Львівський коледж Державного університету інформаційно-
комунікаційних технологій
Навчальна дисципліна: “Навчальна практика (програмування мікроконтролерів)
Розглянуто Затверджую
на засіданні комісії Заступник директора з НВР
апаратних засобів інформатизації
Протокол № __ від “__”___201_ р.
Голова комісії ______ Б.М.Пелещак _____ Плешівський Я.М.
Інструкція
до практичної роботи №2/2
ВИКОРИСТАННЯ ПОРТІВ МІКРОКОНТРОЛЕРА. ВЗАЄМОДІЯ З НАЙПРОСТІШИМИ ПРИСТРОЯМИ ВВОДУ ТА ВИВОДУ ІНФОРМАЦІЇ
Склали:
М.І.Гамаль
В.А.Вознюк
В.Ю. Горбатюк
Львів – 2013 р.
1.МЕТА РОБОТИ: На прикладі мікроконтролера PIC16F84A вивчити режими роботи портів вводу/виводу, способи й особливості їх ініціалізації. Розглянути ввід/вивід дискретних сигналів. Навчитись застосовувати мікроконтролери для схемотехнічних рішень. Використовуючи принципову схему пристрою, скласти програму, що оброблятиме подію натискання кнопки.
2.Література:
2.1. Предко М.Справочник по РІС-микроконтроллерам. Пер с англ. – М ДМК Пресс,2002, ООО «ДОДЭКА – XXI»,-512с.
2.2. Катрен Сид, РІС-микроконтроллеры. Все, что Вам необходимо знать.-М.: ООО «ДОДЭКА – XXI,2008, -656с.
2.3. Скороделов В.В. Проектирование устройств на однокристальных микроконтроллерах с RISC-архитектурой. В 2 кн. Кн. 1. Особенности проектирования МКУ и архитектура микроконтроллеров РІС: Учебн. Пособие. – Х.: ХГПУ, 1999. – 120 с., ил.
2.4. Інструкція до даної лабораторної роботи.
3.Завдання:
Опрацювати теоретичний матеріал.
Використовуючи принципову схему пристрою, скласти програму, що оброблятиме натискання кнопок.
У програмі-симуляторі мікроконтролерних пристроїв PROTEUS VSM , зібрати досліджувану схему, згідно з рисунком.
Рисунок – Принципова досліджуваного схема макета
Провести ініціалізацію мікроконтролера ( налаштувати задані виводи мікроконтролера на ввід та вивід інформації).
Використовуючи біт орієнтовані команди, здійснити опитування стану кнопок, що під’єднані до мікроконтролера, і в залежності від комбінації натиснутих чи не натиснутих кнопок засвітити один, два чи усі три світлодіоди.
На підставі завдання та блок-схеми алгоритму ( див. Додаток 1) написати програму обробки натискань кнопок S1 та S2.
Відлагодити та відкомпілювати програму в пакеті MPLAB.
Завантажити отриманий *.НЕХ в симуляторі PROTEUS у мікроконтролер.
Перевірити роботу даного макета, відповідно до поставленого завдання.
4. Методичні вказівки:
Більшість пристроїв на основі мікроконтролерів з'єднується із зовнішніми пристроями за допомогою портів вводу/виводу. Їх призначення може бути різним і визначається конкретним застосуванням мікроконтролера.
Якщо мікроконтролер - автомат, що керує посудомийною машиною,- на його входи будуть подаватися сигнали з різних датчиків, а на його виходи – сигнали керування двигунами й електромагнітними клапанами. Якщо ж мова йде про програмувальний термостат, то порти вводу/виводу мікросхеми будуть взаємодіяти із клавіатурою, цифровим індикатором, температурним зондом і системою керування нагрівального пристрою.
Різноманітність застосувань портів вводу/виводу велике, але в більшості випадків у їхній основі лежить кілька базових схем.
4.1 Порти мікроконтролера
Мікроконтролери підгрупи PІС16F8X мають два порти: PORTA (5 біт) і PORTB (8 біт) з побітовим індивідуальним настроюванням на введення або на виведення.
Порт A (PORTA) являє собою 5-бітовий фіксатор, що відповідає виводам контролера RA<4:0>. Лінія RA4 має вхід тригера Шмдіта й вихід з відкритим стоком. Всі інші лінії порту мають ТТЛ вхідні рівні й КМОП вихідні буфери. Адреса регістра PORTA - 05h.
Рисунок 1 – Виводи портів
Кожній лінії порту поставлений у відповідність біт напрямку передачі даних, що зберігається в керуючому регістрі TRІSA, розташованому за адресою 85h. Якщо біт керуючого TRІSA регістра має значення 1, то відповідна лінія буде встановлюватися на введення. Нуль перемикає лінію на вивід і одночасно виводить на неї вміст відповідного регістра-фіксатора порту. При включенні живлення всі лінії порту за замовчуванням налаштовані на введення.
Операція читання порту А зчитує стан виводів порту, у той час як запис у нього змінює стан тригерів порту. Всі операції з портом є операціями типу " читання-модифікація-запис". Тому запис у порт припускає, що стан виводів порту спочатку зчитується, потім модифікується й записується в тригер-фіксатор.
Схема лінії RA4 порта А наведений на рисунку 2.
Порт В (PORTB) - це двонаправлений 8- бітовий порт, що відповідає виводам RB<7:0> контролера. Регістр прийом/передачі інформації PORTB розташований за адресою 06h. Стосовн порту В керуючий регістр TRІSB розташований на першій сторінці регістрів за адресою 86h. Якщо біт керуючого TRІSB регістра має значення 1, то відповідна лінія буде встановлюватися на введення. Нуль перемикає лінію на вивід і одночасно виводить на неї вміст відповідного регістра фіксатора. При включенні живлення всі лінії порту за замовчуванням налаштовані на введення
Рисунок 2 - Схема ліній RA <3:0 порту А. Рисунок 3 - Схема ліній RB <7:4 порти B.
У кожної ніжки порта В є невелике активне навантаження (близько 100мкА) на лінію живлення ( pull-up). Вона автоматично відключається, якщо ця ніжка запрограмована як вивід. Більше того, керуючий біт /RBPU регістра OPTІON<7> може відключити (при RBPU=1) всі навантаження. Скидання при включенні живлення також відключає всі навантаження.
Чотири лінії порта В (RB<7:4>) можуть викликати переривання при зміні значення сигналу на кожній з них. Якщо ці лінії настроєні на введення, то вони опитуються й фіксуються в циклі читання Q1. Нова величина вхідного сигналу порівнюється зі старою в кожному командному циклі. При розбіжності значення сигналу на ніжці й у фіксаторі генерується високий рівень.
Виходи детекторів "розбіжностей" RB4, RB5, RB6, RB7 поєднуються по АБО й генерують переривання RBІ (запам'ятовується в регістрі ІNTCON<0>). Будь-яка лінія, налаштована як вивід, у цьому порівнянні не бере участь. Переривання може вивести кристал з режиму SLEEP.
При організації двонаправлених портів необхідно враховувати особливості організації введення/виведення даних МК. Будь-яка команда, що виконує її як " читання-модифікація-запис".
Наприклад, команди BCF і BSF зчитують порт цілком, модифікують один біт і виводять результат назад. Тут необхідна обережність. Зокрема , команда BSF PORTB, 5 (установити в одиницю біт 5 порту B) спочатку зчитує всі реальні значення сигналів, що є присутнім у цей момент на виводах порту. Потім виконуються дії над бітом 5, і нове значення байта цілком записується у вихідні фіксатори. Якщо інший біт регістра PORTB використовується в якості двонаправленного введення/виведення (скажемо, біт 0), і в цей момент він визначений як вхідний, то вхідний сигнал на цьому виводі буде зчитаний і записаний назад у вихідний тригер-фіксатор цього ж вивода, стираючи попередній стан. Доти, поки ця ніжка залишається в режимі введення, ніяких проблем не виникає. Однак якщо пізніше лінія 0 перемкнеться в режим виводу, її стан буде невизначеним.
На ніжку, що працює в режимі виводу, не повинні навантажуватися зовнішні джерела струмів ("монтажне І", "монтажне АБО"). Великі струми можуть ушкодити кристал.
Рисунок 4 - Регістри портів PORTA, PORTB та напрямки їх роботи
Примітка: напрямок роботи виводів портів А и В можна встановлювати в будь-яких комбінаціях.
Регістри TRISA і TRISB мають 5 і 8 робочих біти відповідно (по кількості виводів портів А и В). Їх адреси - 85h і 86h.
Біти регістрів TRISA і TRISB керують напрямком роботи виводів портів А та В. Якщо якийсь із цих бітів встановлюється в 1, то відповідний вивід порту працює "на вхід", тобто, приймає дані з виходу зовнішнього пристрою, підключеного до цього виводу.
Рисунок 5 – Розміщення регістрів TRIS в області пам’яті даних
Якщо біт TRISA/TRISB встановлюється в 0, то відповідний вивід порту вже сам є джерелом сигналу для підключеного до цього виводу, входу зовнішнього пристрою, і програма може керувати цим зовнішнім пристроєм (наприклад, світлодіодом або якимось іншим виконавчим пристроєм).
За допомогою цих бітів, у межах кожного з портів, можна встановлювати різні комбінації напрямків роботи їхніх виводів, а також і міняти їх (напрямку) у ході виконання програми.
Через те, що регістри TRISA і TRISB перебувають в 1-му банку, то при роботі з ними, необхідно перейти в 1-й банк, зробити необхідні зміни бітів і повернутися в 0-й банк (якщо далі робота відбувається в нульовому банку). Для зміни банку необхідно скористатися регістром STATUS та його бітом RP0.
Регістри PORTA і PORTB керують фіксаторами портів А та В.
Кількість робочих бітів у них така ж, як і кількість виводів портів (5 і 8).
Фіксатор - це апаратно реалізований пристрій оперативної пам'яті, або тригер. Біти регістрів PORTA і PORTB керують цими тригерами. Якщо який-небудь із цих бітів встановити в 1, то на виході фіксатора (а значить і на відповідному виводі порту, настроєному "на вихід") також встановиться 1 (а для нуля - нуль).
Через те, що фіксатори є тригерами, то перехід їхніх виходів з одного стану в інший відбувається "одномоментно". Це означає те, що, наприклад, для виводу цифри на 7-сегментний індикатор, протягом певного програмного інтервалу часу, досить однієї команди на вивід цифри (байта) на початку цього інтервалу часу, і однієї команди на її скидання наприкінці цього інтервалу часу.
У проміжку часу між цими двома командами, програма може виконувати інші дії, формуючи за рахунок цих дій даний інтервал часу, причому ці дії можуть бути прямо не пов'язаними з роботою з виводу цифри в 7-сегментний індикатор .
Біти регістрів PORTA і PORTB фіксаторами керують завжди, але не завжди дані з виходів фіксаторів присутні на виводах портів. Виходи фіксаторів портів підключаються до виводів портів тільки при роботі цих виводів "на вихід".
При роботі виводів портів на вхід, виходи фіксаторів від відповідних виводів портів відключаються.
На відміну від виводів порту В, до яких можуть бути або підключені, або відключені внутрішні підтягуюючі резистори, виводи порту А внутрішньої "підтяжки" не мають. Таким чином, якщо вони налаштовані на роботу на вхід, то до них потрібно підключати зовнішні підтягуюючі резистори.
Приклад програми:
Виконання конфігурації розрядів 7 – 4 порту B на вивід, а розрядів 3 – 0 – на ввід інформації.
PORTB EQU 0x06 ; адреса регістру порту
; вводу/виводу
movlw b’00001111’
; | | | |
; | | | |└┴┴┴─── розряди 3-0 порту B на ввід
;└┴┴┴─────── розряди 7-4 порту B на вивід
movwf TrisB ; конфігурування порту B
… ; продовження програми
Приклад програми.
Ввід інформації із порту A та запис її в комірку пам'яті даних з адресою 0x10.
…
PORTA EQU 0x05 ; адреса регістру порту вводу/виводу
MEM EQU 0x10 ; адреса регістру у пам'яті даних
movf PORTA, 0 ; ввід із порту A в регістр W
movwf MEM ; запис в комірку пам'яті даних
… ; продовження програми