UDA 4 — Ingressi e uscite: le periferiche di base

6 ore (2 di teoria + 4 di laboratorio) · Settimane 7-8

Obiettivi

Al termine di questa unità:

• distinguesti memoria e spazio delle porte e sai usare IN e OUT in tutte le forme;
• conosci la mappa delle porte del G80;
• piloti le uscite: LED, display 7 segmenti, LCD;
• leggi gli ingressi: interruttori, tastiera, keypad;
• riconosci un handshake e sai gestire il keypad (bit 7 = dato pronto);
• usi BIT/SET/RES per lavorare sui singoli bit;
• hai completato l’Esercizio 5 e sostieni la prova pratica n. 2.

Piano delle due settimane — Incontro 1 (3 h): porte, IN/OUT, LED, 7 segmenti, LCD con OTIR (esempi 04–05). Incontro 2 (3 h): tastiera e keypad con handshake, Esercizio 5, esempi 06–07 e prova pratica.

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1. Due spazi: memoria e porte

Il G80 dialoga con il mondo attraverso due spazi separati:

Spazio	Dimensione	Istruzioni	A cosa serve
Memoria	65536 celle (16 bit)	LD, LDIR…	dati e programmi
Porte di I/O	256 porte (8 bit)	IN, OUT	periferiche (LED, tastiere, display, timer…)

Le forme principali:

        in  a, (0x90)     ; legge la porta 0x90 -> A          (porta "diretta")
        out (0x20), a     ; scrive A sulla porta 0x20
        ld  c, 0xD0
        in  a, (c)        ; legge la porta indicata da C      (porta "in registro")
        out (c), a        ; scrive sulla porta indicata da C

La forma con la porta in C è comodissima quando la porta cambia (es. prima leggi la tastiera, poi scrivi sull’LCD): basta ricaricare C.

Istruzione	Byte	Nota
in a, (n)	DB n	legge una porta
out (n), a	D3 n	scrive su una porta
in a, (c)	ED 78	porta in C
out (c), a	ED 79	porta in C
otir	ED B3	blocco: invia B byte da (HL) alla porta (C)

Una lettura da una porta non mappata restituisce 0xFF.

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2. La mappa delle porte del G80

Porta	Periferica	Direzione	In questa UDA
0x20	8 LED	OUT	✅
0x30–0x33	chart recorder (+ marker)	OUT	UDA 5
0x40	potenziometro	IN	UDA 5
0x60	beeper	OUT	UDA 5
0x70–0x71	timer (CTC)	OUT	UDA 5
0x80–0x81	keypad 16 tasti	IN/OUT	✅
0x90	8 interruttori	IN	✅
0xA0–0xA1	2 display 7 segmenti	OUT	✅
0xB0	motore stepper	OUT	UDA 5
0xC0	tastiera ASCII	IN	✅
0xD0	LCD 20×10	OUT	✅
0xE0–0xE1	counter / nastro	OUT/IN	UDA 5
0xF0–0xF1	forno (kiln)	OUT/IN	UDA 5
0x01, 0x03	vettori dei device A/B	OUT	UDA 5 (interrupt)

La mappa completa con tutti i dettagli è nel manuale (§ Periferiche).

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3. Le uscite

LED — porta 0x20

Otto bit = otto LED: il bit 0 è il primo LED, il bit 7 l’ultimo.

        ld  a, 0x0F       ; 0000 1111
        out (0x20), a     ; accesi i primi 4 LED

Display 7 segmenti — porte 0xA0 e 0xA1

Ogni byte contiene lo stato dei 7 segmenti: bit 0 = a, bit 1 = b, … bit 6 = g. Ecco i pattern delle cifre (verificati sul simulatore):

Cifra	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Hex	3F	06	5B	4F	66	6D	7D	07	7F	6F

Con una tabella in memoria e un indice (ADD HL,DE, UDA 3) si accende la cifra voluta.

LCD — porta 0xD0

Display a caratteri 20 colonne × 10 righe:

• ogni byte scritto è un carattere ASCII e fa avanzare il cursore;
• 0x0A = nuova riga;
• dopo 200 caratteri si riparte dall’inizio (il display “scorre” da solo).

Per scrivere una stringa si usa OTIR:

LCD = 0xD0
        ld  hl, testo
        ld  b, fine - testo   ; lunghezza (differenza di etichette, UDA 1)
        ld  c, LCD
        otir                  ; invia B byte da (HL) alla porta (C)
        halt
testo:  .ascii /Ciao dal G80!/
        .db 0x0A              ; nuova riga
fine:

OTIR in tre passi: scrive (HL) sulla porta (C), incrementa HL, decrementa B; ripete finché B ≠ 0. È il LDIR delle porte!

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4. Gli ingressi

Interruttori — porta 0x90

Otto bit = otto interruttori:

        in  a, (0x90)     ; legge gli interruttori
        out (0x20), a     ; ...e li mostra sui LED

Tastiera ASCII — porta 0xC0

Restituisce il codice ASCII del tasto premuto, oppure 0x00 se non c’è nulla di nuovo. La lettura “consuma” il tasto: il carattere viene restituito una sola volta.

attendi:
        in  a, (0xC0)
        or  a             ; A == 0 ?
        jr  z, attendi    ; nessun tasto: riprova
        ; qui A contiene il carattere

Keypad 16 tasti — porte 0x80/0x81

Il keypad usa un protocollo tutto suo:

• se non c’è un tasto: legge 0x00;
• se c’è: bit 7 = 1 (“dato pronto”) e bit 0–3 = tasto (0–9, A–F);
• la lettura è l’handshake: dopo che hai letto, il “dato pronto” sparisce.

        in  a, (0x80)
        bit 7, a          ; c'e' un tasto pronto?
        jr  z, niente     ; no
        and 0x0F          ; numero del tasto (0-15)

Bit per bit: BIT, SET, RES

Istruzione	Effetto	Tipico uso
bit n, r	testa il bit n (Z = 1 se è 0)	handshake (bit 7, a)
set n, r	porta il bit n a 1	accendere un flag
res n, r	porta il bit n a 0	spegnere un flag

BIT non modifica il registro: aggiorna i flag. SET/RES la usano per accendere/spegnere.

Che cos’è un “handshake”

Un handshake è un piccolo dialogo per non perdere dati:

1. il device alza un segnale “sono pronto” (qui: il bit 7 del keypad);
2. il programma conferma leggendo il dato;
3. il device abbassa il segnale e aspetta il prossimo dato.

Senza handshake si rischia di leggere due volte lo stesso tasto o di perdere quelli veloci. La tastiera 0xC0 usa un handshake “implicito”: il tasto è disponibile finché non lo leggi.

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5. Laboratorio guidato

Attività A — Esempio 04: dagli interruttori ai LED

Apri 04-interruttori-led.asm ed esegui: muovendo gli interruttori, i LED li seguono.

Varianti da provare (collegano la UDA 1–2):

1. mostra solo i bit dispari: and 0xAA;
2. mostrali invertiti: cpl;
3. mostra i bit invertiti solo se il primo interruttore è acceso (altrimenti tutto spento).

Attività B — Esempio 05: messaggio sul LCD con OTIR

1. esegui 05-lcd-messaggio.asm e osserva il testo sul display;
2. cambia il messaggio e la lunghezza: perché fine - testo continua a funzionare?
3. aggiungi una seconda riga (aggiungi 0x0A + altro testo) e verifica il “a capo”.

Attività C — Tastiera (Esercizio 5) e keypad (Esempio 07)

1. Esercizio 5 (esercizi/05-eco-lcd.asm): completa l’eco — ogni carattere digitato deve comparire sul LCD. Verifica: digitando “ciao” compare “ciao” (e la lettura lo consuma!).
2. Esempio 07-keypad-lcd.asm: osserva la conversione numero → ASCII (add a, 0x30 per 0–9, add a, 0x37 per A–F) e il ruolo del bit 7.

Consegna: nell’esempio 07, cosa succede se non si guarda il bit 7 ma solo i bit 0–3? Spiega con un esempio di lettura sbagliata.

Attività D — Display 7 segmenti con la tabella

Imposta una cifra (0–9) con gli interruttori e mostrala sul primo display a 7 segmenti:

        ld hl, cifre
        ld a, (0x90)
        and 0x0F          ; tieni solo 0-15
        ld e, a
        ld d, 0
        add hl, de        ; HL = indirizzo del pattern
        ld a, (hl)
        out (0xA0), a     ; primo display
        halt
cifre:  .db 0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F

Verifica: con gli interruttori che valgono 3, sul display compare 3. Prova le altre cifre. (Se il valore è > 9 si accende un pattern “strano”: perché? Guarda la tabella: esistono solo 10 pattern ma AND 0x0F può produrre 10–15.)

Attività E — Sfida: contatore di tasti sull’LCD

Ogni volta che premi un tasto sulla tastiera, l’LCD mostra il numero progressivo dei tasti (1, 2, 3…). Aiutati con l’eco dell’Esercizio 5.

Mostra una soluzione

KBD = 0xC0
LCD = 0xD0

        ld  b, 0          ; contatore dei tasti
ciclo:
        ld  c, KBD
        in  a, (c)
        or  a
        jr  z, ciclo      ; nessun tasto
        inc b             ; nuovo tasto
        ld  a, b
        add a, 0x30       ; 1 -> '1', 2 -> '2', ...
        ld  c, LCD
        out (c), a        ; stampa la cifra
        jp  ciclo

(Con più di 9 tasti il carattere non è più una cifra: come si potrebbe rimediare? Idea: stampare anche 0x0A ogni tanto, oppure usare due cifre con la LUT del 7 segmenti… ma è un’altra storia!)

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6. Prova pratica n. 2

In coda a questa unità c’è la prova pratica intermedia (1 ora, al simulatore): un programma con almeno una porta di ingresso e una di uscita. La trovi nella pagina “UDA 4 — Esempio di prova pratica n. 2” (due tracce + griglia di correzione): usala per allenarti, poi il docente assegna la versione per la classe.

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7. Autoverifica

1. Differenza tra lo spazio di memoria e lo spazio delle porte? Quali istruzioni per ciascuno?
2. Che differenza c’è tra out (0x20), a e out (c), a? Quando è comoda la seconda?
3. Cosa fa OTIR esattamente? Quali tre registri usa?
4. Tastiera e keypad: come si capisce che c’è un dato nuovo? Cosa cambia tra i due device?
5. Perché bit 7, a è meglio di and 0x80 per l’handshake? (Suggerimento: cosa succede ad A?)

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8. Compiti e materiali

📎 I file .asm di esempi ed esercizi si scaricano dalla pagina Materiali.

• Compito: completa l’Esercizio 5; risolvi la sfida del contatore; prepara la prova pratica sul foglio prima di provarla al simulatore.
• Pre-lettura: manuale, tabella delle porte e sezione LCD.
• Materiali: esempi 04–07; esercizio 05-eco-lcd.asm (+ soluzione); tabella cifre 7 segmenti.
• Prossima unità: interrupt e periferiche avanzate — timer, counter, motore, forno (UDA 5).