JPH04101157U - ワンチツプマイクロコンピユータの双方向入出力ポート用切換回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本考案はワンチップマイクロコンピュータの入
出力ポートを拡張するための付加回路に関し、簡単な回
路及び簡単な制御により、双方向入出力ポートを時分割
して入力ポートと出力ポートとして使用できるようにす
ることで、ポート数を拡張することを目的とする。 【構成】双方向入出力ポートを備え、この双方向入出力
ポートの設定を示すポート信号を出力するワンチップマ
イクロコンピュータ１のポート切換回路であって、双方
向入出力ポートに出力されているデータをラッチするラ
ッチ手段２、このポートに入力される入力データをポー
ト信号に応じて入力状態と非入力状態に切り換える入力
制御手段２、及びポート信号が出力ポートを示すように
変化してから所定時間後にラッチ手段２にラッチ信号を
出力する遅延手段４を備える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ワンチップマイクロコンピュータ周辺回路に関し、特に双方向入出 力ポートを備えるがポート数に限りがあるワンチップマイクロコンピュータを、 時分割で入力と出力の兼用として使用することで使用できるポート数を実際上増 加させるための双方向入出力ポート用切換回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】

現在マイクロコンピュータが制御用等に広く使用されているが、そのシステム の基本構成は図６に示すようになっている。11ｃがマイクロコンピュータで、他 にROM12c，RAM13c，Ｉ／Ｏ 14ｃで構成される。実際にはクロック信号を発生す るためのクロック部等が必要であるがここでは省略する。図６に示す各構成要素 はそれぞれＩＣチップとして作られており、これらをプリント基板上に配置して マイクロコンピュータシステムを形成するのが一般的である。

【０００３】 近年ＩＣ製造における集積技術が向上したので、図６に示す構成を一個のＩＣ チップ上にまとめることで、コストの低減や信頼性の向上を図ったワンチップマ イクロコンピュータ（シングルチップコンピュータと称することもある。）が広 く使用されるようになっている。図７はワンチップマイクロコンピュータの基本 構成を示す図であり、図６に示す構成が一個のチップ上にまとめられている。そ して外部との接続は、電源やクロック入力、及びリセット入力の他はすべて入出 力ポートを介して行なわれるようになっている。ワンチップマイクロコンピュー タは、図６に示すような部分をプリント基板で構成する必要がないため信頼性が 高く、コスト的にも利点が多いため、あまり高度な処理能力を必要としない制御 機器等では広く使用されている。

【０００４】 前記のようにワンチップマイクロコンピュータは、チップ外との接続を入出力 用のポートを介して行なうのが特徴であり、通常のマイクロコンピュータのよう なデータバスやアドレスバスの端子を備えていない。入出力ポートは機種により 異なるが、基本的には図８に示すように、入力ポート７ｅ、出力ポート９ｅ、双 方向入出力ポート８ｅを備えている。入力ポート７ｅ及び出力ポート９ｅはそれ ぞれ入力専用、出力専用であり、Ａレジスタ６ｅとの間でデータの授受が行なわ れる。

【０００５】 双方向入出力ポート８ｅは、プログラムにより自由に入力ポート又は出力ポー トに設定可能なポートであり、機種により設定方法は異なるが、レジスタに各ポ ート端子毎の設定を書き込むものが一般的である。図８に示したのはポート毎の 入出力の設定をポートレジスタ５ｅに書き込む形式のものであり、ポートレジス タ５ｅはこのためだけのレジスタではなく、他の汎用レジスタを流用して命令形 式に応じてこのような動作が行なわれるようになっている。

【０００６】 これまでワンチップマイクロコンピュータを使用する場合、双方向入出力ポー トを入力ポートとして使用するか又は出力ポートとして使用するかは、あらかじ めシステムの設計段階で決定し、この設計に対応してプログラム中で設定を行な うのが普通であり、ワンチップマイクロコンピュータの動作中に、双方向入出力 ポートを入力用と出力用の間で設定を変えることはほとんどなかった。これは同 一の端子に入力と出力を接続した場合の制御が難しいためである。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

前述のようにワンチップマイクロコンピュータはチップ外との情報の授受を入 出力ポートを介して行なうが、チップの形状から入出力ポートの数はあまり多く することはできない。そのため実際にワンチップマイクロコンピュータを使用す る場合、処理能力は充分であるが、入出力するデータの数が多く入出力ポートの 数が不充分であるということが頻繁に起きている。

【０００８】 この問題を解決するには、入出力ポートの数の多いワンチップマイクロコンピ ュータを使用すれば良い。しかし入出力ポート数の多いワンチップマイクロコン ピュータは、処理能力も大きい上位のワンチップマイクロコンピュータであるこ とが多く、当然価格も高くなるという問題がある。また上位のワンチップマイク ロコンピュータであってもＩＣパッケージの関係から端子数は当然制限される。

【０００９】 このためワンチップマイクロコンピュータの入出力ポート数を増加させるため 、Ｉ／Ｏエクスパンダと呼ばれる周辺ＩＣが使用されることがある。これはワン チップマイクロコンピュータの双方向入出力ポートを一部はデータ用、一部は制 御用に利用してポートを拡張するものであり、動作中には双方向入出力ポートの 設定が入力用と出力用の間で切り換えられる。

【００１０】 しかしこのＩ／Ｏエクスパンダ用ＩＣは高価な上、ポートの設定等が自由に行 えるようにするため複雑な制御が必要であり、入出力に要するプログラムのステ ップ数が増加して制御に要する時間が長くなるという問題がある。もちろん複雑 な入出力動作を行なう場合には、当然このような汎用性のあるＩＣを使用するの が適当であるが、実際にワンチップマイクロコンピュータを使用する場合には、 単純に入出力ポート数が増加すれば充分であることが多い。

【００１１】 本考案は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ワンチップマイクロコンピ ュータで入出力ポート数が不足する場合に、簡単な回路を付加して入出力ポート 数を増加させ、上位のマイクロコンピュータの使用及び高価な周辺ＩＣの使用に よるコスト増を防ぐと共に制御の複雑化に伴う処理時間の増大を防ぐことを目的 とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本考案では、上記問題点を解決するため、ワンチップマイクロコンピュータの 双方向入出力ポートを入力用と出力用に兼用する。そのため双方向入出力ポート に簡単な入出力切換用の回路を設けてデータの衝突を防止するようにする。図１ は本考案のワンチップマイクロコンピュータの双方向入出力ポート用切換回路の 基本構成を示す図である。なお他図において同一の機能部分については同一の番 号とし、アルファベットの小文字を付して表わすこととする。

【００１３】 すなわち本考案のワンチップマイクロコンピュータの双方向入出力ポート用切 換回路は、プログラムによる制御で、入力ポート又は出力ポートのいずれにも設 定可能な双方向入出力ポートを備え、双方向入出力ポートが入力ポートか出力ポ ートのいずれに設定されたかを示すポート信号を出力するワンチップマイクロコ ンピュータ１の双方向入出力ポート用切換回路であって、双方向入出力ポートの 端子に出力されているデータをラッチするラッチ手段２、双方向入出力ポートの 端子に入力される入力データを、ポート信号が入力ポートを示す時には入力状態 とし、ポート信号が出力ポートを示す時には非入力状態とする入力制御手段２、 及びポート信号が双方向入出力ポートが出力ポートに設定されたことを示すよう に変化した時点より所定時間後にラッチ手段２にラッチ信号を出力する遅延手段 ４を備え、双方向入出力ポートを時分割により入力ポートと出力ポートに切り換 えて使用するためのワンチップマイクロコンピュータの双方向入出力ポート用切 換回路である。

【００１４】

【作用】

入出力ポートが出力ポートとして使用される場合には、ある時点で出力され たデータがそのまま維持されるようになっており、入力ポートとして使用される 場合には、ある時点でのデータを読み込むようになっている。ポートの使用方法 にもよるが、実際の使用ではすべてのポートが頻繁にデータの授受のために使用 されることはなく、一定出力されたデータはある程度の時間は変更されずにその ままの状態が維持される。また入力についても、入力のためのサンプリング周期 は長いことが多い。

【００１５】 そこで双方向入出力ポートを時分割して、ある時点では出力ポートとして使用 し、別の時点では入力ポートとして使用すれば、入力と出力に対してそれぞれ双 方向入出力ポート数だけ、すなわち総数で二倍のポート数を備えることになり、 ポート数が増加する。 上記のことを実現するには、双方向入出力ポートに入力されるデータとこのポ ートが出力するデータが衝突しないようにすることが必要であり、そのためワン チップマイクロコンピュータ１から双方向入出力ポートが入力ポートと出力ポー トのどちらに設定されているかを示すポート信号を出力し、このポート信号に基 づいて入力制御手段３は、データの衝突が生じないように制御する。

【００１６】 またポートより出力されたデータは次のデータが出力されるまで維持される必 要があり、ポート信号が出力に設定された後、所定時間内にはデータが出力され て安定した状態になるようにプログラムを作成するようにして、この時点でラッ チ手段２は遅延手段４からのラッチ信号に基づいて出力されているデータをラッ チして維持するようにする。

【００１７】 上記のようにデータのラッチも入力の制御もポート信号のみに基づいて行なわ れるため、このポートの拡張のために使用されるワンチップマイクロコンピュー タより出力される信号はポート信号のみであり、出力ポートを有効に使用できる 。

【００１８】

【実施例】

双方向入出力ポートの端子へのデータの入力を制御するための入手制御手段と して、セレクタを用いた実施例の構成を図２に示す。図２において１ａはワンチ ップマイクロコンピュータであり、０から７までの双方向入出力ポートがあり、 これを時分割して入力ポート及び出力ポートとして使用する。ワンチップマイク ロコンピュータ１ａからは、ポート信号が別の出力ポートより出力される。ポー ト信号は、双方向入出力ポートを入力ポートに設定する時にはＬとし、出力ポー トとする時にはＨとする。３ａはセレクタであり、双方向入出力ポートの端子に 接続する線を、入力データの線とラッチ２ａへの線との間で切り換える。ポート 信号がＬの時には入力データに、Ｈの時にはラッチに接続する。

【００１９】 ４ａは遅延線であり、ポート信号を所定時間遅延させてラッチ２ａにラッチ信 号を出力する。ラッチ２ａは、ラッチ信号のＬからＨへの立ち上がりに応じてデ ータをラッチする。 次に図２の回路を使用してデータの入出力を行なうためのワンチップマイクロ コンピュータの動作を示すフローチャートを、図３に示し、その際の各部の信号 状態を図４に示す。

【００２０】 まずデータを出力する場合について説明する。ステップ101 でポート信号をＨ にして、双方向入出力ポートを出力ポートにすることを指示する。このポート信 号の変化に応じて、セレクタ３ａが双方向入出力ポートの端子をラッチ３ａに接 続する。この時双方向入出力ポートはまだ入力ポートであるため端子はハイイン ピーダンスな不定の状態になる。ポート信号は遅延線４ａにも入り、所定の遅延 時間後にラッチ２ａへのラッチ信号になる。

【００２１】 次にステップ102 と 103で、双方向入出力ポートが出力用に設定されてデータ が出力される。そして出力されたデータが安定した時点に合せて、前記のラッチ 信号が立ち上がるように遅延時間が設定されているので、その時点で出力された データがラッチされて出力データとなる。 次にデータを取り込む入力ポートの場合について説明する。まずステップ104 で双方向入出力ポートを入力ポートに設定する。これにより端子はハイインピー ダンスな不定状態になる。ステップ105 でポート信号をＬに変化させるとセレク タ３ａは入力データ側に接続されるので双方向入出力ポートの端子に入力データ が入る状態になる。次にステップ106 で入力データを読み取る。

【００２２】 図２の実施例では、入力ポートとして使用する場合は入力データの読み取りを 続けて行なうことが可能であるが、続けてデータを出力する場合にはかならず図 ３に示す工程を繰り返す必要がある。これはポート信号に基づいてラッチ信号を 生成しているためである。また遅延線４ａの遅延時間は固定であり、ステップ10 2 と 103の処理によりデータが出力され、更にデータが安定した時点でラッチ信 号を発生するように10マシンサイクル程度に相当する５から10μｓ程度に設定さ れている。そのためステップ101 に続いてステップ102 と 103を所定のサイクル で行なうようにプログラムすることが必要である。

【００２３】 第二の実施例を図５に示す。マイクロコンピュータによる制御では、出力した データが正しく出力されたかを確認するために、出力したデータを再び入力デー タとして取り込み判定する方法がしばしば用いられる。第二の実施例は、このよ うな場合に適用した例である。 図５では、出力したデータを再び入力データとして取り込むための入力制御手 段としてゲート３ｂを用いている。これはポート信号に応じて入出力端子へのデ ータを入力状態又はハイインピーダンスな非入力状態にするもので、これにより 信号の衝突が避けられる。

【００２４】

【考案の効果】

本考案により簡単な回路を付加するだけで、ワンチップマイクロコンピュータ の入出力ポートを入力ポートと出力ポートの間で切り換えて使用することが可能 になり、実質的に入出力ポートの数を増加させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のワンチップマイクロコンピュータの入
出力ポート用切換回路の基本構成を示す図である。

【図２】入力制御手段としてセレクタを用いた実施例の
構成を示す図である。

【図３】図２の回路での入出力のためのワンチップマイ
クロコンピュータの動作を示すフローチャートである。

【図４】図３のフローチャートで入出力を行なう場合の
各部の状態を示したタイミングチャードである。

【図５】主力されたデータを確認するためにデータを再
び入力として取り入れる実施例の構成を示す図である。

【図６】マイクロコンピュータシステムの基本構成を示
す図である。

【図７】ワンチップマイクロコンピュータの基本構成を
示す図である。

【図８】ワンチップマイクロコンピュータにおける入出
力ポートの例を示す図である。

【符号の説明】

１…ワンチップマイクロコンピュータ ２…ラッチ手段 ３…入力制御手段 ４…遅延手段

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 プログラムによる制御で、入力ポート又
   は出力ポートのいずれにも設定可能な双方向入出力ポー
   トを備え、該双方向入出力ポートが入力ポートか出力ポ
   ートのいずれに設定されたかを示すポート信号を出力す
   るワンチップマイクロコンピュータ（１）の双方向入出
   力ポート用切換回路であって、該双方向入出力ポートの
   端子に出力されているデータをラッチするラッチ手段
   （２）、該双方向入出力ポートの端子に入力される入力
   データを、該ポート信号が入力ポートを示す時には入力
   状態とし、該ポート信号が出力ポートを示す時には非入
   力状態とする入力制御手段（２）、及び該ポート信号
   が、該双方向入出力ポートが出力ポートに設定されたこ
   とを示すように変化した時点より所定時間後に、該ラッ
   チ手段（２）にラッチ信号を出力する遅延手段（４）を
   備え、双方向入出力ポートを時分割で入力ポートと出力
   ポートに切り換えて使用するためのワンチップマイクロ
   コンピュータの双方向入出力ポート用切換回路。