エンベデッドシステムスペシャリスト 2018年午前2 問03

問題文

8ビットの方向レジスタ及びデータレジスタで構成されるI/Oポートがあり、各ビットにLEDが一つずつ負論理で接続されている。システム起動時にLEDの不要な点灯を避けるための手続として、適切なものはどれか。ここで、レジスタに書き込む値は16進数で表現している。

🖊️ 解答を隠して解いてみる

ア：データレジスタに00を書き込んでから、方向レジスタにFFを書き込む。

イ：データレジスタにFFを書き込んでから、方向レジスタにFFを書き込む。（正解）

ウ：方向レジスタにFFを書き込んでから、データレジスタに00を書き込む。

エ：方向レジスタにFFを書き込んでから、データレジスタにFFを書き込む。

🔒 解説は解答すると表示されます

LEDは負論理で接続されており、データレジスタの値が 0なら点灯、1なら消灯します。一方、データレジスタはリセット時に値が不定なので、起動直後にそのまま出力にすると、LEDが意図せず点灯する可能性があります。

そこで、まずデータレジスタに FF を書き込み、8ビットすべてを消灯状態にします。次に方向レジスタへ FF を書き込み、8ビットを出力に設定します。この順序で初期化するイが適切です。

FF は2進数で 11111111 です。データレジスタに FF を書き込んでから出力に切り替えることで、出力開始時点から全LEDを消灯状態にできます。

ア：データレジスタに 00 を書き込んでから、方向レジスタに FF を書き込む
00 はLEDを点灯させる値です。方向レジスタを出力に設定したとき、意図しない点灯につながります。
イ：データレジスタに FF を書き込んでから、方向レジスタに FF を書き込む
先にデータを全LEDの消灯値に設定し、その後で全ビットを出力にします。起動時の不要な点灯を避ける手順です。
ウ：方向レジスタに FF を書き込んでから、データレジスタに 00 を書き込む
データレジスタが不定のまま出力に切り替えるため、切替時にLEDが点灯する可能性があります。また、最終的な設定も全LED点灯になります。
エ：方向レジスタに FF を書き込んでから、データレジスタに FF を書き込む
最終的には全LEDが消灯しますが、データレジスタが不定の状態で先に出力に切り替えるため、一時的に不要な点灯が起こる可能性があります。

負論理では「1」が点灯だと思い込む
この問題では、注記にあるとおり 0 が点灯、1 が消灯です。問題文や図の論理を確認しましょう。
最終状態だけ合っていれば、書込み順序は関係ないと思う
初期化では、途中の状態も重要です。出力を有効にする前に、安全なデータを設定します。
リセット時の方向レジスタが0なら、データレジスタも安全だと思う
方向レジスタのリセット値は全ビット入力ですが、データレジスタの値は不定です。レジスタごとにリセット時の状態を確認してください。

この問題のように、出力を有効にする前に出力データを設定する手順は、LEDに限らず、モータやリレーなどの制御でも重要です。出力値が不定のまま出力を有効にすると、一瞬の誤動作が機器に影響することがあります。

Q. なぜデータレジスタを設定してから、方向レジスタを設定するのですか？
A. 方向レジスタを出力にすると、データレジスタの値が外部に出力されます。先に消灯値を設定しておけば、出力開始時に不要な点灯を防げます。

Q. FF は何を表していますか？
A. 16進数の FF は2進数の 11111111 です。8ビットすべてに 1 を設定する値です。

関連キーワード: 負論理、I/Oポート、方向レジスタ、データレジスタ、初期化順序、出力制御

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