IVEC 0 IVEC 1
11. 入出力ﾎﾟｰﾄ
11.1. 要点
● 個別形態設定を持つ汎用入出力ﾋﾟﾝ
● 形態設定可能な駆動部と引き込み設定を持つ出力駆動部
● ｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘ
● ﾜｲﾔｰﾄﾞAND
● ﾜｲﾔｰﾄﾞOR
● ﾊﾞｽ保持
● 反転入出力
● 割り込みと事象を持つ同期と/または非同期の感知付き入力
● 両端感知
● 上昇端感知
● 下降端感知
● Lowﾚﾍﾞﾙ感知
● 入力とﾜｲﾔｰﾄﾞOR/AND形態設定での任意選択のﾌﾟﾙｱｯﾌﾟとﾌﾟﾙﾀﾞｳﾝの抵抗
● 全休止形態からﾃﾞﾊﾞｲｽを起動できる非同期ﾋﾟﾝ変化感知
● 入出力ﾎﾟｰﾄ毎でﾋﾟﾝ遮蔽を持つ2つのﾎﾟｰﾄ割り込み
● ﾎﾟｰﾄ ﾋﾟﾝへの効率的で安全なｱｸｾｽ
● 専用の切り換え、解除(0)、設定(1)用ﾚｼﾞｽﾀ通すﾊｰﾄﾞｳｪｱ読み-変更-書き
● 単一操作で複数ﾋﾟﾝの形態設定
● ﾋﾞｯﾄ ｱｸｾｽ可能なI/Oﾒﾓﾘ空間へﾎﾟｰﾄ ﾚｼﾞｽﾀの割り当て
● ﾎﾟｰﾄ ﾋﾟﾝでの周辺ｸﾛｯｸ出力
● ﾎﾟｰﾄ ﾋﾟﾝでの実時間計数器ｸﾛｯｸ出力
● 事象ﾁｬﾈﾙがﾎﾟｰﾄ ﾋﾟﾝで出力可能
● ﾃﾞｼﾞﾀﾙ周辺機能ﾋﾟﾝの再割り当て
● 選択可能なUSART、SPI、ﾀｲﾏ/ｶｳﾝﾀの入出力ﾋﾟﾝ位置 11.2. 概要
AVR XMEGAﾏｲｸﾛ ｺﾝﾄﾛｰﾗは柔軟な汎用I/Oﾎﾟｰﾄを持ちます。1つのﾎﾟｰﾄはﾋﾟﾝ0～7で最大8つのﾎﾟｰﾄ ﾋﾟﾝから成ります。各ﾎﾟｰﾄ ﾋﾟ ﾝは形態設定可能な駆動部と引き込み設定を持つ入力または出力として形態設定することができます。それらは選択可能なﾋﾟﾝ変化 条件用の割り込みと事象を持つ同期と非同期の入力感知も実装します。非同期ﾋﾟﾝ変化感知はｸﾛｯｸが全く動かない形態を含む全 ての休止形態からﾋﾟﾝ変化がﾃﾞﾊﾞｲｽを起こせることを意味します。
全ての機能はﾋﾟﾝ毎に個別で形態設定可能ですが、単一操作で多数のﾋﾟﾝを形態設定することができます。ﾋﾟﾝは駆動値と/または引 き込み抵抗の形態設定の安全で正しい変更のためのﾊｰﾄﾞｳｪｱ読み-変更-書き(RMW)機能を持ちます。1つのﾎﾟｰﾄ ﾋﾟﾝの方向は他 のどのﾋﾟﾝの方向をも予期せず変更することなく変えることができます。
ﾎﾟｰﾄ ﾋﾟﾝ形態設定は他のﾃﾞﾊﾞｲｽ機能の入出力選択も制御します。それはﾎﾟｰﾄ ﾋﾟﾝへの周辺ｸﾛｯｸと実時間ｸﾛｯｸの両出力を持つこと が可能で、それは外部使用に利用可能です。同じことが外部機能の同期と制御に使用できる、事象ｼｽﾃﾑからの事象に適用されま す。応用の必要性に対するﾋﾟﾝ配置の最適化のため、USART、SPI、ﾀｲﾏ/ｶｳﾝﾀのような他のﾃﾞｼﾞﾀﾙ周辺機能は選択可能なﾋﾟﾝ位置 に再割り当てすることができます。
図11-1.はI/Oﾋﾟﾝ機能とﾋﾟﾝ制御に対して利用可能なﾚｼﾞｽﾀを示します。
図11-1. 標準I/Oﾋﾟﾝ機能
Q R D
Q R D
引き込み許可
入力禁止 引き込み方向
VCC
DIRn OUTn
ﾜｲﾔｰﾄﾞAND/OR 反転I/O
D
Q Q D
同期化回路
引き込み保持
INn
0 1
Q R D PINnCTRL
Pxn
R R
ﾃﾞｼﾞﾀﾙ入力ﾋﾟﾝ ｱﾅﾛｸﾞ入出力
11.3. I/Oﾋﾟﾝの使い方と形態設定
各ﾎﾟｰﾄはﾎﾟｰﾄ ﾋﾟﾝ制御に使用される1つのﾃﾞｰﾀ方向(DIR)ﾚｼﾞｽﾀと1つのﾃﾞｰﾀ出力値(OUT)ﾚｼﾞｽﾀを持ちます。ﾃﾞｰﾀ入力値(IN)ﾚｼﾞｽ ﾀはﾎﾟｰﾄ ﾋﾟﾝを読むのに使用されます。加えて各ﾋﾟﾝは付加的なﾋﾟﾝ形態用のﾋﾟﾝ形態設定(PINnCTRL)ﾚｼﾞｽﾀを持っています。
ﾋﾟﾝの方向はDIRﾚｼﾞｽﾀのDIRnﾋﾞｯﾄによって決められます。DIRnが1を書かれた場合、ﾋﾟﾝnは出力ﾋﾟﾝとして形態設定されます。DIRn が0を書かれた場合、ﾋﾟﾝnは入力ﾋﾟﾝとして形態設定されます。
方向が出力として設定されると、OUTﾚｼﾞｽﾀのOUTnﾋﾞｯﾄはﾋﾟﾝの値を設定するのに使用されます。OUTnが1を書かれた場合、ﾋﾟﾝn はHighに駆動されます。OUTnが0を書かれた場合、ﾋﾟﾝnはLowに駆動されます。
INﾚｼﾞｽﾀはﾋﾟﾝ値を読むのに使用されます。ﾃﾞｼﾞﾀﾙ入力が禁止される場合を除き、ﾋﾟﾝが入力または出力のどちらとして形態設定され ているかに拘らず、ﾋﾟﾝ値は常に読むことができます。
I/Oﾋﾟﾝは例えｸﾛｯｸが動作していなくてもﾘｾｯﾄ条件が活性(有効)になるとHi-Zにされます。
ﾋﾟﾝn形態設定(PINnCTRL)ﾚｼﾞｽﾀは付加的なI/Oﾋﾟﾝ形態に使用されます。ﾋﾟﾝはｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘ、ﾜｲﾔｰﾄﾞAND、ﾜｲﾔｰﾄﾞOR形態に設定 できます。ﾋﾟﾝに対して反転入出力を許可することも可能です。
ｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘ出力は、ｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘ(ﾌﾟｯｼｭﾌﾟﾙ)、ﾌﾟﾙﾀﾞｳﾝ、ﾌﾟﾙｱｯﾌﾟ、ﾊﾞｽ保持の4つの可能な引き込み形態設定を持ちます。ﾊﾞｽ保持は 両方向で活性(有効)です。これは出力禁止時の発振を避けるためです。ﾌﾟﾙｱｯﾌﾟとﾌﾟﾙﾀﾞｳﾝ付きのｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘ形態はﾋﾟﾝが入力とし て設定される時にだけ活性(有効)になる抵抗器を持ちます。この機能は不必要な電力消費を無くします。
ﾜｲﾔｰﾄﾞANDとﾜｲﾔｰﾄﾞOR形態については、任意選択のﾌﾟﾙｱｯﾌﾟとﾌﾟﾙﾀﾞｳﾝ抵抗が入力と出力の両方向で活性(有効)です。
引き込み形態がﾋﾟﾝ形態設定ﾚｼﾞｽﾀを通して形態設定されるため、ﾋﾟﾝ方向とﾋﾟﾝ値の切り換え間のﾎﾟｰﾄ中間状態が避けられます。
I/Oﾋﾟﾝ形態は図11-2.～図11-7.での簡単化した回路図で要約されます。
11.3.1. ｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘ
ｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘ(ﾌﾟｯｼｭﾌﾟﾙ)形態では、ﾋﾟﾝが対応するﾃﾞｰﾀ出力値(OUT)ﾚｼﾞ ｽﾀ設定に従ってLowまたはHighに駆動されます。この形態ではそのﾋﾟﾝ が持つ可能な能力以外に吸い込み(ｼﾝｸ)と吐き出し(ｿｰｽ)に対して何の 制限もありません。ﾋﾟﾝが入力に形態設定された場合、外部の引き込み (ﾌﾟﾙｱｯﾌﾟ/ﾀﾞｳﾝ)抵抗が接続されないなら、そのﾋﾟﾝは浮き状態になりま
図11-2. I/Oﾋﾟﾝ形態 - ｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘ(ﾌﾟｯｼｭﾌﾟﾙ)
Pn DIRn
OUTn INn
11.3.1.1. ﾌﾟﾙﾀﾞｳﾝ付きｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘ
この形態では入力として設定される時にﾋﾟﾝが内部ﾌﾟﾙﾀﾞｳﾝ抵抗とで形
態設定されるのを除いて、ｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘと同様です。 図11-3. I/Oﾋﾟﾝ形態 - 入力ﾌﾟﾙﾀﾞｳﾝ付きｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘ
Pn DIRn
OUTn INn
11.3.1.2. ﾌﾟﾙｱｯﾌﾟ付きｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘ
この形態では入力として設定される時にﾋﾟﾝが内部ﾌﾟﾙｱｯﾌﾟとで形態設
定されるのを除いて、ｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘと同様です。 図11-4. I/Oﾋﾟﾝ形態 - 入力ﾌﾟﾙｱｯﾌﾟ付きｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘ
Pn DIRn
OUTn INn
VCC
11.3.2. ﾊﾞｽ保持
ﾊﾞｽ保持形態ではﾋﾟﾝがもはやHighまたはLowに駆動されない時にその 論理ﾚﾍﾞﾙでﾋﾟﾝを保持する弱いﾊﾞｽ保持器を提供します。ﾋﾟﾝ/ﾊﾞｽ上の 最後のﾚﾍﾞﾙが1だったなら、ﾊﾞｽ保持形態設定はﾊﾞｽをHighに保持する ために内部ﾌﾟﾙｱｯﾌﾟ抵抗を使用します。ﾋﾟﾝ/ﾊﾞｽ上の最後のﾚﾍﾞﾙが0 だったなら、ﾊﾞｽ保持器はﾊﾞｽをLowに保持するために内部ﾌﾟﾙﾀﾞｳﾝ抵 抗を使用します。
図11-5. I/Oﾋﾟﾝ形態 - ﾊﾞｽ保持付きｺﾝﾌﾟﾘﾒﾝﾀﾘ
Pn DIRn
OUTn INn
11.3.3. ﾜｲﾔｰﾄﾞOR
ﾜｲﾔｰﾄﾞOR形態設定ではﾃﾞｰﾀ出力値(OUT)ﾚｼﾞｽﾀとﾃﾞｰﾀ方向(DIR)ﾚｼﾞ ｽﾀで対応するﾋﾞｯﾄが1を書かれる時にﾋﾟﾝがHighに駆動されます。OUT ﾚｼﾞｽﾀが0に設定されると、ﾋﾟﾝは開放され、内部または外部のﾌﾟﾙﾀﾞｳﾝ 抵抗でLowに引かれることをﾋﾟﾝに許します。内部ﾌﾟﾙﾀﾞｳﾝが使用される 場合、ﾋﾟﾝが入力として設定される場合にもこれは活性(有効)です。
図11-6. 出力形態 - 任意選択ﾌﾟﾙﾀﾞｳﾝ付きﾜｲﾔｰﾄﾞOR
Pn OUTn
INn
VCC
11.3.4. ﾜｲﾔｰﾄﾞAND
ﾜｲﾔｰﾄﾞAND形態設定ではﾃﾞｰﾀ出力値(OUT)ﾚｼﾞｽﾀとﾃﾞｰﾀ方向(DIR)ﾚ ｼﾞｽﾀで対応するﾋﾞｯﾄが0を書かれる時にﾋﾟﾝがLowに駆動されます。OU Tﾚｼﾞｽﾀが1に設定されると、ﾋﾟﾝは開放され、内部または外部のﾌﾟﾙｱｯﾌﾟ 抵抗でHighに引かれることをﾋﾟﾝに許します。内部ﾌﾟﾙｱｯﾌﾟが使用される 場合、ﾋﾟﾝが入力として設定される場合にもこれは活性(有効)です。
図11-7. 出力形態 - 任意選択ﾌﾟﾙｱｯﾌﾟ付きﾜｲﾔｰﾄﾞAND
Pn OUTn
INn
VCC
11.4. ﾋﾟﾝ値の読み方
ﾋﾟﾝのﾃﾞｰﾀ方向と無関係に、ﾋﾟﾝ値は74頁の図11-1.で示 されるように、ﾃﾞｰﾀ入力値(IN)ﾚｼﾞｽﾀから読むことができ ます。ﾃﾞｼﾞﾀﾙ入力が禁止される場合、ﾋﾟﾝ値は読めませ ん。INﾚｼﾞｽﾀ ﾋﾞｯﾄと先行するﾌﾘｯﾌﾟ ﾌﾛｯﾌﾟが同期化回路 を構成します。同期化回路は内部信号線での遅延を生 じます。図11-8.は外部的に印加されたﾋﾟﾝ値を読む時の 同期化ﾀｲﾐﾝｸﾞ構成図を示します。最大と最小の伝播遅 延は、各々tpd,maxとtpd,minとして記されます。
図11-8. 外部的に印加されたﾋﾟﾝ値を読む時の同期化
周辺ｸﾛｯｸ 実行命令 同期化回路 ﾌﾘｯﾌﾟﾌﾛｯﾌﾟ IN値 R16値
XXX XXX LDS R16,PORTx+IN XXX
入力値 以前の値
tpd,min
tpd,max
11.5. 入力感知形態設定
入力感知はI/Oﾋﾟﾝ入力でのｴｯｼﾞまたはﾚﾍﾞﾙの検出に使用されます。各ﾋﾟﾝに対して利用可能な各種検知条件は上昇端、下降端、
両端の検出、またはLowﾚﾍﾞﾙの検出です。Highﾚﾍﾞﾙは反転入力形態設定を使用することによって検出することができます。入力感 知はﾋﾟﾝでの変化があった時に割り込み要求(IREQ)または事象を起動することができます。
I/Oﾋﾟﾝは同期と非同期の入 力感知を支援します。同期 感知は周辺ｸﾛｯｸの存在を 必要とし、一方非同期感知 はどのｸﾛｯｸも必要としませ ん。
図11-9. 入力感知
割り込み 制御
INn
D Q D Q
同期化回路
R R
Pn
非同期感知 ｴｯｼﾞ 検出
同期感知 ｴｯｼﾞ 検出 反転I/O
割り込み
同期事象
非同期事象
11.6. ﾎﾟｰﾄ割り込み
各ﾎﾟｰﾄは2つの割り込みﾍﾞｸﾀを持ち、各割り込みを起動するﾎﾟｰﾄのﾋﾟﾝが形態設定可能です。ﾎﾟｰﾄ割り込みはそれらが使用される前 に許可されなければなりません。どの感知形態が割り込み生成に使用できるかは、選択したﾋﾟﾝに対して同期と非同期の入力感知の どちらが利用可能かに依存します。
同期感知については、全ての感知形態が割り込み生成に使用できます。ｴｯｼﾞ検出に対しては、割り込み要求が生成されるために、
変更されたﾋﾟﾝ値が周辺ｸﾛｯｸによって1度採取されなければなりません。
非同期感知については、各ﾎﾟｰﾄのﾎﾟｰﾄ ﾋﾟﾝ2だけが完全な非同期感知支援を持ちます。これはｴｯｼﾞ検出に関してﾋﾟﾝ2がどのｴｯｼﾞも ﾗｯﾁして検出し、常に割り込み要求を起動することを意味します。他のﾎﾟｰﾄ ﾋﾟﾝは制限された非同期感知支援を持ちます。これはｴｯ ｼﾞ検出に関して、ﾃﾞﾊﾞｲｽ起動してｸﾛｯｸが存在するまで、変更された値が保持されなければならないことを意味します。ﾃﾞﾊﾞｲｽの起動 時間が終わる前にﾋﾟﾝ値が戻る場合、ﾃﾞﾊﾞｲｽは起動したままですが、割り込み要求は生成されません。
Lowﾚﾍﾞﾙは周辺ｸﾛｯｸが存在するか否かに拘らず全てのﾋﾟﾝで常に検出できます。ﾋﾟﾝがLowﾚﾍﾞﾙ感知に形態設定された場合、その ﾋﾟﾝがLowを保持している限り、割り込みを起動します。活動動作に於いては、割り込みを生成するために現在実行中の命令の完了 までLowﾚﾍﾞﾙが保たれなければなりません。全ての休止形態動作に於いて、割り込みを生成するためにﾃﾞﾊﾞｲｽ起動時間の終りまで Lowﾚﾍﾞﾙが保持されなければなりません。起動時間の終了前にLow ﾚﾍﾞﾙが消滅した場合、ﾃﾞﾊﾞｲｽは起動したままですが、割り込み 要求は生成されません。
表11-1.、表11-2.、表11-3.は様々な入力感知形態に対して割り込みが起動され得る時を要約します。
表11-1. 同期感知支援
支援有無 割り込み内容
感知設定