基礎編
PORT入出力
シリアル通信
タイマー機能
A/Dコンバータ
D/Aコンバータ
外部割り込み
液晶モニタ
ＰＯＲＴ入出力
イントロダクション
そもそもポートとは何か？ たった今マイコンの袋を破ったばかりの人にはそこから分からないと思います。ポートとは、「電気信号を出したり受け取ったりする端子」と言って良いでしょう。たとえばＬＥＤを灯す為に電気を出したり、スイッチの入力を読むために電気を受け取ったりするわけです。
ポートの種類
H8/3048Fには入出力のどちらにも使用できるポートが１０種類と、入力専用ポートが１種類有ります。それぞれは４〜８本のポートを持ち、合計で７８本の入出力ポートがあります。
これらの中にはあらかじめプルアップ抵抗を内蔵している物もあり、極端な言い方をすればスイッチとＬＳＩを抵抗を介さずにつなげてもＯＫという物もあります（大声でお勧めする接続方法ではありませんが、現実的には大丈夫です）。また、10mAくらいの電流を流せるポートもあり、トランジスタ無しでもＬＥＤくらいならば駆動できるポートもあります。詳しくは日立のハードウェアマニュアル９章「Ｉ／Ｏポート」の最初に書いてあります。
さて、ここで注意しておかなければ行けないのは、どこのポートに何を繋いでも良いというわけではないと言うことです。AKI-H8の説明書付属のコネクタ一覧表の裏面の回路図を見てみましょう。たとえば、ポート９を見たとき、「TXD/P9-0」のように書かれていると思います。つまり、Port9-0はRS-232Cの送信端子としても割り当てられているということです。これは秋月電子の回路設計の都合によるのではなく、日立の設計による物です。ですから、Port9-0を他の用途に使った場合、RS-232C通信の送信はできなくなるということです。
そうやって見たとき、ほとんど全部のポートが何らかの別機能を備えていることが分かると思います。
では具体的にはどこのポートならば他の機能とぶつからずに使えるのでしょう？ 即答の難しい問題なのですが、SRAMを増設しない場合、もう少し専門的に言うと「モード７（シングルチップモード）」で使用する場合には（ほとんどの場合はこのモードを使います）次のような使い方をすると思います。
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Port-1 |
入力／出力 |
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Port-2 |
ＬＥＤ出力／スイッチ入力 |
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Port-3 |
出力（液晶モニタなど） |
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Port-4 |
スイッチ入力 |
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Port-5 |
ＬＥＤ出力／スイッチ入力 |
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Port-6 |
入力／出力 |
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Port-7 |
Ｄ／Ａコンバータ Ａ／Ｄコンバータ |
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Port-8 |
外部割り込み入力 |
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Port-9 |
シリアル通信 |
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Port-A |
入力／出力 |
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Port-B |
ＬＥＤ出力／入力 |
ここで「ＬＥＤ出力」「スイッチ入力」と書いた物はべつにその用途にしか使ってはいけないというのではなく、大電流駆動やプルアップ抵抗があるので、こういう用途に特に使いやすいという意味です。
出力ポートとして使ってみる
いつまでもあーたらこーたら言っていても分からないと思うので、具体的な使い方を紹介します。
まずは基本中の基本と言うことで、単純にＬＥＤを灯すという事からやっていきます。ＬＥＤ８個と500オームくらいの抵抗８本を用意してください。ちなみになぜ500オームなのか？ 普通のＬＥＤは10mAもあれば灯ります。そしてＨ８のポート電圧は５Ｖ。中学生の算数ですね。
Ｅ＝ＲＩ つまり、 ５＝Ｒ×0x020
よって Ｒ＝500（オーム）です。これ以下の抵抗値だとＬＥＤが焦げるかポートが痛むかのどちらかなので、見つからなければこれよりも大きな値の抵抗を探してください。
使うポートは上の表に従ってPort-Bを使いましょう。回路は右の図のようになります。
次に、このファイルをダウンロードしてください。解凍すると中にtest01.cというファイルが含まれています。これがメインプログラムです。他のファイルはコンパイルする上で必須のファイルばかりですが、全部ＨＥＷ（日立の統合開発環境）が勝手に作ってくれるので、今回はどこも触る場所は有りません。
重要なのは main() 文の中身で、このようになっているはずです。
void main(void)
{
PB.DDR = 0xff; // Port-B is Output
PB.DR.BYTE = 0x00; // ●●●●●●●●
PB.DR.BIT.B0 = 0; // ●○●○●○●○
PB.DR.BIT.B1 = 1;
PB.DR.BIT.B2 = 0;
PB.DR.BIT.B3 = 1;
PB.DR.BIT.B4 = 0;
PB.DR.BIT.B5 = 1;
PB.DR.BIT.B6 = 0;
PB.DR.BIT.B7 = 1;
while(1);
}
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また、上の方に
#include "iodefine.h"
と書いてある部分もポートを使う上で必須なので注意してください。（今後紹介するプログラムでは必ず登場しますので、忘れずに書くようにしてください。これを抜かすとＨ８の機能を何も使えません。）
さて、何をやっているかですが、まず
PB.DDR = 0xff;
ですが、これはPort-Bをどのように使うかを指定します。Port-Bは全部で８本の端子がありますが、これらは全部独立に入出力ポートとして設定できますが、それは言い換えると１個１個個別に指定してやる必要があるということですので、このような書式になっています。最上位ビットがPortB-7で、最下位がPortB-0に相当します。「０」が入力設定で、「１」が出力設定です。今回は全部出力設定なので、
1111 1111（２進数） ＝＞ 0xff （１６進数）
となります。コンパイラは
PB.DDR = 11111111;
と書いても通らないので、必ず１６進数で書いてください。（Ｃ言語ではほとんど常識ですね）
余談ですが、上位４ビットを入力に、下位４ビットを出力として使う場合は
PB.DDR
= 0x0f;
というように書きます。
次に、
PB.DR.BYTE = 0x00;
とあります。これは、Port-Bの最初の状態を指定しています。「０」で出力無し（０Ｖ）、「１」で出力有り（５Ｖ）ですから、0x00だとＬＥＤは全部消えた状態になります。この「.BYTE」という表記は８本のポートを全部一括で扱う場合で、１本ずつ個別に扱いたいときにはその下から８行つづいている
PB.DR.BIT.B0 = 0;
のように、「.BIT.Bn」という表現を使います。ここで「n」には扱いたいポートのビット番号を入れます。
もう勘のいい人は分かったと思いますが、
PB.DR.BYTE = 0xaa;
と書くのと、
PB.DR.BIT.B0 = 0;
PB.DR.BIT.B1
= 1;
PB.DR.BIT.B2 = 0;
PB.DR.BIT.B3 = 1;
PB.DR.BIT.B4
= 0;
PB.DR.BIT.B5 = 1;
PB.DR.BIT.B6 = 0;
PB.DR.BIT.B7
= 1;
と書くのは同じ意味を持ちます。
なぜ同じ事ができるのに２通りの表現があるかですが、少し考えれば分かることで、たとえば他のポートはそのままの状態で、ひとつだけ状態を変えたいときなどは論理演算子を使うよりもビット単位で書いた方が間違いが少ないし、何よりも高速です。また、高速性が求められる時に１個１個順番に状態を変えていくよりも８本一括で変更できた方が便利であることも確かですから、ケースバイケースで２通り使い分けれた方が便利なのです。
入力ポートとして使ってみる
今度は逆に入力ポートとして使ってみましょう。さきほどのPort-Bは入力プルアップＭＯＳが使えないので、入力としてそのまま使うと壊してしまうおそれがあります。そのためにわざわざ抵抗を用意するのも面倒なので、Port-2を使いましょう。
回路はさきほどの物を流用し、Port-2にスイッチを８個増やしてください。次に、このファイルをダウンロードしてください。展開すると先ほどと同じようなファイル構成の物が出てくると思いますが、この中で重要なのは、
test02.c だけです。他のファイルはやはりＨＥＷが作ってくれます。
void main(void)
{
P2.DDR = 0x00;
P2.PCR.BYTE = 0xff;
while(1){
PB.DR.BYTE = P2.DR.BYTE;
}
}
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このプログラムはポート２のスイッチがONの時にポートＢの対応するビットのＬＥＤが灯ります。
では最初から見ていきましょう。まず、
P2.DDR = 0x00;
これはもう分かりますね。Port-2は８ポートとも入力に使うという意味です。
P2.PCR.BYTE = 0xff;
これは入力プルアップをどうするのかという設定です。「０」がOFFで「１」がONです。ここでは全ポートONにしています。
while(1){
PB.DR.BYTE
= P2.DR.BYTE;
}
このプログラムはスイッチの状態を見るわけで、起動して一巡してそれで終わりでは困ります。常にプログラムは入力ポートの状態を監視したいわけですから、このようにwhile文（またはdo〜while文）で無限ループを作ってやります。そして、その中にある文は
int i;
i = P2.DR.BIT.B0;
if(
i == 1 )
PB.DR.BIT.B0 = 1;
else
PB.DR.BIT.B0
= 0;
i = P2.DR.BIT.B1;
if(
i == 1 )
PB.DR.BIT.B1 = 1;
else
PB.DR.BIT.B1
= 0;
・
・
・
という内容を簡潔にまとめた物であることは分かるかと思います。
まとめ
これで入出力ポートを扱う基礎はわかりましたね？ ポイントを整理すると、
- 入力に適したポート、出力に適したポートを使い分ける（→無駄なパーツが省ける）
- 入出力設定は Pn.DDR = 0xnn で設定
- 入力でプルアップが必要なときは Pn.PCR = 0xnn の必要なビットを立てる
- 出力設定で、信号を出すときは「１」、出さないときは「０」を Pn.DR.BIT.Bn に書く
- 入力設定で、ポートの状態（Hi or Lo）は Pn.DR.BIT.Bn に「１」か「０」で入っている
これは本当に基礎中の基礎です。このページを１００％理解できなければ次からの説明は全くと言っていいほど理解できません。また、これからマイコンを使う上で、ずっとつきまとってくる内容です。たとえば入力プルアップの無いポートに直接何かの入力を入れてポートが壊れるなんてことは初歩的ながらも見落としかねないトラブルです。だからこそしっかりと理解して自分の物にしてください。
