è un registro a 8 bit per uso generico (GPIO - General Purpose IO) a cui sono solitamente associate parecchie funzioni alternative, in particolare quelle di ingresso del modulo convertitore analogico/digitale (AD).

Possiamo evidenziare, sullo schema di principio del microcontroller, le aree che interessano PORTA e che si possono riassumere in:

• funzione generale di I/O digitale

• ingressi del modulo di conversione analogico/digitale (AD)

• comparatori analogici

• tensione di riferimento del modulo AD e dei comparatori

• ingresso del modulo HLVD

• ingresso esterno del TIMER0 (come contatore)

• ingresso SS del modulo MSSP (come Slave)

• ingresso/uscita dell' oscillatore principale

Nello schema di principio del controller, mettiamo in evidenza il PORTA e i circuiti associati:

Fisicamente i pin si trovano qui:

Microchip mantiene un ragionevole senso nella disposizione delle funzioni cercando di porle in modo successivo in corrispondenza dei pin. Va notato che RA7 e RA6 sono funzioni "secondarie" dei pin 9 e 10, in quanto essi sono previsti per l' oscillatore. Però, dato che i PIC18 dispongono di un ampio spettro di possibilità di funzionamento con l' oscillatore integrato, senza elementi esterni,  questi pin possono essere rilasciati a completare PORTA.

Dal punto di vista elettrico, il pin del PORTA può essere schematizzato in questo modo:

Questo schema di principio è valido per i PORTA 0, 1, 2, 3, 5. Un elemento del bus dati (a 8 bit) è collegato al latch dei dati (in uscita - Data Latch), al registro del TRIS (TRIS Latch) e, attraverso un buffer tree-state, al latch di ingresso. Una coppia di MOSFET P e N pilota il pin quando è programmato come uscita. Se viene programmato come ingresso attraverso il TRIS (Tree-state Register), il buffer di uscita viene disabilitato e il pin è collegato solamente ad un buffer TTL e ad un ingresso del modulo AD. Se viene selezionata la modalità analogica (attraverso ADCON1), il buffer TTL è bloccato e il segnale del pin perviene solamente al modulo AD (una lettura del PORTA riporterà 0 per i pin configurati come analogici).

Leggermente diversa è la struttura di RA4.  Se resta identico il sistema dei registri di latch, TRIS e dati, una differenza sensibile è il buffer di uscita: si tratta di un open drain su un MOSFET a canale N, quindi collegato con il source alla Vss. Dato che l' ingresso può essere diretto al TIMER0, il gate TTL viene sostituito da uno Schmitt Trigger, con funzione di "ripulitura" del segnale. Altra differenza riguarda il fatto che questo pin non fa parte degli ingressi AD, ma può, invece, diventare uscita del comparatore 1 (C1OUT). La selezione viene effettuata con un bit del registro CMCON. Una descrizione più dettagliata della struttura dei port è disponibile qui.

La tabella seguente riporta il quadro completo di queste possibilità. Da notare che, a seconda della funzione programmata, possono esserci disponibili diversi tipi di buffer collegato al pin: ad esempio, il pin relativo al TIMER0  è uno Schmitt Trigger (allo scopo di squadrare al meglio il segnale); negli altri pin il buffer di ingresso è adeguato ai livelli logici TTL.
Le uscite digitali sono delle coppie CMOS, escluso RA4 che è un open drain.

 

Pin	Funzione	TRIS	I/O	Tipo	Descrizione
RA0 AN0 C1-	RA0	0	O	DIG	LATA<0> uscita digitale
		1	I	TTL	PORTA<0> ingresso digitale
	AN0	1	I	ANA	ingresso analogico canale 0 ingresso comparatore C1-
RA1 AN1 C2-	RA1	0	O	DIG	LATA<1> uscita digitale
		1	I	TTL	PORTA<1> ingresso digitale
	AN1	1	I	ANA	ingresso analogico canale 1 ingresso comparatore C2-
RA2 AN2 Vref- C2+ CVref	RA2	0	O	DIG	LATA<2> uscita digitale
		1	I	TTL	PORTA<2> ingresso digitale
	AN2	1	I	ANA	ingresso analogico canale 2 ingresso comparatore C2+
	Vref-	1	I	ANA	ingresso tensione di riferimento (low) del convertitore A/D
	CVref	-	O	ANA	uscita tensione di riferimento dei comparatori
RA2 AN2 Vref+ C1+	RA3	0	O	DIG	LATA<3> uscita digitale
		1	I	TTL	PORTA<3> ingresso digitale
	AN3	1	I	ANA	ingresso analogico canale 3 ingresso comparatore C1+
	Vref+	1	I	ANA	ingresso tensione di riferimento (high) del convertitore A/D
RA4 C1out T0CKI	RA4	0	O	DIG	LATA<4> uscita digitale
		1	I	ST	PORTA<4> ingresso  digitale
	T0CKI	1	I	ST	ingresso clock esterno Timer 0
	C1out	0	O	DIG	uscita compratore C1
RA5 AN4 !SS HLVDIN C2OUT	RA5	0	O	DIG	LATA<5> uscita digitale
		1	I	TTL	PORTA<5> uscita digitale
	AN4	1	I	ANA	ingresso analogico canale 4
	!SS	1	I	TTL	Slave select dell' MSSP
	HLVDIN	1	I	ANA	ingresso rivelatore variazione di tensione
	C2out	0	O	DIG	uscita compratore C2
OSC2 CLKO RA6	RA6	0	O	DIG	LATA<6> uscita digitale	disponibile se selezionato  RCIO, ECIO, INTIO2
		1	I	TTL	PORTA<6> uscita digitale
	OSC2	-	O	ANA	feedback out dell' oscillatore (modi LP,XT.HS)
	CLKO	-	O	DIG	uscita clock /4 (modi RC, INTIO1, EC)
OSC1 CLKI RA7	RA7	0	O	DIG	LATA<7> uscita digitale	disponibile se selezionato  INTIO2
		1	I	TTL	PORTA<7> uscita digitale
	OSC1	-	I	ANA	ingresso oscillatore (modi LP, XT, HS)
	CLKI	-	I	ANA	ingresso clock (modi EC)

- = non dipende dal registro TRIS
DIG = uscita digitale
TTL = buffer di ingresso livello logico
ST = ingresso con trigger di schmitt
ANA = ingresso (uscita) analogico

I pin di PORTA posso quindi assumere le seguenti funzioni :

• GPIO (RA7:0)
  Si tratta della funzione generica di ingresso/uscita (GPIO General Purpose IO), dove la direzione è stabilita dal solito registro TRIS. PORTA è il registro dello stato della porta (in lettura e scrittura), mentre LATA è il registro del latch della porta in uscita.
  Solitamente PORTA non è presente al completo con tutti gli 8 bit, ma sono disponibili solo 6 pin, da RA0 a RA5. 
  I restanti due pin sono derivabili da quelli dell' oscillatore esterno (OSC1 e OSC2) nel caso in cui esso non venga usato (modi INTIO), dove possono dare origine a RA6 e RA7.
  
  Va ricordato anche che RA4 , come uscita digitale, è un open drain, quindi può comandare carichi appesi alla Vdd (sink current), ma non verso la Vss (source current), caso in cui va utilizzato con un pull-up esterno.
   

• ADC (AN4:0)
  La funzione ADC (Analog to Digital Converter) coinvolge i pin RA3:0 e RA5. Da osservare che RA4 non può assumere funzioni analogiche
  
  L' operatività dipende dal registro ADCON1 (ved. Modulo AD). 
  Ad esempio, per programmare tutti i pin come GPIO, escludendo le funzioni analogiche, occorrono le seguenti due righe :

            movlw   0x07
      movwf   ADCON1

ATTENZIONE: Dopo il reset del Power-On, i pin RA3:0 e RA5 sono configurati per default come ingressi analogici, mentre RA4 è un ingresso digitale. Questo rende indispensabile, nelle prime fasi di inizializzazione dell' hardware, dedicare una parte alla corretta definizione delle funzioni di questi pin.

Della funzione analogica fanno parte anche gli ingressi +Vref e -Vref, abilitabili sui pin indicati.
Il foglio dati, in relazione al modulo AD, riporta una tabella delle funzioni di ADCON1, in cui i bit PCFG3:0 permettono di selezionare quali port dedicare all' analogica. Si può osservare che la tabella ha contenuto "triangolare", il che permette di assegnare alla funzione analogica uno o più pin in sequenza.

Da osservare che In alcuni processori la funzione analogica può essere attribuita anche a pin di PORT B o PORT E.
Siccome anche qui, per default al Power On ai pin viene assegnata la funzione analogica, occorrerà agire sulla configurazione o siui registri per poter utilizzare questi pin come IO.
Altri dettagli sono disponibili nelle pagine relative al modulo AD.

• Comparatori analogici
  La famiglia PIC18F432x mette a disposizione due compratori analogici i cui pin di ingresso /uscita possono essere multiplexati sui pin di PORTA . Le funzioni di comparazione sono controllate da appositi registri (COMCON<2:0>) attraverso cui possono essere configurate e abilitate/disabilitate.
  I pin attribuiti ai comparatori come ingressi o uscite non sono impiagabili come GPIO o peraltre funzioni speciali.
  Per default i comparatori sono disattivato dopo un POR, ma, in ogni caso, se le funzioni di comparazione non sono usate, è opportuno disabiltarle nelle prime righe del programma.
  Altri dettagli sono disponibili nelle pagine relative ai comparatori.
   

• Modulo Generatore della tensione di riferimento
  Pensato principalmente per l' uso con i comparatori, questo modulo può essere impiagato anche per scopi diversi, avendo la possibilità di collegare la sua uscita con il pin RA2 (che, in queste condizioni, non può avere alcun altro impiego).
  Altri dettagli sono disponibili nelle pagine relative ai comparatori.
   

• Ingresso modulo HLVD
  Il modulo rivelatore di variazione di tensione può avere un ingresso esterno attraverso RA4.
  Altri dettagli sono disponibili nelle pagine relative al modulo HLVD.
   

• Ingresso salve select dell' MSSP
  Il port RA5 è l' ingresso di slave select del modulo MSSP.
  Altri dettagli sono disponibili nelle pagine relative al modulo MSSP
   

• Ingresso del Timer0
  Il port RA4 può essere utilizzato come ingresso (Schmitt trigger) per il Timer0.
  Altri dettagli sono disponibili nelle pagine relative al TIMER0

Inoltre, come detto, i pin "extra" RA6 e RA7 sono derivabili come GPIO o come ingressi/uscite del modulo oscillatore a seconda di come questo è configurato. La scelta della modalità dell' oscillatore viene fatta con le righe di configurazione iniziale del sorgente e non è mutabile durante l' esecuzione del programma.

A seconda della modalità scelta, RA6 e RA7 possono essere:

Funzione		RA6	RA7
oscillatore  XT, HS, LP		oscout	oscin
oscillatore esterno	EC	F/4	oscin
	ECIO	GPIO	oscin
oscillatore RC	RC	F/4	oscin
	RCIO	GPIO	oscin
oscillatore interno	INTIO1	F/4	GPIO
	INTIO2	GPIO	GPIO

 Maggiori dettagli sono reperibili nelle pagine dedicate ai modi dell' oscillatore.

 

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I registri associati a PORTA

I registri associati all' uso di PORTA sono i seguenti :

Nome	bit 7	bit 6	bit 5	bit 4	bit 3	bit 2	bit 1	bit 0
PORTA	RA7*	RA6*	RA5	RA4	RA3	RA2	RA1	RA0
LATA	Data latch
TRISA	Data direction - 1 = input / 0 = output
CMCON						CM2	CM1	CM0
CVRCON	CVREN	CVROE
ADCON1					PCFG3	PCFG2	PCFG1	PCFG0
CONFIG1H					FOSC3	FOSC2	FOSC1	FOSC0

I bit non indicati non sono usati dalla gestione di PORTB. I bit indicati con * sono eventualmente disponibili solo se si è configurata una modalità di oscillatore interno.

 

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Situazione al POR

Al POR :

• TRISA = 11111111, ovvero la direzione generale dei pin è come ingresso.

• PORTA e LATA hanno contenuto indeterminato.

• In ADCON1 il valore dei bit PCFG<2:0> è 1, quindi AN5:0 programmati come input analogici

Per quanto riguarda i registri di controllo dell' interrupt, al POR  tutti gli Interrupt sono disabilitati

Nei registri di configurazione, per default:

• FOSC3:0 = 0111 , ovvero viene configurato un oscillatore esterno RC con RA6 disponibile come GPIO

Per quanto riguarda le funzioni speciali (ADC, Interrupt INT e PORTB Change, CCP, ICSP , ICD e LVP) consultare i capitoli relativi.

Si può riassumere la situazione del POR in questo modo :

• I pin RA3:0 e RA5 sono configurati come ingressi analogici.  La funzione può essere modificata con ADCON1. Il pin RA4 è configurato come ingresso digitale. Per ottenere un default di ingressi digitali occorre agire su PBADEN in fase di configurazione
   

• RA6 è disponibile come ingresso digitale, essendo configurato di default un oscillatore RC esterno con input su RA7. Una diversa configurazione dell' oscillatore richiede l' opportuna linea di comando nel sorgente.
    

• Nessun interrupt dipende direttamente da PORTA .
    

• Nessuna funzione speciale è abilitata per default sul PORTA

Anche i comparatori analogici sono disabilitati. Comunque gli esempi Microchip di inizializzazione del PORTA contengono una azione su CMCON se in comparatori non sono richiesti.

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Inizializzazione di PORTA

Una sequenza di inizializzazione come GPIO digitale può essere questa :

 

; Inizializza PORT A         clrf    PORTA        ; clear PORTA latch       ;clrf    LATA         ; metodo alternativo per il clear        movlw   0x0F         ; tutti i pin come GPIO        movwf   ADCON1        movlw   0x07         ; disabilita i comparatori (se necessario)        movwf   CMCON         movlw   b'11001111'  ; set RA7:6 e RA3:0 come input        movwf   TRISA        ; e RA5:4 come out

 

In effetti le possibilità di PORTA sono molto maggiori, essendo legata anche ad altre funzioni; l' inizializzazione delle funzioni speciali è trattata in dettaglio nei capitoli relativi.

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NOTE: Per default al POR i registri che interessano PORTA assumono valori ben definiti, che possono non essere quelli richiesti dal programma   RA6 e RA7 sono disponibili solo in conseguenza di specifiche scelte del modo dell' oscillatore. Queste scelte sono effettuate in fase di configurazione del chip e non sono modificabili durante il funzionamento   La funzione HLVDIN è trattata in un apposito capitolo   La funzione !SS riguarda l' attivazione e la configurazione del modulo MSSP.    Le funzioni speciali sono prioritarie rispetto a quelle di GPIO, per cui, ad esempio, un pin programmato come uscita della tensione di riferimento o entrata analogica non sarà utilizzabile come I/O generico.  I pin impostati come ingressi analogici, letti nel registro PORTA rendono 0.   Occorre verificare con cura il valore da attribuire a TRIS per avere disponibile la funzione voluta : ad esempio, il bit di TRIS funge da enable/disable per le  uscite dei comparatori   RA4 come uscita digitale è un open drain, quindi può pilotare solo carichi appesi alla Vdd (current sink). Questo vale anche quando viene usato come uscita del Comparatore 1 L' errata inizializzazione sia del TRIS che dei registri ADCON1, CMCON e CVRCON impedisce l' uso dei pin nel modo voluto.

 

 

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