5.0 Portas de Entrada e Saída dos microcontroladores PIC16F627A, PIC16F628A e PIC16F648A

Tradução: Maria Elisa - Assessoria em Inglês e Alemão 

Revisão: Renato Kodaira

Os microcontroladores PIC16F627A, PIC16F628A e PIC16F648A possuem duas portas, PORTA e PORTB. Alguns pinos para estas portas I/O são multiplexados com funções alternativas para as propriedades dos periféricos no dispositivo. Em geral, quando um periférico é habilitado, aquele pino não pode ser utilizado como um pino I/O de propósito genérico.

5.1 Registradores PORTA e TRISA

A PORTA consiste em uma latch com 8 bits de largura. A RA4 é uma entrada do tipo Schmitt Trigger e uma saída de dreno aberto. A porta RA4 é multiplexada com a entrada de clock T0CKI. A RA5⁽¹⁾ é somente uma entrada tipo Schmitt Trigger e não possui drivers de saída. Todos os outros pinos de porta RA possuem níveis de entrada tipo Schmitt Trigger e drivers de saída CMOS completos. Todos os pinos possuem bits de direcionamento de dados (registradores TRIS) que podem configurá-los como entrada ou saída.

Um '1' no registrador TRISA coloca o driver de saída correspondente em modo de Alta Impedância. Um '0' no registrador TRISA coloca o conteúdo da latch de saída no(s) pino(s) selecionado(s).

A leitura do registrador PORTA detecta o status dos pinos, assim como a escrita irá salvar na latch da porta. Todas as operações de escrita são do tipo leitura-modificação-escrita. Então uma escrita em uma porta implica no fato de os pinos da mesma serem primeiramente lidos, e em seguida este valor ser modificado e escrito na latch de dados da porta.

Os pinos da PORTA são multiplexados com funções de comparador e de referência de tensão. A operação destes pinos é selecionada por bits de controle no registrador CMCON (registrador de Controle de Comparação) e no registrador VRCON (registrador de Controle de Referência de Tensão). Quando selecionados como entrada de comparador, estes pinos serão lidos como '0's.

TRISA controla a direção dos pinos da RA, mesmo quando eles estão sendo utilizados como entradas de comparador. O usuário deve assegurar-se de manter os pinos configurados como entradas quando utilizá-los como entradas do comparador.

O pino RA2 também funcionará como saída para a referência de tensão. Quando neste modo, o pino V_REF consiste em uma saída de impedância muito alta. O usuário deve configurar o bit TRISA<2> como saída e utilizar cargas de alta impedância.

Em um dos modos de comparador definidos pelo registrador CMCON, os pinos RA3 e RA4 se tornam saídas dos comparadores. Os bits TRISA<4:3> devem ser apagados a fim de habilitar as saídas a utilizar esta função.

EXEMPLO 5.1: INICIALIZANDO A PORTA

  CLRF PORTA        ;Inicialização da porta pela preparação
                    ;das latches de saída de dados                  
  MOVLW 0x07        ;Desligar os comparadores e
  MOVWF CMCON       ;habilitar os pinos para funções de entrada e saída 
  BCF STATUS, RP1
  BSF STATUS, RP0   ;Selecionar o banco 1
  MOVLW 0x1F        ;Valor usado para inicializar o direcionamento dos dados  
  MOVWF TRISA       ;Define RA<4:0> como entradas
                    ;TRISA<5> é sempre lido como '1'
                    ;TRISA<7:6> depende do modo do oscilador

FIGURA 5.1: DIAGRAMA DE BLOCOS DOS PINOS RA0/AN0:RA1/AN1

FIGURA 5.2: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RA2/AN2/V_REF

FIGURA 5.3: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RA3/AN3/CMP1

FIGURA 5.4: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RA4/T0CKI/CMP2

FIGURA 5.5: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RA5/MCLR/V_PP

FIGURA 5.6: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RA6/OSC2/CLKOUT

FIGURA 5.7: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RA7/OSC1/CLKIN

TABELA 5.1: FUNÇÕES DA PORTA

Legenda:
O = Saída (output)
CMOS = Saída CMOS
P = Energia (power)
--- = não utilizado(a)
I = Entrada (input)
ST = Entrada tipo Schmitt Trigger
TTL = Entrada TTL
OD = Saída de dreno aberto (open drain)
AN = analógico(a)

TABELA 5.2: RESUMO DOS REGISTRADORES ASSOCIADOS À PORTA

Legenda:
- = Posições não implementadas, lidas como '0'
u = inalterado
x = desconhecido
q = o valor depende da condição
células sombreadas = não utilizadas para a PORTA

Nota 1: O bit de configuração MCLRE ativa a funcionalidade do RA5.

5.2 Registradores PORTB e TRISB

A PORTB é uma porta bi-direcional com 8 bits de largura. O registrador de direcionamento de dados correspondente a ela é o TRISB. Um '1' no registrador TRISB coloca o driver de saída correspondente em modo de Alta Impedância. Um '0' no registrador TRISB coloca o conteúdo da latch de saída no(s) pino(s) selecionado(s).

A PORTB é multiplexada com os módulos de interrupção externa, USART e CCP e com a entrada/ saída de clock TMR1. As funções padrão, bem como as funções alternativas da porta são apresentadas na Tabela 5.3. As funções alternativas da porta podem se sobrepor à ativação do TRIS quando habilitadas.

A leitura do registrador PORTB detecta o status dos pinos, enquanto a escrita nele irá salvar na latch da porta. Todas as operações de escrita são do tipo ler-modificar-escrever. Então uma escrita em uma porta implica no fato de os pinos da mesma serem primeiramente lidos, e em seguida este valor ser modificado e escrito na latch de dados da porta.

Cada um dos pinos da PORTB tem um pull-up interno fraco (≈ 200 μA típica). Um único bit de controle pode acionar todos os pull-ups. Isto é feito apagando-se o bit RBPU (OPTION<7>). O pull-up fraco é automaticamente desligado quando o pino da porta é configurado como saída. Os pull-ups são desabilitados na Reinicialização de Power-on.

Quatro dos pinos da PORTB, RB<7:4>, possuem uma propriedade de interrupção na alteração (interrupt-on-change). Somente os pinos configurados como entrada podem causar a ocorrência desta interrupção (i.e., qualquer pino dentre os RB<7:4> configurado como saída é excluído da comparação interrupt-on-change). Os pinos de entrada (dentre os RB<7:4>) são comparados com o antigo valor armazenado na última leitura da PORTB. As saídas de "não-igualdade" dentre os RB<7:4> são agrupadas através do operador OU para gerar a interrupção do RBIF (sinalizador armazenado em INTCON<0>).

Esta interrupção pode retirar o dispositivo da Hibernação. O usuário pode, durante a rotina de interrupção, desativá-la da seguinte forma:

1. Qualquer leitura ou escrita na PORTB. Isso encerrará a condição de não-igualdade.
2. Apagar o bit sinalizador RBIF.

Uma condição de não-igualdade continuará a ativar o bit sinalizador RBIF. A leitura da PORTB encerrará a condição de não-igualdade e permitirá o bit sinalizador RBIF de ser apagado.

A propriedade de interrupção por não-igualdade, juntamente com os pull-ups configuráveis pelo software nestes quatro pinos permitem uma interface com o teclado facilitada e possibilita um aumento na velocidade de digitação.(Veja a Nota de Aplicação AN552 "Implementando um Aumento na Velocidade de Digitação" (DS00552)).

A propriedade interrupt-on-change é recomendada para aumentar a velocidade da operação de digitação e de operações nas quais a PORTB é utilizada somente para a propriedade interrupt-on-change. A inativação do PORTB não é recomendada durante a utilização da propriedade interrupt-on-change.

FIGURA 5.8: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RB0/INT

FIGURA 5.9: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RB1/RX/DT

FIGURA 5.10: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RB2/TX/CK

FIGURA 5.11: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RB3/CCP1

FIGURA 5.12: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RB4/PGM

FIGURA 5.13: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RB5

FIGURA 5.14: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RB6/T1OSO/T1CKI/PGC

FIGURA 5.15: DIAGRAMA DE BLOCOS DO PINO RB7/T1OSI/PGD

TABELA 5.3: FUNÇÕES DA PORTB

Legenda:
O = Saída (output)
CMOS = Saída CMOS
P = Energia (power)
--- = não utilizado(a)
I = Entrada (input)
ST = Entrada tipo Schmitt Trigger
TTL = Entrada TTL
OD = Saída de dreno aberto (open drain)
AN = analógico(a)

TABELA 5.4: RESUMO DOS REGISTRADORES ASSOCIADOS À PORTB

Legenda:
u = inalterado
x = desconhecido
células sombreadas = não utilizadas para a PORTB

Nota 1: O bit de configuração LVP ativa a funcionalidade do RB4.

5.3 Considerações de Programação das Portas I/O

5.3.1 PORTAS I/O BIDIRECIONAIS

Qualquer instrução de escrita opera internamente como uma operação de leitura seguida por uma operação de escrita. As instruções BCF e BSF, por exemplo, leem o registrador na CPU, executam a operação no bit e escrevem o resultado de volta no registrador. Deve-se tomar cuidado ao se aplicar estas instruções em uma porta com entradas e saídas definidas sumultaneamente. Por exemplo, uma operação BSF no bit 5 da PORTB implicará na leitura de todos os 8 bits da PORTB na CPU. Então a operação BSF ocorre no bit 5 e a PORTB é escrita nas latches de saída. Se um outro bit da PORTB é utilizado como um pino I/O bidirecional (p. ex. o bit 0) e é definido como entrada neste momento, o sinal de entrada presente no pino propriamente dito será lido na CPU e reescrito na latch de dados deste pino em particular, sobrescrevendo o conteúdo anterior. Enquanto o pino permanece no modo de Entrada, não ocorre nenhum problema. Entretanto, se mais tarde o bit 0 é alterado para o modo de Saída, o conteúdo da latch de dados pode ser agora desconhecido.

A leitura de um registrador de porta detecta os valores dos pinos da porta. A escrita no registrador de porta grava o valor na latch da porta. Quando se utiliza as instruções do tipo ler-modificar-escrever (p. ex. BCF, BSF, etc.) em uma porta, o valor dos pinos da porta é lido, a operação desejada é executada com este valor, e este valor é escrito na latch da porta.

O Exemplo 5.2 mostra o efeito de duas instruções sequenciais do tipo ler-modificar-escrever (p. ex. BCF, BSF, etc.) em uma porta I/O.

Um pino produzindo ativamente saídas Alto ou Baixo não deve concomitantemente receber comandos de dispositivos externos a fim de ter o seu nível alterado ("wired-OR", "wired-AND"). As altas correntes de saída resultantes podem danificar o chip.

EXEMPLO 5.2: INSTRUÇÕES DO TIPO LER-MODIFICAR-ESCREVER EM UMA PORTA I/O

  ;Configurações iniciais da porta: PORTB<7:4> entradas
  ;                                 PORTB<3:0> saídas
  ;PORTB<7:6> possuem pull-up externos e não são 
  ;conectados a outros circuitos

                              ;PORT latch   PORT Pins
                              ;----------   ----------
   BCF STATUS, RP0            ;
   BCF PORTB, 7               ;01pp pppp    11pp pppp
   BSF STATUS, RP0            ;
   BCF TRISB, 7               ;10pp pppp    11pp pppp
   BCF TRISB, 6               ;10pp pppp    10pp pppp
  
  ;Note que o usuário provavelmente esperava que os 
  ;os valores nos pinos fossem 00pp pppp. A segunda 
  ;instrução BCF causou o armazenamento de RB7 como valor  
  ;do pino (alto)

5.3.2 OPERAÇÕES SUCESSIVAS EM PORTAS I/O

A efetivação da escrita em uma porta I/O ocorre no final de um ciclo de instrução, ao passo que, para a leitura, os dados devem ser validados no início do ciclo de instrução (Figura 5.16). Portanto, deve-se tomar cuidado se uma operação de escrita seguida de uma operação de leitura é executada na mesma porta I/O. A sequência de instruções deve ser tal que permita a estabilização da voltagem do pino (dependente da carga) antes que próxima instrução, que causa a leitura daquele registro na CPU, seja executada. Caso contrário, o estado anterior do pino pode ser lido na CPU, ao invés do estado atual. Em caso de dúvida, é melhor separar estas instruções com uma NOP, ou uma outra instrução que não acesse esta porta I/O.

FIGURA 5.16: OPERAÇÕES I/O SUCESSIVAS