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PORTレジスタとLATレジスタ
更新日２００８．１１．２２
ＰＩＣには、入出力ポートを制御するためにＰＯＲＴレジスタ（ＰＯＲＴＡ／ＰＯＲＴＢなど）があります。これはＰＩＣ１６もＰＩＣ１８も共通です。
ＰＩＣ１８では、これに加えてＬＡＴレジスタ（ＬＡＴＡ／ＬＡＴＢなど）が追加されました。
ＰＩＣ１８を始めて使う時に疑問になる事の一つが、このＬＡＴレジスタだと思います。（必要性とか使い方とか）
今回は、このＬＡＴレジスタについて、実験をしながら有効性を確認します。
| 実験回路
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| ・ |
過去３回の実験で使った回路と同様に、２つのＬＥＤをＲＢ０／ＲＢ１に接続します。
今回の違いは、ＲＢ０／ＲＢ１に0.01uFのコンデンサを追加している点です。
通常はこのような回路は組みませんが、ある事象を発生させるために意図的にこのようにしています。これが今回の実験の肝になります。
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６８０Ωの抵抗２本は、３００Ω〜１ＫΩ程度の範囲であれば何でもＯＫです。
回路図にはパスコンがありませんが、ＰＩＣのＶｄｄとＧＮＤ間に０．０１ｕＦ程度のコンデンサを入れて下さい。
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- こちらは、ブレッドボードに仮組みした状態です。
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右上の６ピンヘッダ周りはＩＣＳＰ用で、回路図にはありません。
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| 過去３回のプログラムで動作させるとどうなるか？
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- 過去３回で、以下のクロック動作を確認しました。
いずれも、ＲＢ０／ＲＢ１のＬＥＤを交互に点滅させるプログラムです。
- ・４０ＭＨｚ動作（ＨＳＰＬＬ）
- ・１０ＭＨｚ動作（ＨＳ）
- ・１ＭＨｚ動作（内部クロック）
この３つのプログラムを今回の回路で動かして見て下さい。
そのままのプログラムで動作可能です。
どんな動きになりましたか？
- 私の環境では以下のようになりました。
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| クロック | ＲＢ０のＬＥＤ | ＲＢ１のＬＥＤ
| | ４０ＭＨｚ | 点滅しない | 前回同様に点滅
| | １０ＭＨｚ | 点滅しない | 前回同様に点滅
| | １ＭＨｚ | 前回同様に点滅 | 前回同様に点滅
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クロックが速いとＲＢ０のＬＥＤが点滅しなくなる、と言う結果になりました。
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| なぜそうなるのか？
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なぜこのような動作になるのでしょう。
過去３回のプログラムのメインルーチンを以下に引用しました。
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| main | | |
| | BSF | | PORTB,RB0 | | ;(1)
| | BCF | | PORTB,RB1 | | ;(2)
| | CALL | | wait1s | | ;(3)
| | BCF | | PORTB,RB0 | | ;(4)
| | BSF | | PORTB,RB1 | | ;(5)
| | CALL | | wait1s | | ;(6)
| | GOTO | | main | | ;(7)
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(1)(2)および(4)(5)に何かがありそうです。
まず始めに、ＢＳＦ／ＢＣＦ命令の動きを確認しましょう。
ＢＳＦ／ＢＣＦ命令などのレジスタ（ＳＦＲ，ＧＰＲ）を変更する命令は全て、１命令で以下の動作が行われます。
（下図ではＰＯＲＴＢレジスタを例にしています。）
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例えば、
ＢＳＦ ＰＯＲＴＢ，０
を実行すると以下の内部動作が行われます。
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これだけであれば問題なく動作しそうです。
続いて、ＰＯＲＴレジスタと入出力ピンの関係です。
下のイメージ図のようにＰＯＲＴレジスタと入出力ポートは直結しています。
もっと感覚的に表現すると、入出力ポートそのものがＰＯＲＴレジスタであると言えます。
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今回の実験回路では出力ポートにコンデンサを接続しました。
この状態でＲＢ０を０から１に変更すると以下のように変化します。
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| 直前までの状態 | BSF PORTB,RB0
を実行
|  | 
| | ＲＢ０の電圧変化 
RB0に1をセットしてもコンデンサに
充電している間はＨレベルにならない
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逆にＲＢ０を１から０に変更すると以下のように変化します。
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| 直前までの状態 | BCF PORTB,RB0
を実行
| |
| | ＲＢ０の電圧変化 
RB0に0をセットしてもコンデンサが
放電している間はＬレベルにならない
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このように、出力ポートに容量性の負荷（コンデンサ）が接続されていると、ＢＳＦ／ＢＣＦ命令の結果が反映されるまでに時間がかかります。
動作１、動作２から以下の命令の結果を見てみます。
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| BSF | | PORTB,RB0 | | ;(1)
| | BCF | | PORTB,RB1 | | ;(2)
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２つの命令の内部動作を表したものが下図です。
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| 命令 | 内部動作
| | BSF PORTB,RB0
| | ＰＯＲＴＢ | ００００００１０ |
| | ↓ |
| | 内部メモリ | ００００００１０ |
| | ↓ |
| | 内部メモリ | ００００００１１ |
| | ↓ |
| | ＰＯＲＴＢ | ００００００１０ | (1)ＲＢ０はすぐには１にならない
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| | BCF PORTB,RB1
| | ＰＯＲＴＢ | ００００００１０ | (2)ＲＢ０が１になる前に次の命令で読み込み
| | ↓ |
| | 内部メモリ | ００００００１０ |
| | ↓ |
| | 内部メモリ | ００００００００ |
| | ↓ |
| | ＰＯＲＴＢ | ００００００００ | (3)
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上の(3)もＲＢ１は遅れて０になりますが、この命令の直後でＰＯＲＴＢを使っていませんので結果的に正しく機能します。
また、クロックが遅い場合は、(2)の命令実行時にはＲＢ０が１になっているため、意図した動作になります。
このような動作が行われるため、ＲＢ０のＬＥＤだけ点滅しなくなりました。
この動きはＰＩＣ１６ファミリーでも同じです。
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| 解決策としてのＬＡＴレジスタ
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ＰＩＣ１６であれば、ＮＯＰ命令を入れて処理を遅延させるような事を行います。
一方ＰＩＣ１８では、ＰＯＲＴレジスタに加えＬＡＴレジスタが追加されました。
ＬＡＴレジスタは出力ポートの制御に使いますが、下のイメージ図のように出力ポートの影響を受けないような構成になっています。
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それではメインルーチンのＰＯＲＴＢをＬＡＴＢに変更して動かして見ましょう。
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| main | | |
| | BSF | | LATB,RB0 | | ;(1)
| | BCF | | LATB,RB1 | | ;(2)
| | CALL | | wait1s | | ;(3)
| | BCF | | LATB,RB0 | | ;(4)
| | BSF | | LATB,RB1 | | ;(5)
| | CALL | | wait1s | | ;(6)
| | GOTO | | main | | ;(7)
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どうなりましたか？
クロックが速くても、以前の回路で動かした時と同じようにＬＥＤが点滅すると思います。
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| ＰＩＣ１８の勧め（Vol.５）
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- その６． ＬＡＴレジスタにより出力ポートの状態を意識せず意図通りに制御できる
- ＰＩＣ１８ではＰＯＲＴレジスタに加えＬＡＴレジスタが追加されました。
ＬＡＴレジスタは出力ポートを制御するレジスタですが、出力ポートの影響を受けないレジスタであり、出力ポートの状態に依存せず意図した通りに制御できます。
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