Mikrokontrolery

Jak z każdym innym rejestrem, rejestr (lub rejestry w większych mikrokontrolerach) I/O może być zapisywany i odczytywany pod kontrolą programu. Jednakże instrukcje odczytu (np. MOVF GPIO, W) zawsze odczytują końcówki I/O niezależnie od ich trybów kierunku przesyłania danych. Podczas resetu wszystkie porty I/O są ustawiane w tryb wejścia (wejścia pracują przy wysokiej impedancji), ponieważ zostają ustawione wszystkie rejestry sterujące we/wy.

Rejestr GPIO (ang. General Purpose Input Output register – Rejestr we/wy ogólnego przeznaczenia) jest rejestrem 8-bitowym. Tylko 4 bity są używane (GP[3:0]). Bity 7:4 nie są zaimplementowane i dają odczyt zero. Zauważ, iż GP3 jest końcówką pracującą tylko jako wejście.

Końcówki GP0, GP1 i GP3 mogą zostać skonfigurowane do pracy ze słabymi opornikami podciągającymi jak również do wybudzania mikrokontrolera z trybu uśpienia przy zmianie stanu końcówki. Funkcje te są wybierane globalnie dla wszystkich trzech końcówek. Jeśli końcówka GP3/MCLR zostanie skonfigurowana jako MCLR, to  słaby opornik podciągający jest zawsze do niej podłączony a wybudzanie przy zmianie stanu nie jest włączone.

Rejestr sterowania driverami wyjść (ang. Output Driver Control register) jest ładowany zawartością akumulatora W przez wykonanie instrukcji TRIS f. Bit w rejestrze TRIS ustawiony na 1 powoduje, iż powiązany z nim driver wyjściowy końcówki GPn (n = 0...2) zostaje ustawiony w tryb wysokiej impedancji. Bit wyzerowany umieszcza zawartość zatrzasku danych wyjściowych na wybranej końcówce poprzez włączenie bufora wyjściowego. Wyjątkiem są końcówka GP3 będąca jedynie wejściem oraz końcówka GP2/T0CKI/COUT/FOSC4, która może być kontrolowana przez różne rejestry. Poniższa tabelka przedstawia kolejność ważności funkcji sterujących końcówkami:

Rejestry TRIS są rejestrami tylko do odczytu i przy resecie ich bity są ustawiane na 1 (drivery wyjściowe wyłączone).

Poniższy rysunek przedstawia uproszczony schemat zastępczy końcówki portu we/wy:

Wszystkie końcówki portu, z wyjątkiem GP3 będącą tylko do odczytu, mogą być używane zarówno w operacjach odczytu jak i zapisu. Przy odczycie dane nie są zatrzaskiwane w porcie. Każda dana wejściowa musi być obecna na końcówce aż do jej odczytu przez instrukcję wejścia (np. MOVF GPIO, W). Dane wyjściowe zostają zatrzaśnięte w przerzutniku a do ich nadpisania inną wartością.

Aby używać końcówki portu jako wyjście danych, odpowiadający jej bit sterowania kierunkiem w rejestrze TRIS musi być wyzerowany. Przy używaniu jako wejście bit ten należy ustawić na jeden. Każda końcówka we/wy (z wyjątkiem GP3) może być zaprogramowana indywidualnie jako wejście lub wyjście.

Dwukierunkowe porty we/wy

Niektóre instrukcje działają wewnętrznie jak odczyt, którym następuje operacja zapisu. Na przykład instrukcje BCF i BSF odczytują do mikroprocesora cały port, wykonują operację bitową i zapisują z powrotem wynik. Należy podjąć środki ostrożności, gdy te instrukcje zostaną użyte do portu, w którym jedna lub więcej końcówek pracuje jako wejścia/wyjścia. Na przykład instrukcja BSF na bicie 2 rejestru GPIO spowoduje odczyt do mikroprocesora wszystkich ośmiu bitów, ustawi na 1 bit 2 i wartość GPIO zostanie zapisana do zatrzasków wyjściowych. Jeśli inny bit rejestru GPIO jest używany jako dwukierunkowa końcówka we/wy (powiedzmy bit 0), a została ona zdefiniowana w tym czasie jako wejście, to sygnał obecny na końcówce zostanie wczytany do mikroprocesora, a następnie zapisany do zatrzasku danych tej konkretnej końcówki, nadpisując poprzednią zawartość. Tak długo jak końcówka pozostaje w trybie odczytu nie pojawi się żaden problem. Jednakże, jeśli bit 0 zostanie przełączony później w tryb zapisu, to zawartość zatrzasku danych może być nieokreślona. Poniższy przykład pokazuje efekt dwóch kolejnych instrukcji odczytu-modyfikacji-zapisu (np. BCF, BSF, itp.) na porcie we/wy.

;Początkowe ustawienia GPIO
;GPIO<3:2> Wejścia
;GPIO<1:0> Wyjścia
;
;                   Zatrzask GPIO końcówki GPIO
; ---------- ----------
	BCF   GPIO, 1 ;---- pp01    ---- pp11
	BCF   GPIO, 0 ;---- pp10    ---- pp11
	MOVLW 007h    ;
	TRIS  GPIO    ;---- pp10    ---- pp11
;

Uwaga

1.

Użytkownik może spodziewać się wartości ----pp00 na końcówkach. Druga instrukcja BCF spowodowała zatrzaśnięcie GP1 jako wartości wysokiej na końcówce.

Końcówka aktywnie wyprowadzająca wartość wysoką lub niską nie powinna być w tym samym czasie wysterowywana przez zewnętrzne urządzenia w celu zmiany poziomu na tej końcówce (suma montażowa, iloczyn montażowy). Powstające w wyniku wysokie prądy wyjściowe mogą uszkodzić układ.

Kolejne operacje na portach we/wy

Faktyczny zapis do portu we/wy odbywa się na końcu cyklu rozkazowego, gdzie przy odczycie dane muszą być poprawne na początku cyklu rozkazowego.

Poniższy przykład pokazuje zapis do GPIO, po którym następuje odczyt z GPIO.
Czas ustalania się danych = (0,25·T_CY-T_PD)
gdzie:
T_CY = cykl rozkazowy
T_PD = opóźnienie propagacji
Dlatego przy wyższych częstotliwościach zegarowych zapis, po którym następuje odczyt, może być problematyczny.

Dlatego należy bardzo uważać, jeśli po zapisie następuje bezpośrednio odczyt w tym samym porcie we/wy. Ciąg instrukcji powinien umożliwić ustabilizowanie się napięcia na końcówce (zależy to od obciążenia) zanim następna instrukcja wczyta stan końcówki do mikroprocesora. W przeciwnym razie do mikroprocesora zostanie wczytany poprzedni stan końcówki, a nie nowy. W razie wątpliwości lepiej rozdzielić w kodzie takie instrukcje instrukcją NOP lub inną, która nie operuje na porcie we/wy.