Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

Кафедра ИУ-3 «Информационные системы и телекоммуникации»

Лекция 16 «Приборный интерфейс» по дисциплине «Микропроцессорные устройства обработки сигналов»

Выполнила Е. И. Ширабокова

Проверил В. С. Выхованец

2012

1. Организация микропроцессора

В этой главе мы поговорим о приборном интерфейсе I²C. Общая организация микропроцессора изображена на рисунке 1.

Рис.1. – Организация микропроцессора

2. Организация входов-выходов

На рисунке 2 показана организация входа-выхода. Имеется вход, который защищён двумя диодами от перенапряжения на входе, от понижения напряжения ниже потенциала земли и выше потенциала вывода источника питания. Имеется два канала: input driver (входная схема) и output driver (схема организации выдачи данных).

Рис.2. – Организация входов-выходов

Для входной схемы характерно наличие подтягивающих резисторов, которые фиксируют потенциал входа, если к нему внешне ничего не подключено, или то, что подключено, находится в высокоимпедансном состоянии. Также мы видим, что имеется триггер Шмитта, который обеспечивает уверенный приём сигналов, интерпретируемых по законам дискретных функций, т.е. принимающих значения 0 и 1. Понятно, что есть аналоговое назначение этих входов, поэтому некоторые устройства подключаются до выхода Шмитта, а есть альтернативные, цифровые устройства, они подключаются после триггера Шмитта, т.е. принимают на вход уровни логических 0 и 1. Имеется регистр, куда записываются данные в момент чтения. Тем самым обеспечивается наличие 3-х функций у каждого вывода: функция аналогового входа, дискретного альтернативного входа, и дискретного входа связанная с чтением данных, которые подаются на внешний вывод микроконтроллера.

Аналогичным образом дело обстоит с выходным драйвером. Особенность этой схемы является то, что это схема, имеющая 3 состояния: 0, 1, состояние отключенности от внешнего вывода. В этом случае 2 транзистора находятся в закрытом состоянии, ток через них не протекает, что равносильно фактическому отключению этого выхода от цепи. Имеется специальная схема, которая управляет этими 3-мя состояниями выходного каскада. Коль есть альтернативные цифровые функции по цифровому входу, аналогичные цифровые функции реализованы по цифровому выходу, для чего есть специальный сигнал, который переключает выход регистров общего назначения и некое устройство внутри микропроцессора, которое также, параллельно, но не во времени, использует этот вывод. Данные записываются в регистр, и поддерживаются на выходе, если выход сконфигурирован для выдачи цифровых данных.

3. Регистры входов-выходов

Рассмотрим регистры, которые сопровождают входы-выходы общего назначения. Эти регистры организованы в порты. Таких портов 2. Всего 32 выхода. Два 16-ти разрядных порта, поэтому есть индекс в обозначение всех регистров 1 и 2 (см. рис.4).

Рис.3. – Регистры входов-выходов

Рис.4. – Формат регистров

Рассмотрим подробнее рисунок 3. Есть регистр, который задаёт направление передачи данных, т.е. определяет вход это или выход, отключая соответственно выходной драйвер или входной. Имеется регистр, откуда считываются входные данные. Регистр, куда записываются данные выходные. Регистр для того, чтобы по входам общего ввода-вывода можно было организовать прерывание здесь, соответственно – регистр полярности этого события, т.е. по переднему или по заднему фронту фиксируется сигнал возникновения прерывания. Также есть регистр разрешения прерывания для каждого из портов. Ну и регистры флагов прерываний, сигнализирующие о том, какие из портов восприняли событие прерывания. Номер порта ввода-вывода совпадает с разрядом в регистре 1, а в регистре 2 соответствует номеру бита с точностью до 16.

• IO – Input-Output (входы-выходы)

• DIR – Direction (направление)

• IN, OUT – Input, Output (вход, выход)

• INT – Interrupt (прерывание)

• EDG – Edge (фронт)

• EN – Enable (разрешение)

• FLG – Flag (флаг)