Стек мк.

Лекция 21 10 11

Структурная схема MK ATMEGA16.

Сторожевой таймер – вывод системы из зависания, если не приходит синхросигнал.

Порты ввода вывода микроконтроллеров.

1. Классификация портов по функциональным особенностям.

   1. Однонаправленные порты.

   2. Двунаправленные порты

   3. Мультиплексированные порты для реализации альтернативных функция. В нашем примере А и С.

Во всех трех присутствует логика управления В/В буфер.

Виды обменов информации.

Синхронный обмен.

Асинхронный обмен – обмен, когда идет опрос о готовности устройства.

Обмен по прерыванию – когда обмен идет по запросу внешнего устройства.

Выбор режима выбирается программно и с помощью командного уровня возможно управлять портами. Квазимультиплексирования портов происходит переключение внутри микроконтроллера. Квазидвунаправленные порты программно настраиваются на направление ввода.

Различают три алгоритма режима обмена через порты.

1. Простой программный ввод вывод задается только направление.

2. Режим ввода вывода со стробированием.

3. Режим ввода вывода с полным набором сигналов подтверждения обмена.

Типовая схема одноразрядного двунапрвленного порта

Помимо буферов с 3 мя состояниями могут быть организованы порты с открытым истоком. Асинхронный обмен ЦП процессор ведет опрос устройст считывая и слово состояния затем слово с помощью маски определяется если кодировка полученная и кодировка «готов» не совпали то вырабатывается таймаут для последующего опроса.

Лекция 28.10.11.

Схема работы асинхронного порта в режиме вывода

WRD

FLag

Временная диаграмма последовательности управляющих сигналов.

Вариант ввода. При первом обращении проверяется флаг. ЦП анализирует состояние флага если он равен 1, то подается следующая команда, которая читает из регистра. Так же флаг сбрасывается в 0. Это для внешнего устройства показатель что можно писать.

Вывод.

Сигналы готовности портов могут быть использованы как сигналы запроса внешних прерываний для центрального процессора.

Особенности архитектур портов мк-ров MCS-51 Intel и AVR.

Порты MCS-51 Intel. Все порты 8 разрядные. Двунаправленный режим и мультиплексированный режим. Если идет работа с адресом то сначала передача младшего адреса, а потом байт данных, старший байт адреса передается через Р2

Р0 младший байт адреса внешняя память.

Р1используется при программировании и чтении внутреннего адреса программ. Младший байт программная память. (сама пердача)

Р2 старший байт адреса и внешняя и программная память.

Р3 для внешних запросов прерывания. Пердача временных интервалов. Управляющие сигналы для работы с внешней памятью.

Функциональная схема порта.

В состоянии записи в порт (с внешнего устройства) Т1 и Т2 должны быть закрыты – высокоимпедансный выход. В режиме записи подключается подтягивающий резистр с R 10-300 Ком. Его назначение обеспечит отсутствие помех на нажке порта, при записи логической единицы автоматически на этом мессе напряжение Vcc те лог 1. При записи логического 0 идет замыкание на землю. Ты на входе порта мы имеем 0. При выводе на ножку порта резистор должен быть отключен от выходного порта. Данные поступают 2мя путями:

1. с ШД через триггер, если в триггер приходит 1, то управляющий сигнал берется с инверсии, а значить Т2 – закрыт и точка А имеет потенциал близкий к питанию, если в триггер приходит 0, то с инверсии снимаем 1, и транзистор Т2 открыт и понижаем потенциал точки А до 0.

2. С шины адреса.

Порты AVR.

Обобщенная структура портов

Структура одного разряда порта МК AVR.

Лекция 11.11.11

Пояснение по работе портов мк-ров AVR

1. DDR

Регистр управления направления ввода

Разряд = 0 ввод в мк

1 вывод из мк

Вход в мк

Используемые коды

IN

OUT

Установка в 0 или 1 на выходе порта.

CBI PORTxY

SVI PORTxY

Проверка бита порта на выходной ножке.

SBIC PORTxY проверка на 0

SBIS PORTxY проверка на 1

Осуществляется пропуск У=А,В,С

Следующей команды

Работа портов при асинхронном обмене

Способы обмена:

1. Способ с опросом состояния.

Инициатор обмена МК

2. Способ с использованием квитирующих сигналов

Ведущее устройство – МК, ведомое – ВУ.

Таймеры /счетчики

Структура типового таймера/счетчика.

Недостатки:

1. .

2. .

3. .

1 и 2 недостатки устранены в интеле мс5-51

Функции Т/С

1. Таймер

2. Подсчет имп

3. Сравнение

4. Захват

   1. Происходит по + или по – фронту сигнала. И может как при из 0 в 1 так и из 1в 0.

   2. Алгоритм выбора захвата устанавливается при инициализации таймера и может неоднократно изменяться в ходе выполнения программ.

   3. Записывается в триггер захвата и его состояние может быть считано, а если прерывание по состоянию захвата разрешены, то вырабатывается сигнал прерывания по захвату.

Лекция 18.11.11

Дополнительные функции таймеров:

Функция Захват Функция сравнения

Функциональная схема блока таймера в режиме Захвата. При наступлении события на шину данных посылается значение счетчика. Те по сути секундомер.

Следующие событие произойдет позже чем МК считает содержимое триггера выходного захвата. Бесконечно малый интервал времени невозможно таким образом определить.

Функциональная схема в режиме «сравнения»

Длительность сформированного временного интервала определяется только разрядностью. Есть возможность работать с половиной разрядностю старшими или младшими.

Недостатки:

С ростом алгоритмов управления недостаточное число каналов сравнения не позволяет сформировать синхронизированные между собой импульсные последовательности

Однозначно определенные конфигурации либо захват, либо сравнение. В качестве решения предложена более сложная архитектура – модуль процесса события PCA.

Режим шин позволяет получить разную длительность сигнала.

Модуль прерывания для прерывания внутреннего или внешенго

1. переполнение таймера

2. По захвату и сравнению таймера либо от счетчика или от участника

3. Готовность памяти ЕЕ про.

4. Сигнал от дополнительных модулей включение или окончание передачи/приема по одному из портов.

Алгоритмы приоритетного прерывания. Есть прерывания со следующими событиями МК:

1. Прерывание по включению питания

2. Подача сигнала сброс

3. Переполнение сторожевого таймера.

Имеют не маскированный характер.

Вспомогательные аппаратные средства.

Устройства обеспечивающие минимизацию потребления.

Три режима:

1. Активный мах мощность.

2. Ожидания на порядок меньше.

3. Останова единицы микроватт

Из 2ого в 1 ый достаточно 3-5 периодов синхроимпульса. из 3 его в 1 ый нужно несколько 1000 синхроимпульса.

Группы:

1. 5 10% от сети

2. 2,3-5,7 и от сети и автономно

3. 1,8- 3 автономно.

Генератор тактовых импульсов.

1. Внешний кварц генератор

2. Керамический резонатор.

3. RC – цепь

1. Схема формирования сигнала сброса.

2. Модуль мониторинга напряжения питания

3. Сторожевого таймера.

МК переводится в начальное состояние которое он получает при включении и питания – состояние сброса. Начальное состояние внутренних регистров и сосотяние регистров управления. С целью обеспечения надежного запуска от любого источника питания с различной динамикой нарастания напряжения, большинство МК содержит детектор напряжения питания, который сбрасывает если что в 0.

Лекция 25.11.11

РК 9 декабря.

Работа модуля сброса МК.

При возникновении сброса связанного с включением МК запуск генератора синхроимпульса, запись из энергонезависимой памяти в ОП данных о настройке, загрузке, загрузка в счетчик команд первой выполняемой команды. Выборка и действие первой команды.

Блок определения пониженного напряжения питания.

Сторожевой таймер.

Устройство для предотвращения зависания МК и для вывода его из этого состояния. По сути своей это является счетчиком. Особенности сторожевых таймеров: в ряде конструкция МК вектора внешнего сброса и по переполнению сторожевого таймера совпадают, что не позволяет выявить причину сброса программным путем, и затрудняет написание программ. Более совершенные таймеры имеют разграничение. Если осуществляется переход в пониженное энергопотребление, когда рабочая программа перестает выполняться автоматически прекращается работа сторожевого таймера. В ряде конструкция сторожевой таймер имеет свой собственный генератор импульсов и продолжает работу в режиме пониженного энергопотребеления, что приводит к обязательному выводу его из рабочего состояния иначе он совершит прерывание.

Дополнительные модули:

1. Модуль последовательного ввода вывода

Связь МК по интерфейсу RS 232

2. Модуль аналогового ввода

Модули ЦАП и АЦП.

Функции:

Сравнение аналогового сигнала выполняет – аналоговый компоратор.

Архитектуры ЦАП и принципы работы.

Самая простая схема реализации ЦАП.

На выходе Ua = 5В*(16D3+8D2+4D1+1D0)/16 Если Лог 1 = 5 В

То D =

Архитектура АЦП.

1. Метод двухтактного интегрирования

2. Метод последовательного приближения.

Аналоговый сигнал интегрируется в течении заданного времени на основе заряда конденсатора. Затем в входную цепь интегратора подается эталонный ток, имеющий направление противоположенное измеряемому с помощь. Таймера подсчитывается интервал времени, за которое эталонный ток разрядит конденсатор и напряжение на выходе интегратора станет равным 0. И это значение счетчика будет выходным значением преобразователя. Невысокая стоимость таких систем, но у них невысокое быстродействие.

Структура модуля с последовательным приближением

В регистре лежит наибольшее значение при данной разрядности. И мы подаем код какой который заведомо меньше и смотрим аналоговый сигнал изменился или нет. И так пока с ЦАПа не получим сигнал больше чем измеряемый. Точность преобразований гарантируется при условии что период изменение входного сигнала намного больше времени преобразования, если нужно преобразовать быстродействующий аналоговый сигнал нужно запомнить мгновенно значение сигнала на входе АЦП и сохранять его постоянно в течение всего цикла преобразования.

Некоторые особенности преобразователей в МК рах AVR. Структура модуля АЦП.

Верхняя частота аналогового сигнала должна быть согласованна по теореме Котельникова, откуда следует вывод, что эта частота. Если для преобразования 1 АЦП и у него К входных сигналов то его частота должна быть увеличена в К раз.

В его состав канала преобразования входит аналоговый компаратор, ЦАП, внутренний генератор, входной усилитель, буфер с 3 мя состояниями для передачи по 8 ми разрядному интерфейсу и схемы управления.

Для получения наиболее высокой точности преобразования необходимо что бы входной диапазон АЦП преобразователя соответствовал динамическому диапазону преобразуемого сигнала, в противном случае все напряжения больше V мах будут представлены одинаковым кодом все 1.

Лекция 2.12.11

Интерфейсы последовательной связи МК.

Допустима разница в 5% частот приемника и передатчика.

Последовательный порт UART микроконтроллеров AVR.

Модуль полнодуплексной связи. Через него осуществляется прием информации последовательным входом. Порт РД PD­₀ PD₁

Структурная схема модуля UART.

UCR- работает на операцию вывода.

Особенности приема данных МК при последовательном приеме – после стартового бита. Решение о значении принятого разряда принимается по результатам трех выборок входного сигнала в середине битового периода. Состоянием разряда считается логическое значение которое было получено хотя бы в 2х из 3х. распознавание стоп бита происходит тоже по 3м выборкам и если хотя бы в 2х 1 то значение 1, иначе ошибка.

Флаг МРСМ в регистре управления. Специальное дополнительное управление если управляющий бит =1 то приемник принимает кадры у которых 9 быт = 1, а другие не принимает, а если МРСМ = 0 то контроля 9 ого бита нет.

Обзор типовых интерфейсов мк.

1. USB скорости.

   1. 1,5 мб

   2. 12 мб

   3. 480 мб

4 провода

питание +5в

+Д

-Д

Общий.

При питании ток до 500 мА.

Хос Хаб устройство функции.

Одно устройство которое объединяет несколько устройств, функций называется составным.

Иерархия подключения по ЮСБи до 7 ми устройств.

Пакет маркер который определяет? тип и направление (на прием или обратно) передачи данных, адрес устройства, и порядковый номер конечной точки. (адресная часть уства-ва функции)

Есть несколько пакетов маркеров IN,OUТ, SOF, SETUP

Пакет данных до 1023 байта.

Пакет согласования – сообщает о результатах пересылки данных и представляет собой однобайтовый код. АСК, NAK,STALL.

Специальный пакет PRE указатель низкоскоростной передачи. Последнии 2 бита из маркера синхронизации являются маркерами начала пакета, пакеты между собой разделены спец последовательностью.

Каждая передача состоит из 3х фаз.

1. Передача пакета маркера

2. передача данных,

3. передача пакета согласования.

Предусмотрено 3 разновидности типов пересылки.

1. Потоковая пересылка относительно большой объем информации. Безошибочная передача данных между хостом и устройство функцией. Безошибочность достигается контролем ошибок и повторами передачи.

2. Управляющие пересылки – для конфигурации устройства и содержит не мение 2х стадий обмена.

   1. SETUP – установка

   2. Может быть передача данных между а и с

   3. Статус

3. Передача с прерыванием –передача небольшого объема информации. Происходит управление прерываниями и если хост успешно получил данные, то он посылает подтверждение АСК, если не получил то не шлет пакет.

4. Изохронная пересылка она применяется в случае работы в режиме реального времени. Отличается отсутствием фазы согласования. И отсутствует повторная передача в случае ошибки. Длительность посылки микрокадра 125 микросекунд. Нужен специальный микрочип. ?