7. Лабораторная работа n 7. "сканирование матриц".

Теория.

Теоретический раздел этой работы повторяет в основном сведения, приведенные в теоретическом разделе работы N 1 ("Параллельный порт") . Соответствующие справочные материалы приведены ниже в табл.1-3.

БИС программируемого параллельного интерфейса (ППИ) КР580ВВ55 предназначена для организации ввода/вывода параллельной информации различного формата для сопряжения микропроцессора со стандартным периферийным оборудованием, а также для организации сканирования организованных в виде матрицы массивов индикаторных устройств (светодиодов, жидкокристаллических ячеек) , исполнительных (матрицы иголок "игольчатого" принтера) , или дискретных датчиков, имеющих два состояния: "0" и "1" (кнопок или клавиш) . На рис.1 приведен вариант подобного рода матрицы и ее подключения к портам параллельного ввода-вывода.

Рис.1.

Элементы матрицы обозначены буквами М с двумя индексами, показывающими строку (первый индекс) и столбец (второй индекс) , на пересечении которых находится данный элемент. Блоки, обозначенные буквами У устройства согласования, выполняющие в зависимости от типов элементов М различные функции. Например, при сканировании матрицы светодиодов или электромагнитов привода иголок матричного принтера они выполняют функции усилителей выходных сигналов порта А, так как сам порт выдает достаточно слабые для свечения светодиодов или срабатывания электромагнитов сигналы. Устройства С1-С4 выполняют примерно аналогичные функции, но уже не для строк, а для столбцов матрицы. В некоторых приложениях и те, и другие устройства согласованию могут отсутствовать, и, кроме того, для поддержания высокого или низкого потенциалов на неактивных столбцах или строках матрицы к соответствующим линиям могут подключаться резисторы, соединяющие эти линии (например, столбцы) , с шинами питания 0 вольт или +5 вольт. По такой схеме можно подключить матрицу кнопок (клавиш) для ввода данных в микроЭВМ. На рис.2 показан вариант включения одного элемента матрицы (из последнего столбца) вместе с резистором, обеспечивающем на неактивной горизонтальной линии потенциал +5 В.

Р ис.2.

(Внимание! Из-за ограничений на текстовую графику изображение кнопки S14 не совсем корректно. Точное изображение кнопок см. в [3].)

Порт A при этом работает на ввод данных, порт С на вывод, причем на неактивных выходах порта С устанавливается высокий уровень, на активном (то есть на том столбце, который сканируется в данный момент) низкий. Если при этом кнопка S14 будет нажата, то при чтении порта A на входе PA0 будет прочитан низкий уровень (лог.0) , а на остальных входах порта A высокий. При не нажатых кнопках по всем входам порта A будут читаться логические единицы (благодаря резисторам R) .

На рис.3 приведен вариант подключения в качестве элементов матрицы светодиодов (например, входящих в 7-сегментный светодиодный индикатор) . В этом случае устройства согласования У и С должны быть усилителями, причем если в качестве Уi могут использоваться любые достаточно мощные ТТЛ-вентили (например, входящие в микросхему К555ЛН2 или КР1533ЛН1) , то усилители Сi могут иметь специальную конструкцию, которая зависит от типов подключаемых светодиодных индикаторов. На рис.3 изображен вариант светодиодного индикатора с "общим анодом", то есть такого, в котором аноды всех светодиодов-сегментов соединены между собой. Для такого индикатора усилитель Сi должен обеспечивать выходной ток высокого уровня порядка 200...300 мА в зависимости от числа столбцов и максимального количества светящихся светодиодов в матрице.

Рис.3.

(Внимание! Из-за ограничений на текстовую графику изображение светодиода не совсем корректно. Точное изображение светодиода см. в [3].)

Светодиод VD14 будет светиться, если на выходе С4 будет высокий уровень, а на выходе У1 низкий. Для ограничения тока через светящийся диод между выходами усилителей Уi и горизонтальными линиями матрицы включают токоограничивающие резисторы в несколько десятков Ом (величина токоограничивающего резистора зависит от типа (марки) светодиодного индикатора и числа столбцов в матрице) .

При сканировании матрицы электромагнитов привода иголок матричного принтера столбцами матрицы служат позиции печатающей головки с иголками, причем перемещение головки над листом бумаги (точнее, над валиком печатающего механизма, на котором находится лист) осуществляет устройство управления принтера. То есть в данном случае сканировать столбцы (позиции печатающей головки) нет необходимости, так как этим занимается сам принтер.

Достаточно лишь выдать последовательно через порт те наборы точек (например, в виде высоких уровней) , которые должны быть отпечатаны [2]. Если, к примеру, Вы хотите отпечатать в графическом режиме на принтере квадрат 8 х 8 точек, причем в середине квадрат должен быть пустым (белым) , то необходимо (после установки на притере графического режима) выдать следующую последовательность:

Выходы порта A:

PA0 - 1 1 1 1 1 1 1 1

PA1 - 1 0 0 0 0 0 0 1

PA2 - 1 0 0 0 0 0 0 1

PA3 - 1 0 0 0 0 0 0 1

PA4 - 1 0 0 0 0 0 0 1

PA5 - 1 0 0 0 0 0 0 1

PA6 - 1 0 0 0 0 0 0 1

PA7 - 1 1 1 1 1 1 1 1 Номер позиции - 0 1 2 3 4 5 6 7

Аналогично может выполняться и сканирование других устройств вывода информации с матричной организацией например, матричных жидкокристаллических экранов. При этом конструкция самих индикаторных ячеек более сложная, чем, например, конструкция светодиодной индикаторной ячейки вследствие специфики работы жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ нормально работают только на переменном токе).

Ниже для справки приведены основные параметры микросхем портов параллельного ввода-вывода типа КР580ВВ55А.

Таблица 1. Описание выводов ППИ

Обозначение вывода	Назначение вывода
D (0-7)	Вход/выход шины данных (разряды 0...7)
-RD	Чтение; L-уровеньсигнала разрешает считывание информации из регистра, адресуемого по входам АО, А1 на шину D (0-7)
-WR	Запись; L-уровень сигнала разрешает запись информации с шины D (0-7) в регистр ППИ, адресуемый по входам АО, A1
A0, A1	Входы для адресации внутренних регистров ППИ.
RESET	Сброс; H-уровень сигнала обнуляет регистр управляющего слова и устанавливает все порты в режим ввода.
-CS	Выбор микросхемы: L-уровень сигнала подключает ППИ к системной шине. Обычно этот вход подключается к выходу дешифратора устройств ввода/вывода.
PA (0-7)	Вход/выход канала A.
PB (0-7)	Вход/выход канала B
PC (0-7)	Вход/выход канала C.
Ucc	Напряжение питания (+5 в)
GND	Напряжение питания (0 в)

Таблица 2. Операции, задаваемые управляющими сигналами ППИ.

Операции	Сигналы управления
	CS	RD	WR	A1	A0
Запись управляющего слова	0	1	0	1	1
Запись в канал А	0	1	0	0	0
Запись в канал В	0	1	0	0	1
Запись в канал С	0	1	0	1	0
Чтение из канала А	0	0	1	0	0
Чтение из канала В	0	0	1	0	1
Чтение из канала С	0	0	1	1	0
Отключение ППИ от D (0-7)	0	1	1	X	X
//	1	Х	Х	Х	Х
Х безразличное состояние сигнала

Режим работы каждого из каналов ППИ программируется с помощью управляющего слова, задающего один из трех режимов: основной режим ввода/вывода (режим 0) , стробируемый ввод/вывод (режим 1) , режим двунаправленной передачи информации (режим 2) . Одним управляющим словом можно установить различные режимы работы для каждого из каналов. Формат управляющего слова представлен в табл.3.

Канал А может работать в любом из трех режимов, канал В в режимах 0 и 1. Канал С может быть использован для передачи только в режиме 0, а в остальных режимах он служит для передачи управляющих сигналов, сопровождающих процесс обмена по каналам А и В.

Разряд D7 управляющего слова (табл.3) определяет либо установку режимов работы каналов (D7 = 1) , либо работу ППИ в режиме сброса/установки отдельных разрядов канала С (D7 = 0) . При D7 = 0 разряды D3-D1 определяют номер модифицируемого разряда канала С, а разряд D0 задает либо сброс (D0 =0) , либо установку (D0 =1) модифицируемого разряда; разряды D6-D4 не используются.

Таблица 3. Формат управляющего слова ППИ

Разряды	Записанная цифра	Функциональное назначение
DО	1/0	Ввод/вывод PC (3-0)
D1	1/0	Ввод/вывод PB (7-0)
D2	0/1	Режимы 0/1 для портов группы В
D3	1/0	Ввод/вывод РС (7-4)
D4	1/0	Ввод/вывод РА (7-0)
D6, D5	00/01/10	Режимы 0/1/2 для портов группы А
D7	1/0	Установка режимов работы каналов либо работа
		ППИ в режиме сброса/установки отдельных раз
		рядов канала С

Режим 0 применяется при синхронном обмене или при программной организации асинхронного обмена. Микросхема может рассматриваться в этом режиме как устройство, состоящее из четырех портов (два 8-разрядных и два 4разрядных) , независимо настраиваемых на ввод или вывод. Вывод информации осуществляется по команде OUT микропроцессора с фиксацией выводимой информации в регистрах каналов, а ввод по команде IN без запоминания информации.

Режим 1 обеспечивает стробируемый однонаправленный обмен информацией с внешним устройством. Передача данных производится по каналам А и В, а линии канала С управляют передачей. Работу канала в режиме 1 сопровождают три управляющих сигнала. Если один из каналов запрограммировать на режим 1, то остальные тринадцать интерфейсных линий можно использовать в режиме 0. Если оба канала запрограммированы на режим 1, то оставшиеся две интерфейсные линии канала С могут быть настроены на ввод или вывод.

В режиме 1 для ввода информации используются следующие управляющие сигналы: строб приема по каналу А (-STBа = PC4) входной сигнал, формируемый внешним устройством, указывает на готовность ВУ к вводу информации; подтверждение приема в канал А (IBFа = PC5) выходной сигнал ППИ, сообщающий ВУ об окончании приема данных в канал, формируется по спаду -STBа; запрос прерывания от канала А (INTRа = PC3) выходной сигнал ППИ, информирующий микропроцессор (МП) о завершении приема информации в канале: Н уровень сигнала устанавливается при -STB = 1, IBF = 1 и INTE = 1 (внутренний сигнал ППИ INTE разрешение прерываний устанавливается битом D4 для канала А и битом D2 для канала В при записи управляющего слова) ; сбрасывается

INTR спадом сигнала -RD. Для канала В соответствие сигналов управления разрядам порта С следующее: -STBb = PC2; IBFb = PC1; INTRb = PC0.

Для вывода информации в режиме 1 используются следующие управляющие сигналы: строб записи (-OBFа, b) -выходной сигнал, указывающий ВУ о готовности к выводу, формируется по фронту -WR; подтверждение записи (-АСКa, b)

входной сигнал от ВУ, подтверждающий прием информации из ППИ; запрос прерывания (INTRa, b) выходной сигнал ППИ, информирующий МП о завершении операции вывода информации; Н уровень сигнала устанавливается по фронту сигнала -АСК при -OBF = 1 и INTE = 1 (INTE устанавливается при записи управляющего слова битом D6 для канала А и битом D2 для канала В) ; сбрасывается

INTR спадом сигнала -WR. Соответствие управляющих сигналов выводам порта С следующее: -OBFa = PC7, -OBFb = PC1; -ACKa = PC6, -ACKb = PC2, INTRa = PC3,

INTRb = PC0.

Режим 2 обеспечивает двунаправленную передачу информации по каналу

А к ВУ и обратно. Процесс обмена сопровождают пять управляющих сигналов, подаваемых по линиям С7-С3. Оставшиеся одиннадцать интерфейсных линий могут настраиваться на режим 0 или режим 1. Распределение сигналов по интерфейсным линиям порта С следующее: INTRa = PC3; -STBa = PC4; IBFa = PC5; -ACKa =

= PC6, -OBFa = PC7. Функции управляющих сигналов аналогичны рассмотренным выше сигналам для режима 1. Управление установкой внутреннего сигнала INTE для операции ввода осуществляется по линии С4, а для операции вывода по линии С6.

Основные электрические параметры микросхемы КР580ВВ55 следующие:

-выходное напряжение логического нуля Uol, B.....< 0, 4

-выходное напряжение логической единицы Uoh, B...> 2, 4

-ток потребления от источника питания Icc.mA ....< 60

-ток утечки каналов А, B, C, D при невыбранном

режиме Iioz, mkA..........................-100, ..., 100

-ток утечки на управляющих входах Iil, mkA.. -10, ..., 10