Внутренние подтягивающие резисторы подключаются только при PUD=0, если контакты портов сконфигурированы как входы
Выходы портов выдерживают втекающий ток до 20mA и могут быть непосредственно подключены к светодиодным индикаторам. Однако, вытекающий ток порта не должен быть более 4 мА, а суммарная загрузка порта - не более 80 мА.
9.2. Алгоритмы обмена данными
Порты ввода-вывода предназначены для связи микроконтроллера с различными объектами и могут реализовывать различные алгоритмы обмена данными:
0 асинхронный программный обмен,
0 синхронный обмен,
0 ввод-вывод с сигналами квитирования.
Обмен данными между портами и объектами обеспечивается специальными подпрограммами-драйверами, создаваемыми индивидуально для каждого объекта.
АСИНХРОННЫЙ ОБМЕН
В режиме асинхронного программного обмена ввод и вывод данных производится
По программе в моменты выполнения инструкций ввода и вывода данных. Предполагается,
Что объект всегда готов к обмену: при вводе - данные в момент выполнения инструкции in
присутствуют на линиях порта, при выводе -данные будут прочитаны с линий порта до следующего вывода.
Например, микроконтроллер ATmega163 осуществляет асинхронный вывод данных nпри выполнении фрагмента программы:
equporta = $1B ;
.equ ddra = $1А ;
cseg
ldir16,$FF ;запись$РРвг16
out ddra, r16 включение порта А на вывод
out porta, rO ;вывод данных из регистра гО в порт А.
Время выполнения команды вывода равно двум периодам тактового сигнала.
Тот же микроконтроллер в течении двух тактов введет данные с линий порта при имении фрагмента программы:
equpina = $19
in rO, pina ; ввод данных из порта pina в регистр гО.
По адресу $19 в пространстве ввода-вывода микроконтроллера размещен регистр pina, с входных линий которого и будут взяты данные во время выполнения инструкции.
симплексный обмен
Симплексным считается однонаправленный обмен данными. Такой обмен обычно является синхронным. В этом случае каждое изменение данных на линиях порта •провождается сигналом синхронизации (стробом). Строб генерируется источником данных и предназначается для задания момента записи данных в регистр приемника.
При выводе данных сигнал строба должен сформировать микроконтроллер, используя для этого специальные линии шины управления или отдельные биты портов ввода-вывода.
На рис. 9.2 показан вариант соединения микроконтроллера ATmega163 с посимвольным принтером, имеющим 8-битный вход для приема данных DATA, выход сигнала готовности READY и вход стробирования #STB. Активным на входе стробирования является сигнал низкого уровня.
Порт PORTA микроконтроллера и бит РВ6 порта PORTB программируются на вывод данных, бит РВ2 порта PORTB на ввод. Подпрограмма вывода должна:
0 осуществить проверку готовности принтера (чтение сигнала готовности
принтера READY и его анализ),
° при обнаружении сигнала READY=1 вывести данные в порт PORTA,
° подтвердить вывод данных выводом сигнала стробирования #STB=0 для
записи данных в принтер.
Рис. 9.2. Подключение принтера к микроконтроллеру
Режим синхронного ввода позволяет точно задать момент считывания данных с объекта. В этом режиме сигнал стробирования, подтверждающий готовность данных, поступает с объекта на микроконтроллер. При появлении строба микроконтроллер должен осуществить ввод данных с порта.
полудуплексный обмен
Полудуплексным считается двунаправленный синхронный обмен, при котором в любой момент времени передача данных может производиться только в одном направлении. Направление передачи данных порта меняется в процессе работы в зависимости от решаемой в текущий момент задачи. На рис. 9.3 изображен вариант соединения микроконтроллера ATmega163 с объектом для обмена данными в полудуплексном режиме.
В схеме на рис. 9.3 передача данных в параллельном формате осуществляется по линиям порта PORTA. Для выдачи и приема четырех сигналов управления обменом (сигналы квитирования): строб ввода #STB IN (Strobe Input), строб вывода #STB OUT (Strobe Out), подтверждение ввода SACK IN (Acknowledge Input) и подтверждение вывода #АСК OUT (Acknowledge Out), использованы две линии порта PORTB и входы запросов на прерывания INTO и INT1.
При поступлении сигнала #STB IN = 0 контроллер должен выставить сигнал подтверждения #АСК IN = 0 и осуществить запись во входной регистр порта PORTA.. При низком уровне сигнала ASK IN объекту запрещается формировать новый сигнал #STB !N. По окончании записи контроллер снимает сигнал #АСК IN, разрешая повторную передачу данных.
Работа микроконтроллера в режиме вывода аналогична. Микроконтроллер выводит данные в порт PORTA, подтверждая вывод сигналом #STB OUT = 0. Объект формирует сигнал подтверждения #АСК OUT = 0, сообщая контроллеру о готовности к приему данных. При снятии сигнала #АСК OUT контроллер должен снять сигнал #STB OUT и может вновь перейти к выводу данных.
Одновременная передача данных в двух направлениях при полудуплексном обмене невозможна
дуплексный обмен
Дуплексным считается двунаправленный синхронный обмен, при котором в любой момент времени возможна передача данных в двух направлениях. В этом случае для передачи данных в каждом направлении выделяется свой однонаправленный порт. На рис. И 4 изображен вариант соединения микроконтроллера ATmega 163 с объектом для обмена айнными в дуплексном режиме.
11 схеме на рис. 9.4 порт PORTA работает на ввод данных, порт PORTB - на вывод, | пинии I 'СО и РС1 порта PORTC использованы для вывода сигналов квитирования #АСК И #ЛСК OUT. Для ввода сигналов квитирования от объекта #STB IN и #АСК OUT использованы входы запросов на прерывания INTO и INT1. При таком подключении задача ввода данных в микроконтроллер получает больший приоритет, чем задача вывода.
32. Аналого-цифровые преобразователи. Работа с АЦП микроконтроллера ATmega 163
Аналого-цифровой преобразователь ADC (Analog Digital Converter) осуществляет преобразование напряжения в цифровой код. Он предназначен для оцифровки и ввода в микроконтроллер аналоговых сигналов с различных датчиков физических величин. Схемы преобразователей различны. В зависимости от типа построения меняются и свойства преобразователя.
Параллельный преобразователь
В параллельном преобразователе (рис. 1) входной сигнал подается сразу на множество компараторов, осуществляющих сравнение сигнала с опорным напряжением. Опорные напряжения формируются цепочкой резисторов, делящих эталонное напряжение U0 на равные части.
Рис. 1. Параллельный аналого-цифровой преобразователь
Такие схемы ADC работают очень быстро, но сложны и используются редко.
Преобразователь последовательного приближения
Основными элементами преобразователя (рис. 2) является регистр последовательных приближений, код из которого с помощью цифроаналогового преобразователя преобразуется в напряжение. Компаратор СМР сравнивает входное напряжение с выходным напряжением преобразователя и через устройство управления воздействует на регистр.
Рис. 2. Преобразователь последовательного приближения
Преобразование выполняется за несколько тактов. В первом такте в старший разряд регистра последовательных приближений записывается единица. Если в результате сравнения на выходе компаратора устанавливается единичный сигнал, единица в старшем разряде регистра сохраняется. В противном случае - сбрасывается. Далее, в том же порядке, формируется второй по старшинству разряд результата, потом - третий и т.д. Для получения результата необходимо n тактов, где число n равно разрядности преобразователя.
Интегрирующий ADC для сравнения входного сигнала с эталонным использует заряд конденсатора. Сначала (рис. 3) конденсатор в течении фиксированного промежутка времени Т1 заряжается током, пропорциональным входному сигналу. После это он разряжается постоянным током с определенным значением. Время разряда конденсатора Т2 пропорционально значению входного напряжения. Оно фиксируется с помощью счетчика и поступает на выход схемы (рис. 4).
Рис. 3. Интегрирование сигнала в преобразователе
Интервал времени T1 задается включением ключа S1. По окончании T1 ключ S1 размыкается, a S2 - замыкается. Опорное напряжение U0 должно иметь знак противоположный знаку напряжения входного. Компаратор, устройство управления и счетчик определяют выходной код D, пропорциональный интервалу T2.
Рис. 10.4. Интегрирующий ADC
Интегрирующие схемы ADC имеют 8-16 разрядов и могут представлять результат в двоичном или двоично-десятичном коде.
Сигма-дельта преобразователь
Сигма-дельта преобразователи являются разновидностью интегрирующих ADC, в которых входной ток компенсируется коммутируемым зарядом от встроенного источника (рис. 5). Импульсы тока фиксированной длительности на каждом такте могут быть подключены к входу интегратора. В суммирующей точке интегратора поддерживается нулевой средний ток. Счетчик подсчитывает количество импульсов, поступающих в суммирующую точку за фиксированный период времени. Результат счета пропорционален входному напряжению. Рис. 5. Сигма-дельта преобразователь
Управление АЦП микроконтроллера
В состав микроконтроллеров обычно включают 8 - 16-битные многоканальные преобразователи с большим набором встроенных функций. При этом все функции преобразователя программируются и могут быть изменены в процессе работы.
Например, микроконтроллер ATmega163 оснащен 10-разрядным ADC последовательных приближений (рис. 10.6). ADC подсоединен к 10-канальному аналоговому мультиплексору (MUX), позволяющему подать на вход преобразователя любой из восьми входных сигналов со входов ADCO...ADC7, либо эталонное напряжение 1,22В. либо сигнал со входа AGND. Вывод AGND рекомендуется подсоединить к точке с нулевым потенциалом GND (Ground). ADC содержит схему выборки/хранения SHC (Sample&Hold Comparator),удерживающую напряжение входа во время преобразования на неизменном уровне.
Рис. 6. Структура аналого-цифрового преобразователя
Аналого-цифровой преобразователь преобразует напряжение аналогового входного сигнала в 10-разрядное цифровое значение методом последовательных приближений. Минимальное значение входного напряжения равно напряжению на контакте AGND. максимальное значение не должно превышать напряжение на контакте AREF. Результат в виде 10-битного двоичного числа D равен:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13
