Разработка сенсора на поверхностно-акустических волнах. Автоматизация измерительной установки

задействовать и другие сигналы интерфейса.

[pic]

Рисунок 5 Формат передаваемых данных

[pic]

Рисунок 6 Уровни сигналов RS-232C на передающем и принимающем концах линии

связи.

Обмен по RS-232C осуществляется с помощью обращений по специально

выделенным для этого портам СОМ1 (адреса 3F8h...3FFh, прерывание IRQ4),

COM2 (адреса 2F8h...2FFh, прерывание IRQ3), COM3 (адреса 3E8h...3EFh,

прерывание IRQ10), COM4 (адреса 2E8h...2EFh, прерывание IRQ11). Форматы

обращений по этим адресам можно найти в многочисленных описаниях микросхем

контроллеров последовательного обмена UART (Universal Asynchronous Receiver

Transmitter), например, i8250, KP580BB51.

Ввиду приведенных выше достоинств и недостатков различных способов

подключения было принято решение остановиться на использовании именно

последовательного интерфейса RS-232C.

Постановка задачи сопряжения

При использовании интерфейса RS-232C задача сопряжения объекта обмена

информацией с компьютером обычно формулируется следующим образом: требуется

обеспечить связь с удаленным контроллером, обслуживающим технологическую

или лабораторную установку. Именно этот контроллер играет в данном случае

роль УС.

Чаще всего такой контроллер представляет собой микроЭВМ, имеющую

собственную магистраль и набор внешних устройств, осуществляющих передачу

входных сигналов с разнообразных датчиков и выдачу управляющих воздействий

на органы управления. Для нас существенным моментом является наличие в

контроллере процессора, обрабатывающего информацию, представленную в

параллельной форме, и магистрали, обеспечивающей взаимодействие различных

его узлов. Если же требуется организовать сопряжение с устройством, не

имеющим собственного интеллекта, задача сразу же существенно усложняется и

часто становится практически невыполнимой. Поэтому в таком случае стоит

подумать о выборе других путей сопряжения.

Этапы преобразования сигналов интерфейса RS-232C на пути от компьютера

к микропроцессору удаленного контроллера достаточно очевидны и

проиллюстрированы рис. 7. Здесь и далее мы считаем, что для сопряжения

через RS-232C используется наиболее распространенная простейшая 4-проводная

линия связи.

Блок преобразователей уровня обеспечивает электрическое согласование

уровней сигналов последовательного интерфейса, формируемых контроллером,

входящим в состав компьютера (±12 В), с уровнями сигналов, присутствующими

в микропроцессорной системе (здесь и далее предполагаем, что в

микропроцессорной системе действуют уровни ТТЛ).

[pic]

Рисунок 7 Организация сопряжения через интерфейс RS-232C.

Блок преобразователя кода переводит последовательное представление

информации в параллельное и наоборот, осуществляя распознавание начала и

конца посылки, синхронизацию приема-передачи битов кадра, слежение за

наличием ошибок, информирование о готовности к выполнению операций и т. п.

Интерфейс шины обеспечивает сопряжение преобразователя кода с

локальной магистралью микропроцессорной системы, осуществляя

двунаправленную передачу данных в соответствии с алгоритмами и временными

соотношениями, принятыми в ней.

Преобразование уровня

Для преобразования уровня сигналов считается целесообразным применение

интерфейсной микросхемы фирмы MAXIM. Она содержит преобразователь

напряжения +5В в напряжение +10В (генератор + умножитель напряжения),

инвертор (преобразующий напряжение +10В в –10В) и собственно

преобразователи уровня сигналов последовательного интерфейса. Большинство

таких микросхем требуют дополнительных элементов (необходимы внешние

конденсаторы), что не является чрезмерной платой за преимущества их

применения.

Преобразование кода

Наиболее просто проблема разрешается в том случае, если в качестве

центрального процессора удаленного контроллера применена однокристальная

микроЭВМ, уже содержащая Универсальной асинхронный приемопередатчик (УАПП).

В качестве примера такой микроЭВМ, можно использовать микросхему

КР1816ВЕ51. Построение преобразователя кода в данном случае сводится к

задействованию встроенного ресурса в соответствии со спецификациями на

примененную микросхему.

Однокристальная микроЭВМ (ОМЭВМ) содержит встроенное ОЗУ памяти данных

емкостью 128 Байт с возможностью расширения общего объема оперативной

памяти данных до 64 КБайт за счет использования внешних микросхем ОЗУ.

Условное графическое обозначение ОМЭВМ показано на рис. 8, а

назначение выводов приведено в табл. 2.

|№ вывода |Обозначение |Назначение |Тип |

|1 – 8 |P1.0 – P1.7 |8-разрядный |Вход/вых|

| | |двунаправленный порт Р1. |од |

| | |Вход адреса А0 – А7 при | |

| | |проверке внутреннего ПЗУ. | |

|9 |RST |Сигнал общего сброса |Вход |

|10 – 17 |P3.0 – P3.7 |8-разрядный |Вход/вых|

| | |двунаправленный порт Р3 с |од |

| | |дополнительными функциями.| |

| |P3.0 |Последовательные данные |Вход |

| | |приемника – RxD. | |

| |P3.1 |Последовательные данные |Выход |

| | |передатчика TxD. | |

| |P3.2 |Вход внешнего прерывания 0|Вход |

| | |– INT0 | |

| |P3.3 |Вход внешнего прерывания 1|Вход |

| | |– INT1 | |

| |P3.4 |Вход таймера-счетчика 0 – |Вход |

| | |T0 | |

| |P3.5 |Вход таймера-счетчика 1 – |Вход |

| | |Т1 | |

| |P3.6 |Выход стробирующего |Выход |

| | |сигнала при записи во | |

| | |внешнюю память данных WR | |

| |P3.7 |Выход стробирующего |Выход |

| | |сигнала при чтении из | |

| | |внешней памяти данных RD | |

|18 |XTAL1 |Вывод для подключения |Выход |

| | |кварцевого резонатора | |

|19 |XTAL2 |Вывод для подключения |Вход |

| | |кварцевого резонатора | |

|20 |GND |Общий вывод | |

|21 – 28 |P2.0 – P2.7 |8-разрядый двунаправленный|Вход/вых|

| | |порт Р2. Выход адреса А8 –|од |

| | |А15 в режиме работы с | |

| | |внешней памятью. В режиме | |

| | |проверки внутреннего ПЗУ | |

| | |выводы Р2.0 – Р2.6 | |

| | |используются как вход | |

| | |адреса А8 – А14. Вывод | |

| | |Р2.7 – разрешение чтения | |

| | |внутреннего ПЗУ – Е | |

|29 |PSE |Разрешение программной |Выход |

| | |памяти | |

|30 |ALE |Выходной сигнал разрешения|Выход |

| | |фиксации адреса | |

|31 |EA |Блокировка работы с |Вход |

| | |внутренней памятью | |

|32 – 39 |P0.7 – P0.0 |8-разрядный |Вход/вых|

| | |двунаправленный порт Р0. |од |

| | |Шина адреса/данных при | |

| | |работе с внешней памятью. | |

| | |Выход данных D7 – D0 в | |

| | |режиме проверки | |

| | |внутреннего ПЗУ. | |

|40 |Ucc |Вывод питания от источника| |

| | |напряжения +5В. | |

Таблица 2 Назначение выводов процессора МК51

ОМЭВМ содержит все узлы, необходимые для автономной работы:

. центральный восьмиразрядный процессор;

. внутреннюю память данных, объемом 128 Байт;

. четыре восьмиразрядных программируемых канала ввода – вывода;

. два 16-битовых таймера-счетчика;

. систему прерываний с пятью векторами двумя уровнями;

. последовательный интерфейс;

. тактовый генератор.

Система команд ОМЭВМ содержит 111 базовых команд с форматом 1, 2 или 3

байта и представляет большие возможности обработки данных, реализацию

логических, арифметических операций, а также обеспечивает управление в

режиме реального времени.

ОМЭВМ имеет:

. 32 восьмиразрядных регистра общего назначения;

. 128 определяемых пользователем программно-управляемых флагов;

. набор регистров специальных функций.

Регистры общего назначения и определяемые пользователем программно-

управляемые флаги расположены в адресном пространстве внутреннего ОЗУ

данных.

ОМЭВМ при функционировании обеспечивает:

. минимальное время выполнения команд сложения регистр-регистр – 1мкс,

регистр-память – 2 мкс;

. аппаратное умножение и деление с минимальным временем выполнения команд

умножения/деления – 4 мкс.

Расширенная система команд обеспечивает побайтовую и побитовую

адресацию, двоичную и двоично-десятичную арифметику, индикацию переполнения

и определения четности/нечетности, возможность реализации логического

процессора. Отличительной чертой ОМЭВМ является то, что ее арифметико-

логическое устройство (АЛУ) может наряду с выполнением операций над 8-

разрядными типами данных манипулировать одноразрядными данными. Остальные

программно-доступные биты могут быть установлены, сброшены или заменены их

дополнением, могут пересылаться, проверяться и использоваться в логических

вычислениях. Таким образом, благодаря наличию мощного АЛУ и битового

процессора набор инструкций ОМЭВМ замечательно подходит для данного

устройства сопряжения.

Микросхемы КР1830ВЕ51 конструктивно выполнены в 40-выводных

пластмассовых корпусах с двухрядным расположением штырьевых контактов.

Среди прочего, ОМЭВМ содержит следующие узлы:

. Логика ввода – вывода, предназначенная для приема и выдачи сигналов,

обеспечивающих обмен информацией ОМЭВМ с внешними устройствами через

порты ввода/вывода Р0 – Р3.

. Блок Т/С состоит из двух таймеров/счетчиков, предназначенных для подсчеты

внешних событий, получения программно управляемых временных задержек и

выполнения времязадающих функций ОМЭВМ.

. Блок последовательного интерфейса и прерываний предназначен для

организации ввода-вывода последовательных потоков информации и

организации системы прерывания программ.

. Порты Р0 – Р3 являются двунаправленными портами ввода/вывода и

предназначены для обеспечения информацией ОМЭВМ с внешними устройствами,

образуя 32 линии ввода/вывода. Каждый из портов содержит фиксатор-

защелку, который представляет собой восьмиразрядный регистр, имеющий

байтовую и битовую адресацию для установки (сброса) разрядов с помощью

программного обеспечения.

Фиксаторы портов Р0, Р1, Р2, Р3 имеют свои внутренние физические

адреса, как при байтовой адресации, так и при битовой адресации.

Помимо работы в качестве обычных портов ввода/вывода линии портов Р0 –

Р3 могут выполнять рад дополнительных функций, описанных ниже.

Через порт Р0:

. Выводится младший байт адреса А0 – А7 при работе с внешней памятью

программ и внешней памятью данных;

. Выдается из ОМЭВМ и принимается в ОМЭВМ байт данных при работе с внешней

памятью (при этом обмен байтом данных и вывод младшего байта адреса

внешней памяти мультиплексированы во времени);

Через порт Р2:

. Выводится старший байт адреса А8 – А15 при работе с внешней памятью

программ и внешней памятью данных (для внешней памяти данных – только при

использовании команд, которые вырабатывают 16-разрядный адрес)

Каждая линия порта Р3 имеет индивидуальную альтернативную функцию:

. P3.00 – RxD, вход последовательного порта, предназначен для ввода

последовательных данный в приемник последовательного порта;

. P3.1 – TxD, выход последовательного порта, предназначен для вывода

последовательных данных из передатчика последовательного порта;

. P3.2 – INT0 – используется как вход 0 внешнего запроса прерывания;

. P3.3 – INT1 - используется как вход 1 внешнего запроса прерывания;

. P3.4 – T0, используется, как вход счетчика внешних событий Т/С 0;

. P3.5 – T1, используется, как вход счетчика внешних событий Т/С 1;

. P3.6 – WR, строб записи во внешнюю память данных, входной сигнал,

сопровождающий вывод данных через порт Р0 при использовании

соответствующих команд;

. P3.7 – RD, строб чтения из внешней памяти данных, выходной сигнал,

сопровождающий ввод данных через порт Р0 при использовании

соответствующих команд.

Альтернативная функция любой из линий порта Р3 реализуется только в

том случае, если в соответствующем этой линии фиксаторе-защелки содержится

«1». В противном случае на линии порта 3 будет присутствовать «0».

Среди прочих особенностей данной ОМЭВМ особого внимания заслуживают

следующие.

Параллельные порты ввода/вывода.

Для связи ОМЭВМ с объектами управления, для ввода/вывода информации

используются 32 двунаправленные линии. Эти линии сгруппированы в 4 порта по

8 линий в каждом. Каждая линия может быть индивидуальна и независимо

запрограммирована на вход или выход. При использовании линии в качестве

входа необходимо соответствующий бит порта установить в «1». При установке

ОМЭВМ в исходное состояние все линии портов включены в исходное состояние.

Обращение к портам ввода/вывода осуществляется через регистры специальных

функций Р0 – Р3. Обращение производится с использованием команд,

оперирующих с байтами, битом или с комбинацией бит.

В случае использования внешней памяти программ или данных, порт 0

служит для ввода младшего байта адреса внешней памяти, а через Р2 – для

вывода старшего байта вывода внешней памяти, поэтому, когда мы используем

внешнюю память – эти порты заняты. Данные во внешнюю память передаются

через регистр Р0 (рис. 9).

Все выводы порта 3 могут быть использованы для реализации

альтернативных функций. Альтернативные функции могут быть задействованы

путем записи «1» в соответствующие разряды порта «Р3».

В состав ОМЭВМ входят 2 независимых таймера/счетчика Т0 и Т1,

предназначенных для измерения временных интервалов, длительности импульсов

регенерирования периодически повторяющихся прерываний. Каждому

таймеру/счетчику соответствует 16-разрядный таймерный регистр, состоящий из

двух байт (TH0, TL0; TH1, TL1)

Таймеры/счетчики работают в двух режимах (в качестве таймера и

счетчика).

При работе в качестве таймера, содержимое таймерного регистра

увеличивается на единицу в каждом машинном цикле.

Путем программной установки таймерного регистра в исходное состояние и

анализа флага переполнения могут быть реализованы различные временные

задержки в диапазоне 0000-FFFF. Временная задержка, превышающая это

значение (65535 мкс) может быть получена накоплением переполнений в рабочем

регистре под управлением программы.

При работе в режиме счетчика событий таймерный регистр увеличивается

на 1 каждый раз, когда сигнал на входе Т0 порта 3 переходит из «1» в «0».

Состояние внешнего входа Т0 или Т1 опрашивается каждую микросекунду

(машинный цикл). Для управления таймером/счетчиком используются 2 регистра

специальных функций: TCON – регистр управления и TMOD – регистр режимов.

Прерывания

МК51 имеет 5 аппаратных источников прерываний. Прерывание – сигнал,

который поступает в ОМЭВМ от одного из 5 источников прерываний и вызывает

переход из основной программы в подпрограмму обработки прерываний.

Появление сигнала – событие, неожиданное для основной программы.

Поэтому точно не известно, в каком месте выполнения программы это

произойдет. В ОМЭВМ используется векторная система прерываний. Это значит,

что для каждого источника прерываний в ПЗУ предусмотрен адрес (вектор)

начала подпрограммы обработки прерываний.

Каждый источник прерываний имеет свой адрес начала подпрограммы

обработки прерываний. Адреса находятся в ПЗУ.

Получив запрос прерывания от одного из пяти источников, система

обработки прерываний выполняет следующие действия:

1. Помещает в стек содержимое счетчика команд, чтобы запомнить команду

основной программы, на которую нужно вернуться после обработки

прерываний.

2. Загружает в счетчик команд адрес вектора, соответствующей подпрограммы

обработки прерываний и осуществляет переход по этому адресу. По адресу

вектора должна быть расположена команда безусловного перехода к

начальному адресу подпрограммы обработки прерываний.

3. Подпрограмма обслуживания прерывания обязательно завершается командой

выхода из подпрограммы, обслуживающей прерывания, по которой счетчик

команд перезагружается из стека адресом возврата в основную программу и

осуществляет аппаратный сброс запросов прерываний.

Последовательный порт ввода/вывода

В состав ОМЭВМ входит последовательный порт, представляющий собой

асинхронный приемопередатчик. Он осуществляет прием и передачу информации,

представленной последовательным кодом, младшими битами вперед. Для этого в

состав УАПП входят принимающие и передающие сдвиговые регистры,

преобразующие параллельный код в последовательный. Последовательный порт

является дуплексным, то есть одновременно осуществляет прием и передачу.

Передаваемые и принимаемые данные хранятся в регистре специальных функций

SBUF – буферный регистр. Физически регистр SBUF представляет собой 2

раздельных регистра. Один – для передаваемых данных, второй – для

принимаемых. При приеме обеспечивается хранение принятого байта до конца

приема следующего байта. Байт, не прочитанный из SBUF за время приема

следующего байта, теряется. Запись байта в буфер SBUF при передаче приводит

к автоматической перезаписи байта в сдвигающий регистр передатчика и

инициализирует передачу байта. Всего имеется 4 режима работы

последовательного порта:

. 00 – синхронный режим приема/передачи 8-битных данных. Частота передачи –

1/12 частоты процессора. Скорость фиксированная.

. 01 – 8-битный режим передачи с переменной скоростью. Скорость передачи

задается таймером Т1 (600 – 9600 бит/сек). Формат посылки: 1 старт + 8

бит информации + 1 стоп.

. 10 – 9-битный режим передачи информации с фиксированной скоростью.

Скорость передачи – частота резонатора деленная на 64 или на 32. 9-й бит

может использоваться для контроля по четности.

. 11 – 9-битный режим передачи информации с переменной скоростью, величина

которой задается таймером Т1.

Для сопряжения с интерфейсом RS232C, УАПП может работать в режимах 10

и 11, когда скорость определяется таймером Т1. Если устройство

разрабатывается на МК51, оно должно иметь выход на последовательный

интерфейс с RS232C. При этом перед разработчиком встают следующие проблемы:

1. Согласование уровней сигналов RS232C и МК51.

2. Поддержание стандартной скорости передачи.

3. Поддержание стандартных форматов посылок.

4. Поддержание стандартных протоколов обмена – набор символов для того,

Страницы: 1, 2, 3, 4