PDF de programación - 4 - Dispositivos de E/S

4 – Dispositivos de E/S

Dispositivos, puertos y registros de E/S

Dispositivos de E/S paralelo

Conversión A/D. Pulse WidthModulation

Otros dispositivos típicos de E/S

©Universidad Politécnica de Madrid

s
e
.
m
p
u
@
e
c

i

Dispositivos de Entrada/Salida

•

Los dispositivos de E/S permiten leer y escribir las señales externas

uP

Mem

E/S

Señales
externas

Direcciones
Datos
Control

En el caso de la familia AVR de Atmel, la
En el caso de la familia AVR de Atmel, la
funcionalidad y el número de dispositivos de
funcionalidad y el número de dispositivos de
E/S depende del modelo de MCU en particular
E/S depende del modelo de MCU en particular
(la CPU es la misma para toda la familia AVR)
(la CPU es la misma para toda la familia AVR)

Dispositivos de E/S

Fundamentos de Electrónica: Microprocesadores

2

Puertos y registros de Entrada/Salida

Puerto de E/S
Puerto de E/S

 Conjunto de señales externas con una
funcionalidad común y una circuitería
(dispositivo de E/S) que permite leerlas y/o
controlarlas.

 Diferentes tipos: E/S paralelo, E/S serie,

E/S analógica, ...

 Los puertos de E/S pueden tener asociadas

diferentes funcionalidades (según se
configuren)

Registros de E/S
Registros de E/S

uP

Mem

E/S

Señales
externas

Direcciones
Datos
Control

 Registros asociados a los puertos de E/S. Cada puerto de E/S puede tener asociados uno o varios

registros que permiten controlar el funcionamiento del puerto.

 Los registros de E/S se acceden mediante instrucciones de lectura/escritura de forma análoga a

como se accede a las posiciones de memoria.

 Existen registros asociados a los datos (las señales a controlar) y al control (el modo de operación).

 El tamaño (nº de bits) del registro suele coincidir con el de la palabra del uP

 Normalmente interesa más el valor particular de cada bit de una palabra, y no tanto el valor de la

palabra completa

Fundamentos de Electrónica: Microprocesadores

3

Ejemplo: Puertos de E/S en el AtMega168

▪ Los puertos de E/S en los AVR pueden operar en varios modos (como en casi todos

los uC)

Puertos de E/S
Puertos de E/S

 Puerto B (PB)

 Entrada/Salida paralelo (se verá)

 Generación de señales PWM (se verá)

 Otros (SPI, interrupciones, capturas..)

 Puerto C (PC)

 Entrada/Salida paralelo

 Convertidor A/D (se verá)

 Otros (Interrupciones)

 Puerto D (PD)

 Entrada/Salida paralelo

 Puerto serie

 Generación de señales PWM

 Otros (Interrupciones)

Fundamentos de Electrónica: Microprocesadores

4

Puertos de E/S paralelo

Puertos de E/S paralelo
Puertos de E/S paralelo

 Puerto de E/S en el que se controlan (leen o escriben) varias señales externas al mismo tiempo.

 Pueden ser de entrada, salida, o configurables por el programa.

 Son los puertos más comunes.

 El tamaño (nº de bits) del puerto suele coincidir con el de la palabra del uP (8 bits, en el AVR)

Registros asociados
Registros asociados

 Registros de datos: registro conectado a las señales de E/S.

- Si un bit del puerto está configurado como entrada un nivel te tensión alto (Vcc) en su pin correspondiente se leerá

como un ‘1’, y un nivel bajo (Gnd) se leerá como un ‘0’.

- Si un bit está configurado como salida, un ‘1’ fijará un valor alto (Vcc) en su pin correspondiente,

y un ‘0’ pondrá un valor bajo (Gnd).

- Escribir sobre un bit configurado como entrada no tiene ningún efecto.
- En algunos uC, los registros de datos de entrada (para leer) y de salida (para escribir), son distintos

(como en el caso de los AVR que usamos)

 Registro de direcciones de los datos: registro que fija la dirección de las señales de E/S.

- Depende de cada micro, pero es habitual que un ‘0’ provoque que su señal correspondiente

sea de entrada y un ‘1’ haga que sea de salida.

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5

Puertos de E/S paralelo en el AtMega168

 Dispone de tres puertos de E/S paralelo (B, C y D)

Registro de
direcciones

Registro de
salida

b7

b7

El valor de cada bit en el
registro de direcciones
configuraría si la señal
correspondiente del
registro de datos es de
entrada o salida

1

0

El microprocesador
accederá a un registro u
otro en función de la
dirección

b0

 Registro de entrada: registro de lectura de puerto

- Un bit se lee como un ‘1’ si hay un ‘1’ (Vcc) en su pin correspondiente
- Un bit se lee como un ‘0’ si hay un ‘0’ (Gnd) en su pin correspondiente

 Registro de direcciones (Data Direction Register):

- Configuración del sentido de cada bit del puerto

(‘0’ lo pone como entrada y ‘1’ como salida)

 Registro de salida: Registro de escritura.

- Al escribir un ‘1’ en un bit se pone un ‘1’ (Vcc) en su pin correspondiente
- Al escribir un ‘0’ en un bit se pone un ‘0’ (Gnd) en su pin correspondiente

Address

8

D7..0

CS
R/W

b0

b7

b0

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Registro de
entrada

6

IO7
IO6
IO5
IO4
IO3
IO2
IO1
IO0

Ejemplo: Encender y apagar un LED con un pulsador
▪ ¿Cómo podríamos hacer un sistema que encienda las luces cuando anochece?

+Vcc

unsigned char boton;
unsigned char ledState = 0;

2

uC

7

PB5

PB1

0

Puerto B

500Ω

LED

// Primero planteo la funcionalidad, luego ya veremos
// cómo accedo al hardware
int main() {

// Inicialización
InicializaES();

10kΩ

while (true) { // Bucle infinito

boton = leerBoton();
if (boton != 0) { // boton pulsado  actuar

// leo el estado del botón

if (ledState == 0) {

setLed(1);
ledState = 1;

} else {

setLed(0);
ledState = 0;

}

}

}

}

⁇

1

Planteamiento de alto nivel
a)
b)
c)
d)
e)

Configurar las señales de entrada y salida
Leer el bit del puerto que me interesa
Decidir en función del valor
Escribir en el puerto actuando sólo sobre el led
Repetir desde el paso b

3
Si comprobásemos el funcionamiento del sistema, se observaría
que mientras se mantiene el botón pulsado el led luciría levemente.
Por otro lado, veríamos que el led se enciende y apaga de forma
poco predecible en vez de conmutar como queremos (debería
cambiar de estado cada vez que pulsamos)

¿A qué podría ser debido este comportamiento?
¿Cómo podría solucionarse?

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7

Ejemplo: Encender y apagar un LED con un pulsador
▪ Implementando las funciones de E/S, (acceso al hardware)

uC

7

PB5

PB1

0

Puerto B

+Vcc

unsigned char boton;
unsigned char ledState = 0;

10kΩ

500Ω

LED

// Primero planteo la funcionalidad, luego ya veremos
// cómo accedo al hardware
int main() {

// Inicialización
InicializaES();

while (true) { // Bucle infinito

boton = leerBoton();
if (boton != 0) { // boton pulsado  actuar

// leo el estado del botón

if (ledState == 0) {

setLed(1);
ledState = 1;

} else {

setLed(0);
ledState = 0;

}

}

}

}

void InicializaES() {

void setLed(char state) {

// Configura el pin 1 el puerto B para que sea salida

}

// Modifica el valor del pin 1 del puerto B
// en función de ‘state’

}

char leerBoton() {

// lee el valor del pin 5 del puerto B

}

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8

Ejemplo: Encender y apagar un LED con un pulsador

Fundamentos de Electrónica: Microprocesadores

9

Ejemplo: Encender y apagar un LED con un pulsador

Numeración
según la API de
Arduino

Fundamentos de Electrónica: Microprocesadores

10

Ejemplo: Encender y apagar un LED con un pulsador
▪ Lo mismo con la API de Arduino

uC

7

PB5

PB1

0

Puerto B

500Ω

LED

+Vcc

unsigned char boton;
unsigned char ledState = 0;

void setup() { // esta función sólo se ejecuta una vez

pinMode( 9, OUTPUT ); // Configura los pines
pinMode( 13, INPUT );

}

10kΩ

void loop() { // Esta función se ejecuta continuamente

boton = digitalRead(13);
if (boton != 0) { // boton pulsado  actuar

if (ledState == 0) {

digitalWrite(9, HIGH);
ledState = 1;

} else {

digitalWrite(9, LOW);
ledState = 0;

}

}

}

Nota: En la placa de Arduino, el pin 9 de la
Nota: En la placa de Arduino, el pin 9 de la
placa se corresponde con el pin PB1 del
placa se corresponde con el pin PB1 del
AtMega, y el pin 13 de la placa se
AtMega, y el pin 13 de la placa se
corresponde con el pin PB5 del AtMega
corresponde con el pin PB5 del AtMega

//////////////////// esto no lo haríamos nosotros, ya que
int main() { // el entorno de arduino incluye la

setup(); // función main() automáticamente, así
while (true) { // que nosotros solo tenemos

loop(); // que hacer las funciones de setup(),

} // que se ejecuta solo una vez, y loop()

} // que se ejecuta repetidamente

API (Application Programming Interface): es un conjunto de funciones y procedimientos que ofrece
API (Application Programming Interface): es un conjunto de funciones y procedimientos que ofrece
una biblioteca como capa de abstracción para acceder a funcionalidades de un nivel inferior.
una biblioteca como capa de abstracción para acceder a funcionalidades de un nivel inferior.

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Convertidor Analógico-Digital (ADC)

Vin

▪

▪

Digitaliza una señal continua (analógica) en 2N niveles.

VREF

Vin

ADC

N

DN-1..0

12 15 18 … … …

2 1 1 1 1 2 3 …

t

Características generales:
–

Número de bits del convertidor (N)  resolución

Resolución q =

V REF

2N

–

–

Linealidad

otras …

Ej: VREF = 5V , N = 10 q = 4,88 mV

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Ejemplo: Controlar un LED con la luz ambiente
▪ ¿Cómo podríamos hacer un sistema que encienda las luces cuando anochece?

uC

PC0

PB0

LDR
(2KΩ – 2MΩ)

500Ω

+Vcc

...
int analogVal;
unsigned char led = 0;
...
configurar PB0 como salida (*);
configurar ADC para leer el valor analógico en PC0 (*);
...

10kΩ

while (true) { // bucle infinito

analogVal = valor devuelto por el ADC (0 – 1023) (*);
if (analogVal < 100) { // 100 sería un valor obtenido

// al anochecer, experimentalmente

encender led (*);

} else {

apagar led (*);

LED

}

}

... (*) se verá luego cómo se haría usando Arduino

① Conf