Работа периферийных устройств

Работа периферийных устройств
Содержание
Введение
1. Параллельные порты ввода-вывода
2. Последовательный порт ввода-вывода SPI
3. Последовательный порт ввода-вывода UART
4. Последовательный порт ввода-вывода TWSI (I2C)
5. Таймеры-счетчики общего назначения
5.1 Таймер-счетчик типа А
5.2 Таймер-счетчик типа В
5.3 Таймер-счетчик типа С
5.4 Таймер-счетчик типа D
5.5 Таймер-счетчик типа Е
6. Сторожевой таймер
7. Аналого-цифровой преобразователь
8. Аналоговый компаратор
9. Программируемый аппаратный модулятор
10. Блок прерываний
Литература
Введение
В работе периферийных устройств участвуют регистры ввода-вывода. Работа периферийных устройств определяется состоянием разрядов регистров управления, а состояние периферийных устройств отражается состоянием разрядов регистров состояния. Имена и номера регистров ввода-вывода у микроконтроллеров разных типов указаны в приложении П4. Имена и номера разрядов регистров управления и разрядов регистров состояния приведена в приложении П5.
1. Параллельные порты ввода-вывода
Число параллельных портов ввода-вывода, суммарное число выводов портов и суммарное число выводов, выполняющих альтернативные функции, у микроконтроллеров разных типов указано в табл.1.1 в колонках Р, I/O и ALT соответственно.
В табл.1 приведены имена портов и указано число выводов (в числителе) и число выводов, выполняющих альтернативные функции (в знаменателе) для каждого порта в отдельности.
В состав порта РХ (X = А, В, С, D, Е) входят три регистра ввода-вывода с именами DDRX, PORTX и PINX. Регистр PINX не имеет аппаратной реализации. Это имя используется в командах, по которых выполняется чтение байтов на выводах порта.
Число разрядов в регистрах равно числу выводов порта.
Таблица 1
Тип МК
Имя порта


PA
PB
PC
PD
PE
PF
t11


6/6








t12


6/6








t15


6/6








2323


3/2








2343


5/3








1200


8/2


7/2




2313


8/3


7/7




t28
4/1
8/5*


8/0




4433


6/6
6/6
8/8




8515
8/8
8/8
8/8
8/7




8535--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
РВ2
РВ4
РВ4
РВ4
РВО
Порт SPI может работать в режиме ведущего (master) или ведомого (slave). Выбор режима определяется состоянием разряда MSTR регистра SPCR. При MSTR = 1 порт работает в режиме ведущего. При этом вывод MOSI является выходом, вывод MISO — входом, вывод SCK — выходом. Функция вывода SS зависит от состояния разряда DDRB. X (X = 2, 4, 0) регистра DDRB. Если DDRB. X = 1 (вывод РВ. Х является выходом), вывод SS порта SPI не подключен к выводу РВ. Х порта РВ. Если DDRB. X = 0 (вывод РВ. Х является входом), значение сигнала на этом входе влияет на работу порта SPI. При единичном значении сигнала на этом входе порт работает в режиме ведущего, а при появлении нулевого значения сигнала он переводится в режим ведомого и для возвращения в режим ведущего после появления единичного значения сигнала на входе SS требуется вновь установить разряд MSTR регистра SPCR в единичное состояние.
В режиме ведущего обмен байтами начинается при записи байта в сдвигающий регистр SPDR (W). В схеме управления СУ1 вырабатывается серия из восьми импульсов, которая управляет сдвигом в регистре SPDR (W) и выдается на выход SCK для управления сдвигом в регистре ведомого порта.
Полярность импульсов определяется состоянием разряда CPOL регистра SPCR. При CPOL = 0 сигнал на выходе SCK в исходном состоянии имеет нулевое значение, импульс формируется при переходе сигнала к единичному значению. При CPOL=1 сигнал в исходном состоянии имеет единичное значение и импульс формируется при переходе сигнала к нулевому значению.
Направление сдвига в регистре и порядок следования битов на выходе MOSI определяется состоянием разряда DORD регистра SPCR. При DORD = 0 выдача байта начинается со старшего бита (D7), при DORD = 1 выдача начинается с младшего бита (DO). При выдаче каждого бита на выход MOSI соответствующий бит из ведомого порта поступает на вход MISO и вводится в сдвигающий регистр.
Серия из восьми импульсов в ведущем порте формируется из тактового сигнала СК путем деления частоты в пересчетной схеме ПС. Коэффициент деления К определяется комбинацией состояний разрядов SPR0 и SPR1 регистра SPCR в соответствии с табл.4. В микроконтроллере типа ml63 в регистре состояния SPSR есть дополнительный разряд SPI2X, при единичном состоянии которого скорость передачи увеличивается в два раза.
Таблица 4
SPR1
SPR0
к
КГ
4
2
1
16
8
1
64
32
1
1
128
64
4 — в МК типа m163 при SPI2X = 1
При завершении выдачи/приема байта устанавливается в единичное состояние разряд SPIF регистра состояния SPSR и при единичном состоянии разряда SPIE регистра SPCR в блок прерываний поступает запрос прерывания SPI STC (SPI Serial Transfer Complete).
Разряд SPIF сбрасывается в нулевое состояние аппаратно при переходе к выполнению соответствующей прерывающей программы или при чтении регистра SPSR перед записью нового байта в регистр SPDR (W).
При записи нового байта в регистр SPDR (W) в процессе сдвига Ранее записанного байта устанавливается в единичное состояние разряд WCOL регистра SPSR (ошибка при вводе). Разряд WCOL сбрасывается в нулевое состояние при чтении регистра SPSR.
При MSTR = 0 порт работает в режиме ведомого. В этом случае вывод MOSI работает как вход, вывод MISO — как выход, выводы SСК и SS — как входы. Выводы порта подключаются к соответствующим выводам порта РВ при установке в единичное состояние разряда SPE регистра SPCR. Порт переходит в рабочее состояние при нулевом значении сигнала на входе SS.
При поступлении серии импульсов на вход SCK из регистра SPDR (W) на вывод MISO последовательно выводится байт, ранее записанный в этот регистр. Одновременно в регистр вводится байт, поступающий на вход MOSI. При завершении обмена байтами устанавливается в единичное состояние разряд SPIF регистра SPSR и при единичном состоянии разряда SPIE в регистре SPCR в блок прерываний поступает запрос прерывания SPI STC.
Состояние разрядов CPOL и DORD в регистре SPCR у ведомого порта должно совпадать с состоянием одноименных разрядов у ведущего порта. Состояние разрядов SPR0 и SPR1 не влияет на работу порта.
Состояние разряда СРНА определяет значение сигнала на выходе MISO при переходе порта в рабочее состояние (SS = 0) до и после обмена байтами. При СРНА = 0 при переходе порта в рабочее состояние па выходе MISO появляется значение бита, который будет выдаваться первым, а значение сигнала после выдачи восьмого бита является неопределенным. При СРНА= 1 значение сигнала на выходе MISO при переходе порта в активное состояние является неопределенным, а после передачи восьмого бита на выходе MISO сохраняется значение переданного бита.
При подключении к ведущему порту нескольких ведомых портов шины MOSI, MISO и SCK являются общими для всех портов, а выводы SS ведомых микроконтроллеров должны быть соединены со специальными выходами ведущего микроконтроллера с помощью отдельных шин. В качестве специальных выходов ведущего микроконтроллера могут использоваться любые выводы любых портов, не используемые в иных целях.
3. Последовательный порт ввода-вывода UART
Порт UART входит в состав периферийных устройств микроконтроллеров типа 2313, 4433,8515, 8535, ml63 и m10
Порт UART содержит передатчик, приемник, тактовый генератор и аппаратуру управления передачей и приемом. Передатчик получает байт из шины данных микроконтроллера и формирует и выдает последовательность битов (кадр.), которая кроме битов, составляющих байт (DO, D1,. ., D7), содержит стартовый бит (start), имеющий нулевое значение, и столовый бит (stop), имеющий единичное значение. Между старшим битом байта (D7) п стоповым битом может помещаться дополнительный бит (СВ).
Приемник выделяет стартовый бит, принимает кадр, формат которого (число битов) задан, расформировывает принятый кадр и подготавливает байт для выдачи в шипу данных микроконтроллера.
Тактовый генератор формирует сигнал, определяющий скорость передачи и приема битов и позволяющий выделять биты при приеме кадра.
В состав порта входят регистр данных передатчика UDR (Т), регистр Данных приемника UDR (R), регистр управления UCR или UCSRB (№ $0А), регистр состояния USR пли UCSRA (№ $0В), регистр задания скорости передачи/приема UBRR (№ $09) и другие элементы. Регистры Данных передатчика и приемника имеют один номер — $0С. При обращении для записи выбирается регистр UDR (T), при обращении Для чтения — регистр UDR (R).
Передатчик готов к работе при установке в единичное состояние разряда TXEN регистра управления UCR. При этом выход передатчика TXD подключается к выводу определенного порта микроконтроллера. Передача кадра начинается при загрузке байта в регистр UDR (T). Загрузку можно выполнять при единичном состоянии разряда UDRE регистра состояния USR. При сбросе микроконтроллера в исходное состояние устанавливается UDRE = 1.
Загруженный байт передается в сдвигающий регистр передатчика TSR и происходит выдача кадра на выход микроконтроллера TXD.
При нулевом состоянии разряда CHR9 регистра UCR формируется кадр из десяти битов. При CHR9 = 1 кадр содержит одиннадцать битов. Значение дополнительного бита в этом случае должно быть указано в разряде ТХВ8 регистра UCR.
Первый байт при загрузке немедленно передается в регистр TSR и разряд UDRE регистра USR сохраняет единичное состояние, что позволяет сразу после загрузки первого байта загружать в регистр UDR (T) второй байт. Второй и последующие байты сохраняются в регистре UDR (Т) до завершения выдачи из регистра TSR предыдущего кадра. При этом разряд UDRE регистра USR находится в нулевом состоянии и загрузка очередного байта в регистр UDR (T) запрещена.
При завершении выдачи кадра из регистра TSR и отсутствии очередного байта в регистре UDR (T) устанавливается в единичное состояние разряд ТХС регистра USR и при единичном состоянии разряда TXCIE регистра UCR в блок прерываний поступает запрос прерывания UART ТХС.
Разряд ТХС регистра USR сбрасывается в нулевое состояние аппаратно при переходе микроконтроллера к выполнению соответствующей прерывающей программы или программно при выполнении команды установка бита в единичное состояние.
При единичном состоянии разряда UDRE регистра USR и единичном состоянии разряда UDRIE регистра UCR в блок прерываний поступает запрос прерывания UART DRE. Разряд UDRE сбрасывается в нулевое состояние при записи байта в регистр UDR (T). Прерывающая программа, выполняемая по запросу прерывания UART DRE, должна содержать команду записи в регистр UDR (T) для прекращения действия этого запроса прерывания.
Приемник готов к работе при установке в единичное состояние разряда RXEN регистра UCR. При этом вход приемника RXD подключается к выводу определенного порта микроконтроллера. При обнаружении на входе RXD отрицательного фронта сигнала, приемник определяет уровень сигнала в момент времени, отстоящий от фронта на половину интервала, отводимого на передачу бита при заданной скорости передачи. При обнаружении нулевого уровня принимается решение о приеме стартового бита и далее определяются уровни сигнала в моменты времени, отстоящие друг от друга на интервал, отводимый на передачу бита. Получаемая последовательность значений вводится в сдвигающий регистр приемника RSR. Если принимается кадр из одиннадцати битов (CHR9 = 1), дополнительный бит принимается в Разряд RXB8 регистра UCR. Если на месте ожидаемого стопового бита сигнал имеет пулевое значение, устанавливается в единичное состояние Разряд FE регистра USR (ошибка формата). Разряд FE сбрасывается в нулевое состояние при появлении единичного значения стопового бита.
Принятый байт из регистра RSR переписывается в регистр UDR (R). При этом устанавливается в единичное состояние разряд RXC регистра USR и при единичном состоянии разряда RXCIE регистра UCR в блок прерываний поступает запрос прерывания UART RXC.
Разряд RXC регистра USR сбрасывается в нулевое состояние при чтении регистра UDR (R). Прерывающая программа, выполняемая по запросу прерывания UART RXC, должна содержать команду чтения из Регистра UDR для прекращения действия этого запроса. Если при завершении приема кадра принятый ранее байт не считан из регистра UDR (R), устанавливается в единичное состояние разряд OR регистра USR (состояние переполнения). Разряд OR сбрасывается в нулевое состояние при передаче байта из регистра RSR в регистр UDR (R).
Тактовый генератор BRG формирует сигнал, определяющий скорость передачи н приема битов и дополнительный сигнал, обеспечивающий выделение битов при приеме кадра. Скорость передачи и приема BR, бит/с, зависит от частоты тактового сигнала микроконтроллера FCK и числа (UBRR), двоичный код которого записан в регистре UBRR, и определяется по формуле:    продолжение
--PAGE_BREAK--
/>
Для работы со стандартными скоростями приема-передачи (4800, 9600,14400, 19200, 28800, 38400, 57600, 76800 и 115200 бит/с) используются кварцевые резонаторы со специальными значениями резонансной частоты (3, 6864; 7,3728; 11,059 Мгц).
В порте UART микроконтроллеров типа 4433 и ml63 регистр управления вместо имени UCR имеет имя UCSRB, а регистр состояния вместо имени USR — имя UCSRA. Регистр UCSRA имеет дополнительный разряд МРСМ. При единичном состоянии разряда приемник принимает кадры, у которых дополнительный бит (СВ) имеет единичное значение и игнорирует кадры при СВ = 0. При нулевом состоянии разряда МРСМ принимаются кадры с любым значением дополнительного бита. Наличие разряда МРСМ позволяет организовать простейшую локальную сеть (мультипроцессорную систему), в которой имеется один ведущий контроллер и несколько ведомых. Каждому ведомому контроллеру присваивается определенный номер.
В исходном состоянии у всех ведомых контроллеров МРСМ = 1.
Ведущий контроллер передает кадр, в котором СВ = 1, а байт является номером ведомого котроллера, который должен принять данные из ведущего.
Все ведомые контроллеры принимают кадр. Контроллер, опознавший свой номер, сбрасывает разряд МРСМ в нулевое состояние. Далее ведущий контроллер передает кадры, в которых СВ = 0, а байты представляют собой данные для выбранного ведомого контроллера. Эти кадры принимаются только ведомым контроллером, у которого МРСМ = 0. При обнаружении кадра с СВ = 1 выбранный контроллер переводит разряд МРСМ в единичное состояние и переходит в исходное состояние.
В микроконтроллере типа ml63, кроме того, регистр UCSRA имеет дополнительный разряд U2X, а для задания скорости передачи используются два регистра — регистр UBRR (№$09) для задания младших восьми разрядов кода числа и регистр UBRRHI (№$20) для задания старших четырех разрядов кода числа. Скорость передачи определяется по формуле
где К = 16 при U2X = 0, К = 8 при U2X = 1.
/>
В табл.5. указаны выводы портов микроконтроллеров, используемые в качестве входа приемника (RXD) и выхода передатчика (TXD) у микроконтроллеров разных типов.
Таблица 5
Вывод




Тип
мк




порта UART
2313
4433
8515
8535
m163
m10З
RXD TXD
PD0 PD1
PD0 PD1
PD0 PD1
PD0 PD1
PD0 PD1
РЕО РЕ1
4. Последовательный порт ввода-вывода TWSI (I2C)
Порт TWSI входит в состав периферийных устройств микроконтроллера типа ml6
Через порт TWSI микроконтроллер подключается к двухпроводной шине IС.
Устройство может работать в качестве ведущего или ведомого. Статус микроконтроллера, подключенного к шине 1С, устанавливается программными средствами.
Линия SCL предназначена для передачи синхросигнала из веду цего Устройства в ведомое. Линия SDA совместно с линией SCL используется для передачи сигналов начала и конца обмена, адресных байтов и байтов данных и сигналов подтверждения приема байта. Линии SCL и SDA соединены с одноименными выводами подключенных устройств.
Кроме того, они через резисторы R1 и R2 подключены к шине VCC. При отсутствии обмена в линиях SCL и SDA устанавливается высокий уровень сигнала.
Ведущее устройство после перевода его в активное состояние дожидается освобождения шины от обмена между другими устройствами и формирует в шине посылку начала обмена {Start, ST), которая представлена переходом сигнала в линии SDA от высокого уровня к низкому уровню при высоком уровне сигнала в линии SCL.
После выдачи посылки ST в линии SCL устанавливается низкий уровень сигнала и далее формируется последовательность из девяти положительных импульсов. Установка требуемого значения бита в линии SDA производится при низком уровне сигнала в линии SCL. Передача байта начинается со старшего разряда.
Первым байтом, выдаваемом в шину ведущим устройством после выдачи посылки ST, является адресный байт. Старшие семь битов адресного байта представляют номер (адрес) ведомого устройства, с которым будет выполняться обмен, (А6,..., АО), а младший бит W/R определяет направление обмена. При W/R = 0 байты данных будут передаваться из ведущего устройства в ведомое, при W/R = 1 — в противоположном направлении. Ведомое устройство после получения восьмого бита устанавливает в линии SDA низкий уровень сигнала, что является подтверждением приема байта для ведущего устройства, (Acknowledge, ACK).
После адресного байта ведущее устройство передает (при W/R = 0) или принимает (при W/R =1) байты данных.
При передаче байта данных принимающее устройство после приема восьмого бита устанавливает в линии SDA низкий уровень сигнала (АСК), а передающее устройство при появлении девятого импульса опрашивает состояние линии SDA. Низкий уровень сигнала является подтверждением приема байта данных. При обнаружении высокого уровня подтверждения нет (No Acknowledge, NAC), что свидетельствует об отсутствии обмена или ошибке при передаче байта.
После успешной передачи байта данных возможны три варианта продолжения работы ведущего устройства:
1) передача следующего байта в том же направлении с участием того же ведомого устройства;
2) выбор другого ведомого устройства пли смена направления обмена или то и другое;
3) окончание обмена с освобождением линии.
В нервом случае ведущее устройство формирует последовательность из девяти импульсов и выполняется пересылка очередного байта данных. Во втором случае ведущее устройство формирует посылку ST и выдает новый адресный байт. В третьем случае ведущее устройство формирует посылку конца обмена (Stop, SP), которая представляется переходом сигнала в линии SDA от низкого уровня к высокому при высоком уровне сигнала в линии SCL.
Все ведомые устройства при обнаружении в шине посылки ST принимают адресный байт и сравнивают полученный адрес с собственным адресом, который хранится в одном из регистров порта. При совпадении адресов формируется посылка АСК и устройство переводится в режим ожидания очередной серии из девяти импульсов для приема или передачи байта данных в зависимости от значения бита W/R в принятом адресном байте.
Все перечисленные операции в ведомом устройстве выполняются аппаратно.
Порт TWSI у микроконтроллера типа ml63 содержит 5 регистров ввода-вывода:
■ регистр данных TWDR (№ $03);
■ регистр адреса TWAR (№ $02);
■ регистр состояния TWSR (№ $01);
■ регистр задания скорости передачи TWBR (№ $00);
■ регистр управления TWCR (№ $36).
Порт переводится в активное состояние при установке в единичное состояние разряда TWEN регистра TWCR. При этом выводы порта SCL и SDA подключаются к внешним выводам микроконтроллера PC0 и РС1 соответственно.
Порт начинает работать в качестве ведущего после установки в единичное состояние разряда TWSTA регистра TWCR.
При работе в качестве ведущего генератор G формирует импульсный сигнал, который через буферную схему I/OCL выдается в линию SCL. Скорость передачи битов определяется числом, код которого записан в регистре TWBR. Положение фронтов импульсов в импульсном сигнале связано с выполнением определенных операций в порте и может изменяться в некоторых пределах. Осредненное значение скорости передачи BR, бит/с, определяется по формуле
/>
где FCK — тактовая частота микроконтроллера; (TWBR) — число, код которого записан в регистр TWBR ( (TWBR) >7); tA — показатель, учитывающий растяжение некоторых интервалов между фронтами импульсов (tА = 200-600 нс).
При работе порта в качестве ведомого порядок его работы определяется импульсной последовательностью, которая через вывод SCL и буферную схему I/OCL поступает в схему управления СУ.
Регистр TWDR имеет цепи для сдвига кода влево. В него параллельно записываются байты, предназначенные для последовательного вывода в линию SDA через буферную схему I/ODA, и последовательно вводятся байты, поступающие из линии SDA через буферную схему I/ODA. импулсы сдвига поступают из схемы управления.
Регистр TWAR используется только при работе порта в качестве ведомого. Код, записанный в старших семи его разрядах, представляет собственный адрес микроконтроллера (А6,..., АО). Этот код сравнивается с помощью схемы сравнения СС с кодом в старших семи битах адресного байта, принятого в регистр TWDR.
Младший разряд TWGCE регистра TWAR разрешает прием байтов данных (при TWGCE = 1) после получения адресного байта с адресом общего вызова для всех ведомых микроконтроллеров ($00).
Регистр TWCR содержит разряды, определяющие работу схемы управления, (TWEA, TWSTA, TWSTO и TWEN), отражающие состояние порта (TWINT и TWWC) и разряд TWIE, разрешающий поступление запроса прерывания из порта в блок прерываний. Запрос прерывания TWSI поступает в блок прерываний при TWINT = 1 и TWIE = 1.
Код, формируемый в регистре TWSR, отражает состояние порта TWSI на различных этапах его работы.
Порт может работать в следующих режимах:
1) ведущий с передачей байтов данных;
2) ведущий с приемом байтов данных;
3) ведомый с приемом байтов данных;
4) ведомый с передачей байтов данных.
В табл.6. описан порядок управления портом TWSI при работе его в качестве ведущего с передачей байтов (табл.6, а) и с приемом байтов (табл.6,5) при отсутствии ошибок в процессе обмена.
В таблице используются следующие обозначения:
■ SLA, W/R — адресный байт, где SLA — адрес ведомого устройства;
■ DATA — байт данных;
■ (TWSR) — байт в регистре TWSR;
■ (TWDR) — байт в регистре TWDR;
■: = — знак операции установки разряда регистра TWCR в указанное состояние.
В исходном состоянии разряд TWEN в регистре TWCR находится в единичном состоянии, остальные разряды — в нулевом состоянии.    продолжение
--PAGE_BREAK--
В табл.7. описан порядок управления портом TWSI при работе его в качестве ведомого с приемом байтов (в табл.7, а) и с передачей байтов (в табл.7, б) при отсутствии ошибок в процессе обмена.
В исходном состоянии разряды TWEN и TWEA регистра TWCK находятся в единичном состоянии, другие разряды — в нулевом состоянии; в регистре TWAR записан байт SLA, 0/1.
Таблица 6
№ шага
Операция по команде
в программе
Условие перехода
к следующему шагу
а) ведущий с передачей байтов данных
1
TWSTA: =1
TWINT=1, (TWSR) =$08
2
SLA, 0→TWDR


3
TWINT: =0
TWINT=1, (TWSR) =$18
4
DATA→TWDR


5
TWINT: =0
TWINT=1, (TWSR) =$28
…
Выполнение шагов 4, 5
N
TWSTO: =1 — конец передачи, освобождение шины IC
N
TWSTO: =1, TWSTA: =1
TWINT=1, (TWSR) =$10
N+1
Выполнение шага 2 в табл. а) или б) и далее
б) ведущий с приёмом байтов данных
1
TWSTA: =1
TWINT, (TWSR) =$08
2
SLA, 1→TWDR


3
TWINT: =0
TWINT=1, (TWSR) =$40
4
(TWRD) →Rd


5
TWINT: =0
TWINT=1, (TWSR) =$50
…
Выполнение шагов 4, 5
M
TWSTO: =1 — конец приема, освобождение шины IC
M
TWSTO: =1, TWSTA: =1
TWINT=1, (TWSR) =$10
M+1
Выполнение шага 2 в табл. а) или б) и далее
Таблица 7
№ шага
Операция по команде
в программе
Условие перехода
к следующему шагу


а) ведомый с приемом байтов данных
1
TWINT=1, (TWSR) =$60/$70
(TWDR) →Rd
2


TWINT: =0
3
TWINT=1, (TWSR) =$80/$90
(TWDR) →Rd
4


TWINT: =0
…
Далее шаги 3, 4


б) ведомый с выдачей байтов данных
1
TWINT=1, (TWSR) =$A8
DATA→TWDR
2


TWINT: =0
3
TWINT=1, (TWSR) =$B8
DATA→TWDR
4

    продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
1 --PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
1
1 --PAGE_BREAK--
94 мс
1
64 К
60 мс
190 мс
1
1
128 К
120 мс
380 мс
1
256 К
240 мс
750 мс
1
1
512 К
490 мс
1,5 с
1
1
1024 К
970 мс
3,0 с
1
1
1
2048 К
1,9 с
6,0 с
При единичном состоянии разряда WDE регистра WDTCR на выходе схемы управления СУ с частотой выбранного сигнала формируется запрос прерывания WDT Reset, при появлении которого происходит перезапуск микроконтроллера WDT Reset (п.4.2).
По команде с мнемокодом WDR (№ 117) выполняется сброс пересчетной схемы в исходное (нулевое) состояние.
Для запуска сторожевого таймера необходимо в ходе программы выполнить команду WDR и затем установить в единичное состояние разряд WDE регистра WDTCR.
Для остановки сторожевого таймера необходимо установить в единичное состояние разряд WDTOE регистра WDTCR и одновременно повторно установить в единичное состояние разряд WDE, затем не позднее, чем через четыре такта после этого сбросить в нулевое состояние разряд WDE. Разряд WDTOE сбрасывает в нулевое состояние аппаратно через четыре такта после установки его в единичное состояние. У микроконтроллера типа 1200 разряд WDTOE отсутствует.
Перезапуск сторожевого таймера происходит при выполнении команды WDR в ходе программы при единичном состоянии разряда WDE.
Программа, в которой предусмотрено использование сторожевого Таймера, должна периодически с интервалом меньшим, чем период формирования запроса прерывания WDT Reset, с использованием команды WDR перезапускать сторожевой таймер. Если при появлении сбоя команда WDR своевременно не выполняется, происходит перезапуск микроконтроллера. Интервал времени TOUT, через который следует выполнять команду WDR в ходе программы, при разных значениях коэффициента деления N и напряжения питания Vcc указан в табл.15.
7. Аналого-цифровой преобразователь
Аналого-цифровой преобразователь входит в состав периферийных устройств микроконтроллеров типа 115, 4433, 8535, ml63 и ml0 Аналого-цифровой преобразователь содержит базовый преобразователь, выполняющий преобразование аналогового сигнала в десятиразрядный двоичный код методом последовательных приближении, аналоговый мультиплексор для подключения одного из входов микроконтроллера к входу базового преобразователя, регистр управления ADMUX (№ $07), регистр управления-состояния ADCSR (№ $06) п шестнадцатиразрядный регистр результата ADCH, L (№№ $05, $04).
Для подачи напряжения питания и опорного напряжения используются отдельные выводы микроконтроллера AVCC, AGND и AREF.
Вывод AGND соединяется с выводом GND микроконтроллера. Напряжение на выводе AVCC не должно отличаться от напряжения на выводе VCC микроконтроллера более, чем на ± 0,3 В. Напряжение на выводе AREF должно находиться в пределах от уровня на выводе AGND до уровня на выводе AVCC.
Аналоговые сигналы принимаются на выводы микроконтроллера ADC0, ADC1… ADC7. Величина напряжения аналогового сигнала может находиться в пределах от уровня на шине AGND до уровня на шине AVCC. Аналоговый мультиплексор AM подключает один из входов микроконтроллера к входу базового преобразователя CONV. Двоичный код номера подключаемого входа задается комбинацией состояний разрядов MUX2, MUX1, MUX0 регистра ADMUX.
Преобразование аналогового сигнала в цифровой код в преобразователе CONV выполняется под управлением тактового сигнала, частота которого должна находиться в пределах от 50 кГц до 200 кГц.
Тактовый сигнал формируется в пересчетной схеме ПС путем деления частоты тактового сигнала микроконтроллера СК. Пересчетная схема работает при единичном состоянии разряда ADEN регистра ADCSR. Коэффициент деления частоты (К) определяется комбинацией состояний разрядов ADPS2, ADPS1, ADPS0 регистра ADCSR в соответствии с табл.16.
Таблица 16
ADPS2
ADPS1
ADPS0
к
2
1
2
1
4
1
1
8
1
16
1
1
32
1
1
64
1
1
1
128
Преобразование начинается при установке в единичное состояние разряда ADSC регистра ADCSR. Разряд ADSC сохраняет единичное состояние до завершения преобразования и затем аппаратно переводится в нулевое состояние. Сформированный десятиразрядный код переписывается в регистр результата ADCH, L, при этом устанавливается в единичное состояние разряд ADIF регистра ADCSR и при единичном состоянии разряда ADIE регистра ADCSR в блок прерываний поступает запрос прерывания ADC CC (ADC Conversion Complete).    продолжение
--PAGE_BREAK--
Разряд ADIF регистра ADCSR сбрасывается в нулевое состояние аппаратно при переходе микроконтроллера к выполнению прерывающей Программы или при выполнении команды установки бита в единичное состояние.
Чтение результата из шестнадцатиразрядного регистра ADCH, L Должно начинаться с чтения младшего байта. При этом блокируется занесение нового результата из базового преобразователя в регистр Результата и считанный затем старший байт принадлежит тому же Результату, что и считанный ранее младший байт.
Преобразователь может работать в одиночном режиме и в циклическом режиме. Выбор режима определяется состоянием разряда ADFR регистра ADCSR. При ADFR = 0 преобразователь работает в одиночном режиме.
Преобразование начинается при установке в единичное состояние разряда ADSC и выполняется за 14 тактов. Для выполнения следующего преобразования необходимо вновь установить в единичное состояние разряд ADSC.
При ADFR = 1 преобразователь работает в циклическом режиме. Работа начинается при установке в единичное состояние разряда ADSC. Преобразование выполняется за 13 тактов, после чего сразу начинается следующее преобразование. Работа в циклическом режиме прекращается после сброса в нулевое состояние результата ADFR.
В обоих режимах на выполнение первого преобразования после пуска пересчетной схемы затрачивается на 12 тактов больше, чем на выполнение последующих преобразований. Эти такты обеспечивают инициализацию преобразователя.
Для уменьшения помех, вызываемых работой процессора, предусмотрена возможность выполнения преобразования с переводом контроллера в режим холостого хода. Преобразователь должен находиться в одиночном режиме (ADFR = 0), пересчетная схема работает (ADEN = 1), прерывания разрешено (ADIE =1), запуск преобразования отсутствует (ADSC = 0). Контроллер переводится в режим холостого хода (п.4.3), при этом аппаратно запускается преобразователь. При завершении преобразования поступает запрос прерывания ADC CC, контроллер выходит из режима холостого хода, выполняет прерывающую программу и возвращается к выполнению программы с точки перехода в режим холостого хода.
Аналого-цифровые преобразователи микроконтроллеров других типов имеют некоторые отличия от рассмотренного преобразователя.
В микроконтроллере типа 4433 имеется возможность подключения к входу базового преобразователя внутреннего источника эталонного напряжения 1,22 ±0,05 В. Подключение выполняется при установке в единичное состояние дополнительного разряда ADCBG в регистре ADMUX.
В микроконтроллере типа t15 в качестве опорного напряжения кроме напряжения от внешнего источника, подаваемого на вывод AREF, может использоваться напряжение на выводе VCC или напряжение от внутреннего источника. Выбор источника осуществляется путем установки определенной комбинации состояний дополнительных разрядов REFSl> REFS0 регистра ADMUX. В качестве входного сигнала может использоваться разность напряжений на входах ADC2 и ADC В этом случае напряжение на этих входах должно изменяться в пределах от О до 2,56 В, а разностный сигнал перед преобразованием может усиливаться в 20 раз. Разностный сигнал без усиления используется при комбинации состояний 110 в разрядах MUX2, MUX1, MUX0, а разностный сигнал с усилением — при комбинации 111.
В регистре ADMUX, кроме того, имеется дополнительный разряд ADLAR. При ADLAR = 0 код результата размещается в младших десяти разрядах пары регистров ADC H, L, а при ADLAR = 1 — в старших десяти разрядах этой пары регистров.
В микроконтроллере типа ml03 аналого-цифровой преобразователь не работает в циклическом режиме и в регистре ADCSR отсутствует разряд ADFR. Комбинация 000 разрядов ADPS2, ADPS1, ADPS0 регистра ADCSR не используется.
В микроконтроллере типа ml63 в качестве опорного напряжения может использоваться напряжение 2,56 В от внутреннего источника или напряжения на выводе VCC. Выбор опорного напряжения определяется комбинацией состояний дополнительных разрядов REFS1 и REFS0 регистра ADMUX. Кроме того, в регистре ADMUX имеется дополнительный разряд ADLAR. При ADLAR = 1 десятиразрядный код результата помещается в старшие десять разрядов регистра ADCH, L. При чтении старшего байта получают восьмиразрядный код результата.
Микроконтроллеры типа tl5 и т163 могут переводиться в энергосберегающий режим работы с подавлением помех в работе аналогового преобразователя (п.4.3).
В табл.17 указаны выводы микроконтроллера, используемые в качестве входов аналого-цифрового преобразователя у микроконтроллеров разных типов. У микроконтроллера типа t15 для подачи опорного напряжения используется вывод PB0.
Таблица 17
Тип МК
Входы ADC


ADO
ADC1
ADC2
ADC3
ADC4
ADC5
ADC6
ADC7
t15
РВ5
РВ2
РВЗ
РВ4








4433
РСО
РС1
РС2
РСЗ
РС4
РС5




8535
РАО
РА1
РА2
РАЗ
РА4
РА5
РА6
РА7
m163
РАО
РА1
РА2
РАЗ
РА4
РА5
РА6
РА7
m103
PFO
PF1
PF2
PF3
PF4
PF5
PF6
PF7
8. Аналоговый компаратор
Аналоговый компаратор входит в состав периферийных устройств Микроконтроллеров всех типов, кроме 2323 и 234 Аналоговый Компаратор имеет два входа — AIN0 и AIN1, на которые поступают аналоговые сигналы, сравниваемые по величине напряжения. В состав аналогового компаратора кроме базового компаратора входит регистр управления-состояния ACSR (№ $08) и элементы, управляющие работой схемы. Результатом работы компаратора является запрос прерывание ANA COMP, который формируется, когда разность значений напряжения на входах компаратора меняет знак.
Базовый компаратор К имеет два входа — положительный (+) и отрицательный (-). Выходной сигнал базового компаратора АСО имеет единичное значение, если напряжение на входе "+" больше напряжения па входе "-".
Схема управления СУ при определенном изменении сигнала АСО устанавливает в единичное состояние разряд ACI регистра ACSR и при единичном состоянии разряда ACIE регистра ACSR в блок прерываний поступает запрос прерывания ANA COMP.
Разряд ACI сбрасывается в нулевое состояние аппаратно при переходе к выполнению прерывающей программы или программно путем записи единицы в разряд ACI.
Выбор вида изменения сигнала АСО на входе схемы управления СУ, при котором формируется запрос прерывания, определяется комбинацией состояний разрядов ACIS0 и ACIS1 регистра ACSR в соответствии с табл.18.
Таблица 18
ACIS1    продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
LLIE/ICR --PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
003
006
012
T/C2 OVF








004
008
014
T/C1 CAPT
003


003
003
005
00A
016
T/C1 COMPA
004


004
004
006
OOC
018
T/C1 COMPB






005
007
00E
01A
T/C1 OVF
005


005
006
008
010
01C
T/CO COMP












01E
T/CO OVF
006
004
006
007
009
012
020
SPI STC




007
008
00A
014
022
UART RXC
007


008
009
00B
016
024
UART UDRE
008


009
00A
OOC
018
026
UART TXC
009


00A
00B
00D
01A
028
ADCCC




00B


00E
01C
02A
EERDY




OOC


OOF
01E
02C
ANA COMP
00A
005
00D
OOC
010
020
02E
TWSI










022


Литература
Кибернетика — основа наук -под ред. проф. Карул К.В. — К. — 2009 г.
Основы микропроцессорных исчислений — под ред. Мозаев Г.Н. — М. — 2007 г.
Микроконтроллеры — под ред. д. т. н. Нелипова А.С. — Х. ХИРЕ — 2008 г.
Невлюдов И.Я. — Компьютеризация общества — Х. ХИРЕ — 2007 г.
Компьютерная техника и технологии — нпж — К. — 2008-2009 г. г.