Основы микропроцессорной техники

80

Таймер 1 будем использовать в режиме 2 (8 бит с автоперезагрузкой) в качестве генератора скорости передачи данных. Для получения частоты 2400 бод в старший регистр таймера необходимо загрузить число 0F4H (дополнительный код числа минус 12) при частоте кварца 11059 кГц.

Требуемый режим работы таймера задаем записью в регистр TMOD управляющего слова 00100000В. Программный запуск таймера осуществим командой SETB TR1.

Таким образом, инициализацию (выбор необходимой конфигурации) таймера и последовательного порта реализуем с помощью следующей последовательности команд:

Передачу символа реализует подпрограмма TBYTE. Она добавляет разряд четности к находящемуся в аккумуляторе 7-раз- рядному коду символа (код ASCII) и осуществляет передачу байта при наличии готовности последовательного порта.

Прием символа реализует подпрограмма RBYTE. Она вводит очередной символ в аккумулятор из последовательного порта и устанавливает перенос в случае ошибки четности.

81

8 ОРГАНИЗАЦИЯ ЛИНИЙ ПОРТОВ МК51. ПОДКЛЮЧЕНИЕ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ

Покажем организацию одной из линий порта Р1 (рис. 8.1). При записи информации в порт формируется тактовый сигнал «запись в защелку» и информация записывается в D-триггер, который управляет выходным ключевым каскадом VT1–VT3. VT1 открывается единицей и закрывается нулем. VT3 всегда открыт и работает в режиме стабилизатора тока, фиксируя уровень 1 при закрытых VT1 и VT2. Транзистор VT2 открывается на два такта только при запирании VT1, увеличивая скорость заряда выходной емкости в 100 раз.

Часть команд МК при чтении порта активизируют сигнал «чтение защелки» и через буфер В1 читают содержимое фиксатора. Часть команд формируют сигнал «чтение выводов» и читают информацию на внешних выводах порта через буфер В2. В последнем случае необходимо, чтобы транзистор VT1 был закрыт, т.е. в триггер записана 1.

Когда регистром назначения является порт, реализуется цикл «чтение, модификация, запись» и читается защелка (ANL

82

P1,A; ORL P2,#d; JBC P1.1,M1). Когда регистром назначения яв-

ляется не сам порт, читается потенциал вывода (MOV A,P1). Сопряжение линий порта Р1 с датчиками и исполнительны-

ми элементами цепи электрооборудования автомобиля (аккумулятор на 12 В) показано на рис. 8.2. Выходной ток порта в состоянии логической 1 равен 80 мкА. Согласующие транзисторы должны обладать достаточным усилением по току для работы в ключевом режиме на лампу накаливания или обмотку реле.

+12 В

+5 В

+5 В

Рис. 8.2 — Подключение внешних устройств

Для увеличения числа каналов ввода информации через порт Р1 можно использовать мультиплексоры или шинные формирователи (рис. 8.3), управляя ими программно с помощью линий порта Р2.

83

Например, на МК51 можно построить контроллер со следующими характеристиками (рис. 8.4):

−64 датчика битовой переменной;

−часы реального времени;

−10 выходных сигналов;

−2 внешних прерывания (с приоритетом).

Рис. 8.4 — Вариант построения контроллера на МК51

Передача информации на цифровые индикаторы часов осуществляется записью байта в регистр SBUF последовательного порта, который после сброса работает в режиме сдвигового регистра (режим 0).

Сканирование матрицы датчиков реализуется с помощью линий портов Р1 и Р0. После завершения цикла сканирования информация с восьми столбцов матрицы датчиков запоминается в 8-байтовом блоке ОЗУ с побитовой адресацией, и создается внутренняя карта текущего состояния всех датчиков, используемая программой. Диод разрешает несколько срабатываний датчиков на одной линии возврата.

Пример 20. Разработать подпрограмму чтения текущего состояния 64 датчиков в блок ОЗУ 20Н-27Н с сохранением предыдущего состояния в блоке 28Н-2FH.

Пример 21. С помощью микросхемы К580ВД79 обеспечить взаимодействие МК51 с цифровой клавиатурой (кнопки S0-S9) и 8-местным дисплеем на светодиодных семисегментных индикаторах (рис. 8.5). Разработать подпрограмму ввода 8-разрядного десятичного числа с клавиатуры в РПД микроконтроллера (ячейки 20Н-27Н) с дублированием информации на восьмисимвольном дисплее (HG0-HG7).

HG0-HG7

Рис. 8.5 — Подключение к МК51 контроллера клавиатуры и дисплея

Контроллер клавиатуры и дисплея К580ВД79 (ККД) освобождает микроконтроллер от выполнения задач постоянного сканирования клавиатуры и поддержания изображения на цифровом дисплее.

При нажатии клавиши обеспечивается антидребезговый контроль состояния клавиш, код нажатой клавиши вводится в

память клавиатуры ККД и возбуждается линия прерывания IRQ, которая может опознаваться в МК51. Информация, выводимая на дисплей, записывается в ОЗУ дисплея ККД (до 16 байт).

85

С точки зрения программиста ККД представляет собой два порта: регистр данных (А0=0) и регистр управления (А0=1). При А0=1 из МК51 в ККД передаются управляющие слова, а из ККД в МК51 — байт состояния. При А0=0 передается байт данных. Загружая в ККД определенные управляющие слова (УС), можно настроить ККД на работу в требуемом режиме или предписать выполнение некоторой операции. В рассматриваемом примере ККД использует команды работы с внешним ОЗУ (сигналы WR и RD) и закрывает все пространство ВПД.

Линия Р1.0 должна быть установлена/сброшена в зависимости от типа обращения (управление/данные). Выход сигнала запроса прерывания IRQ ККД может быть программно опрошен для определения факта нажатия клавиши. На вход CLK подается сигнал ALE (2 МГц при частоте кварца 12 МГц). Для сканирования клавиатуры и дисплея используется дешифратор на восемь выходов. Каждая клавиша клавиатуры расположена таким образом, что ее код соответствует двоичному коду цифры, нанесенной на клавишу.

Код символа, выводимый на дисплей с выходов четырехразрядных регистров ОА и ОВ, подается одновременно на все цифровые индикаторы. Символ, соответствующий этому коду, загорается на том индикаторе, который получает питание по цепи, открытой активным выходом дешифратора. Сигнал бланкирования BD используется для гашения дисплея в момент переключения цифр. Это позволяет избежать наложения символов в соседних позициях дисплея.

Для программирования ККД используются управляющие слова:

86

Здесь DD кодирует режим работы дисплея, КК — режим работы клавиатуры, S — режим сканирования, I — признак автоинкрементной адресации, ААА — адрес байта в ОЗУ клавиатуры,

АААА— в ОЗУ дисплея.

РРРРРустанавливает коэффициент деления частоты внешнего синхросигнала CLK для получения внутреннего опорного сигнала с частотой не более 100 кГц. После сброса устанавливается максимальный РРРРР, равный 11111.

Режимы работы дисплея (DD):

00 — дисплей на 8 символов с вводом слева; 01 — дисплей на 16 символов с вводом слева; 10 — дисплей на 8 символов с вводом справа; 11 — дисплей на 16 символов с вводом справа.

Режимы работы клавиатуры (КК):

00 — клавиатура в режиме одиночного нажатия клавиш; 01 — клавиатура в режиме N-клавишного нажатия;

10 — сканирование матрицы датчиков;

11 — режим стробируемого ввода.

При S=0 сканирование реализуется в режиме 4-разрядного двоичного счетчика, при S=1 — в режиме инверсного дешифратора на четыре выхода (SL0-SL3). RL0-RL7 — линии возврата.

Управляющие слова УС2-УС4 должны предшествовать чтению или записи информации в память ККД.

Форматы данных, записываемых в ОЗУ клавиатуры:

режим клавиатуры — CNTL SHIFT SL2 SL1 SL0 R2 R1 R0 режим матрицы датчиков —RL7 RL6 RL5 RL4 RL3 RL2 RL1 RL0

Фрагмент программы инициализации ККД:

Содержимое регистра R0 не имеет значения, так как ККД перекрывает все адресное пространство внешней памяти данных МК51.

87

Принцип опознания нажатых клавиш в режиме одиночного нажатия таков: если обнаружено нажатие одной клавиши, то в течение следующих двух циклов сканирования клавиатуры будет производиться проверка нажатия других клавиш. Если таких клавиш не будет, то нажатая клавиша признается единственной и код ее записывается в память клавиатуры. Если в течение этих двух циклов будет обнаружено нажатие еще одной клавиши, то в память клавиатуры не заносится код ни одной клавиши до тех пор, пока не будут освобождены все клавиши, кроме одной. Код клавиши заносится в память клавиатуры только один раз на каждое нажатие.

Подпрограмма ввода информации с клавиатуры в РПД МК51 с дублированием информации на дисплее.

88

9 НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

8-РАЗРЯДНЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ

Отличительные признаки современной элементной базы

1.Завершился переход к однокристальным МК (не предполагается подключение внешней памяти данных и программ).

2.Переход к закрытой архитектуре МК.

3.Модульная организация МК.

4.Выделение типовых функциональных модулей (таймеры, процессоры событий, АЦП, контроллеры последовательных интерфейсов).

Направления развития 8-разрядных МК

Разнообразие структурной организации. Позволяет разра-

ботчику для каждой задачи найти МК практически без избыточных ресурсов архитектуры, что обуславливает низкую стоимость конечного изделия. Модульный принцип построения МК — путь к решению этой задачи.

Совершенствование технических характеристик пери-

ферийных модулей. Позволяет свести к минимуму число периферийных ИМС на плате контроллера. Один из путей миниатюризации встраиваемой МПС.

Сопряжение с периферийными ИМС по высокоскоростному последовательному интерфейсу. Обеспечивает миними-

зацию площади проводников на печатной плате. Еще один путь к миниатюризации встраиваемой МПС.

Минимизация энергии потребления. Позволяет умень-

шить размеры корпуса МК и габаритные размеры источника питания. Третий путь к миниатюризации.

Расширение диапазона напряжения питания. Одновре-

менно с минимизацией энергии потребления позволяет перевести системы с МК на долговременное питание от автономных источников (аккумуляторов и батареек), что позволяет встраивать их в переносные изделия.

89

Переход к новым технологиям памяти программ. Мелко-

серийное производство вынуждает отказаться от МК с масочным ПЗУ. Сохранение низкой стоимости элементной базы диктует необходимость перехода к EEPROM и FLASH РПП.

Повышение надежности. Способность восстановления нормального функционирования программного обеспечения при его нарушениях в условиях электромагнитных помех и при кратковременных провалах напряжения питания открывает новые возможности применения МК.

Снижение стоимости процесса отладки. Способствует расширению круга разработчиков простейших МПС. Оказывает существенное влияние на стоимость конечного изделия.

Повышение технологичности занесения программы в память МК. Повышает надежность сохранения программы в памяти МК. Переход к технологии программирования в устройстве позволяет отказаться от размещения МК в специальных площадках (снижение стоимости и площади).

Модульный принцип построения

При модульном принципе построения все МК одного семейства содержат в себе базовый функциональный блок — процессорное ядро, который одинаков для всех МК семейства, и изменяемый функциональный блок, который отличает МК разных моделей в пределах одного семейства.

Процессорное ядро включает:

центральный процессор;

внутренние магистрали адреса, данных и управления;

сему формирования многофазной импульсной последовательности для тактирования ЦП и межмодульных магистралей;

устройство управления режимами работы МК, такими как активный режим, режим пониженного энергопотребления, состояние начального запуска и прерывания.

Изменяемый функциональный блок строится из пяти функциональных групп:

модули памяти;

модули встроенных генераторов синхронизации;