Контроллеры последовательного ввода/вывода

Задачи, которые решаются средствами контроллера последовательного ввода/вывода могут быть условно разделены на три группы:

· связь встраиваемой МПС с системой управления верхнего уровня: промышленным компьютером, офисным компьютером. Наиболее часто для этой цели используются интерфейсы RS-232 и RS-485;

· связь с внешними по отношению к МК периферийными ИС встраиваемой МПС, а также с датчиками физических величин с последовательным выходом. Для этой цели используются интерфейсы SPI, I2C;

· интерфейс связи с локальной сетью в мультимикропроцессорных системах. В сложных системах более популярным становится протокол типа CAN.

Минимизация потребления энергии в системах с МК

Кроме активного режима большинство современных МК могут быть переведены в режим ожидания и режим останова с пониженным энергопотреблением.

В режиме ожидания прекращает работу центральный процессор, но продолжают работать периферийные модули, которые отслеживают поведение объекта управления. При необходимости периферийные модули переводят МК в активный режим для вычисления корректирующих воздействий на объект управления. Мощность потребления снижается в 5–10 раз. Выход из режима по сбросу и прерыванию.

В режиме останова прекращают работу и ЦП, и большинство периферийных модулей. Мощность потребления составляет единицы мкВт. Выход из режима по сбросу.

Различают три группы исполнения по напряжению питания: 5 В±10 %, с расширенным диапазоном питания (от 2–3 до 5–7 В), с пониженным напряжением питания (от 1,8 до 3 В).

Примеры устройств, где используется режим пониженного энергопотребления: пульт дистанционного управления бытовой аппаратуры и счетчик тепловой энергии.

Микроконтроллер семейства АТ89 фирмы Atmel представляет собой восьмиразрядную однокристальную микроЭВМ с системой команд MCS-51 фирмы Intel. Базовая структура микроконтроллеров совпадает с базовой структурой микроконтроллеров семейства MCS-51 и отечественных микроконтроллеров МК51 серий К1816/51 и К1830/51, однако микроконтроллеры многих типов содержат новые запоминающие и периферийные устройства, а некоторые устройства базовой структуры имеют иные характеристики.

Микроконтроллеры семейства АТ89 фирмы Atmel

В табл. 10.1 перечислены типы микроконтроллеров семейства АТ89, указаны запоминающие и периферийные устройства и некоторые узлы, входящие в состав микроконтроллеров каждого типа, и приведены их характеристики.

Таблица 10.1

В число запоминающих устройств входят внутреннее постоянное запоминающее устройство (FLASH), предназначенное для хранения команд программы и констант, и внутреннее оперативное запоминающее устройство (SRАM), предназначенное для хранения данных. FLASH память программ выдерживает до 1000 циклов перепрограммирования. SRAM является статическим оперативным запоминающим устройством.

Микроконтроллеры некоторых типов имеют «новое» запоминающее устройство — внутреннее перепрограммируемое запоминающее устройство для хранения данных (EEPROM). Первоначальная запись данных в EEPROM производится при программировании микроконтроллера. В процессе выполнения программы обращения к EEPROM для чтения и записи выполняются с использованием команд с мнемокодами операции MOVX. После обращения для записи в EEPROM выполняется цикл записи длительностью несколько мс, в течение которого новое обращение к EEPROM невозможно.

В табл. 10.1 указана емкость названных запоминающих устройств (число восьмиразрядных ячеек памяти). К микроконтроллерам некоторых типов не может подключаться внешняя память (External Memory, EM). Отсутствие возможности подключения внешней памяти отмечено знаком <–> в колонке ЕМ.

К числу периферийных устройств относятся восьмиразрядные параллельные порты ввода-вывода Р0, Р1, Р2, Р3, последовательный порт SP, таймеры-счетчики Т/С0, Т/С1, Т/С2 и контроллер прерываний. Микроконтроллеры некоторых типов содержат меньшее число параллельных портов, а некоторые порты имеют меньшее число входов-выходов. Суммарное число входов-выходов параллельных портов у микроконтроллера указано в табл. 10.1 в колонке I/O. У микроконтроллеров некоторых типов отсутствует таймер-счетчик Т/С2, при этом у некоторых микроконтроллеров отсутствует также таймер-счетчик Т/С1. Число таймеров-счетчиков у микроконтроллера указано в колонке Т/С.

Система прерываний имеет два уровня приоритета. Число источников запросов прерывания (Interrupt Source, IS) и векторов прерывания (Interrupt Vector, IV) у микроконтроллеров разных типов указано в табл. 10.1 в колонках IS и IV соответственно. «Новыми» периферийными устройствами являются блок последовательного периферийного интерфейса (SPI), сторожевой таймер (WDT) и аналоговый компаратор (АС). Наличие у микроконтроллера названных устройств отмечено знаком <+> в колонках SPI, WDT и АС соответственно.

Блок SPI предназначен для последовательного ввода и вывода данных с использованием трех шин. При этом микроконтроллер может работать в качестве ведущего или ведомого устройства. Блок SPI может быть использован также для программирования микроконтроллера после установки его в аппаратуру.

Аналоговый компаратор сравнивает по величине напряжения сигналы, поступающие на входы Р1.0 и Р1.1. (рис. 10.1). Результат сравнения подается на вход Р3.6, не имеющий внешнего вывода. Процессор у микроконтроллеров некоторых типов содержит два регистра-указателя данных — DPTR0 и DPTR1. Количество регистров-указателей данных у микроконтроллера указано в колонке DPTR.

Микроконтроллеры семейства AT89 выпускаются для работы при разных значениях напряжения питания и тактовой частоты, определяемой частотой подключенного к микроконтроллеру кварцевого резонатора. Диапазоны значений напряжения питания (Vcc) и тактовой частоты (Fosc) у микроконтроллеров разных типов указаны в табл. 10.2. Ток потребления зависит от величины напряжения питания и тактовой частоты. В табл. 10.2 приведены значения тока потребления в рабочем режиме (Icc) при максимальном значении напряжения питания и Fosc=12 МГц.

Таблица 10.2

Ниже приведены основные характеристики двух микросхем семейства AT89.