Индикация может осуществляться с использованием: светодиодов сегментных индикаторов
Индикаторы могут быть как светодиодные, так и жидкокристаллические, и иметь различное число сегметов.
Как светодиоды, так и сегментные индикаторы могут подключаться к портам микроконтроллера напрямую, либо через дешифратор/демультиплексор.
Набор символов отображаемых сегментными индикаторами может определяться программно через таблицу декодирования, либо аппаратно логикой внешней микросхемы дешифратора.
Схемы подключения индикаторов к системе могут быть разными:
Простая: один порт – один индикатор
Различные варианты распараллеливания канала данных либо канала выбора индикатора
Динамическая индикация (число знаков ограничивается скважностью) Рис. 1
Динамическая индикация методом досчета (скважность постоянная) Рис. 2
| Рис. 1 | Рис. 2 |
Билет 30. Аналоговые компараторы.
Аналоговые компараторы (АК) осуществляют сравнение двух напряжений. Результатом сравнения является логический сигнал, фиксирующий момент равенства входных сигналов. Выход компаратора может быть использован в качестве запроса на прерывание. При этом пользователь может программировать формирование запроса по переднему или заднему фронту сигнала, либо по любому его изменению.
Схема компаратора микроконтроллера ATmega163.
Аналоговый компаратор сравнивает уровни на положительном (АС+) и отрицательном (АС-) входах. При напряжениии на входе АС+ большем, чем напряжение на входе АС- , выход аналогового компаратора АСО устанавливается в состояние 1.
В микроконтроллере ATmega163 качестве входа АС+ может быть использован внутренний источник напряжения 1,22 В либо вход AIN0(PB2). К АС- подключается AIN1(PB3), либо один из входов PA0..PA7 через мультиплексор.
Компаратор формирует запрос на прерывание если бит ACIE регистра ACSR установлен в 1. Формирование запроса возможно по переднему или заднему фронту сигнала, либо по любому его изменению.
Установка прерывания битами ACIS0/ACIS1.
| ACIS0 | ACIS1 | Режим прерывания |
| 0 | 0 | Прерывание по любому переключению выхода компаратора |
| 0 | 1 | Зарезервировано |
| 1 | 0 | Прерывание по падающему (заднему) фронту на выходе компаратора |
| 1 | 1 | Прерывание по нарастающему (переднему) фронту на выходе компаратора |
При изменении состояния битов ACIS0/ACIS1 прерывание по аналоговому компаратору должно быть запрещено очисткой бита разрешения прерывания (ACIE) в регистре ACSR, иначе при изменении состояния битов может произойти прерывание.
В работе компаратора используются регистры:
ACSR (Analog Comparator Control and Status Register) – управления АК
SFIOR (Special Function Input Output Register) – специальных функций ввода/вывода
ADCSR (ADC Status Register) – состояния аналого-цифрового преобразователя
ADCMUX (ADC Multiplexer) – мультиплексора аналого-цифрового преобразователя
SREG (Status Register) – состояния микроконтролера
| Регистр | Биты | |||||||
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | |
| ACSR | ADC | ACBG | ACO | ACI | ACIE | ACIC | ACIS1 | ACIS0 |
| SFIOR | ACME | |||||||
| ADCSR | ADEN | |||||||
| ADCMUX | MUX2 | MUX1 | MUX0 | |||||
| SREG | I | |||||||
Подключение отрицательного входа компаратора
| ACME | ADEN | MUX2..0 | Отрицательный вход компаратора |
| 0 | x | xxx | AIN1 |
| 1 | 1 | xxx | AIN1 |
| 1 | 0 | 000 | PA0 |
| 1 | 0 | 001 | PA1 |
| 1 | 0 | 010 | PA2 |
| 1 | 0 | 011 | PA3 |
| 1 | 0 | 100 | PA4 |
| 1 | 0 | 101 | PA5 |
| 1 | 0 | 110 | PA6 |
| 1 | 0 | 111 | PA7 |
Значения битов:
ACD (Analog Comparator Disable) – если установлен в 1, АК отключен. При изменении бита прерывание от компаратора должно быть заблокировано очисткой бита ACIE.
ACBG (Analog Comparator Bandgap) – когда бит установлен и BOD позволяет (fuse‑бит BODEN запрограммирован), фиксированное напряжение 1,22 В поступает на вход АС+ , иначе к АС+ подключается контакт AIN0.
ACO (Analog Comparator Output) – выход аналогового компаратора
ACI (Analog Comparator Interrupt Flag) – устанавливается в 1 при формировании компаратором прерывания. Подпрограмма обработки прерывания будет выполняться при установленных битах ACIE и I(бит глобального прерывания в регистре SREG). Очищается аппаратно при выполнении подпрограммы обработки прерывания либо вручную. Очищается при модификации командами SBI, CBI других битов регистра ACSR.
ACIE (Analog Comparator Interrupt Enable) – установка в 1 разрешает прерывание по аналоговому компаратору (ANA_COM) при установленном бите I в SREG.
ACIC (Analog Comparator Input Capture Enable) – установка в 1 разрешает захват входа таймера/счетчика1 по переключению АК.
ACIS1,ACIS0 (Analog ComparatorInterrupt Mode Select) выбор режима прерывания.
ACME (Analog Comparator Multiplexer Enable) – 1 подключает мультиплексор к АК. При подключении должен быть сброшен бит ADEN (ADC Enable) в регистре ADCSR (аналогово-цифровой преобразователь выключен).
Битами MUX2..0 в регистре мультиплексора ADMUX выбирается контакт порта PORTA (PA7..PA0).
9. ПОРТЫ ВВОДА-ВЫВОДА
9.1. Организация ввода/вывода
Порты ввода-вывода обеспечивают ввод и вывод данных в параллельном формате. Обычно порты ввода-вывода выполняются 8-разрядными. В режиме ввода данные с внешних контактов порта пересылаются в регистры микроконтроллера. В режиме вывода данные из регистров перемещаются на контакты микроконтроллера. Вывод данных, как правило, производится в «защелку» порта. Данные при этом присутствуют на выходных контактах до новой операции вывода в этот порт. В системе команд микроконтроллера для ввода и вывода данных обычно предусматриваются специальные команды.
В зависимости от выполняемых функций порты могут быть:
0 однонаправленными, предназначенными только для выполнения одной из
операций (ввод или вывод) по всем линиям;
° двунаправленными, предназначенными для выполнения любой из операций
ввода-вывода по всем линиям одновременно; направление передачи может
быть изменено программно в процессе работы;
° с индивидуальной настройкой линий, направление передачи данных по
каждой линии программируется независимо от остальных. Последний вариант построения схемы порта в настоящее время наиболее распространен. Например, микроконтроллер АТтеда163 имеет 32 линии ввода-вывода с индивидуальной настройкой, сгруппированных в 4 параллельных порта: порт А порт В, порт С, порт О. Направление передачи данных любого вывода любого порта может быть изменено независимо от направлений других выводов Для работы с портами в микроконтроллере предусмотрено 12 регистров, по три на каждый из портов (рис. 58):
° регистры данных (Dafa Register): PORTA , POF< tb, PORTC и PORTD;
0 регистры направления (Data Direction Register): DDRA, DDRB, DDRC и
DDRD;
° регистры входных контактов (Port A Input Pins). PINA; PINB, PINC и FIND.
Все выводы портов имеют индивидуальные подтягивающие резисторы (pull-up resistors). Для подключения этих резисторов в регистре специальных функций ввода/вывода SFIOR (Special Function Input Output Register) предусмотрен бит PUD (Pull-up Disabled).
Любая линия порта выполняет функции выхода при записи логической единицы в соответствующий бит регистра направления DDRx (x e А, В, С, D).
Регистры PINx не хранят информацию и фактически не являются настоящими регистрами. Они разрешают доступ к физическим сигналам на линиях соответствующего порта. При чтении PORTx читается защелка данных выбранного порта, а при чтении PINx -значение на контактах порта. Регистры PINx доступны только для чтения, е то время как регистры PORTx и DDRx -для чтения и записи.
Внутренние подтягивающие резисторы подключаются только при PUD=0, если контакты портов сконфигурированы как входы
Выходы портов выдерживают втекающий ток до 20mA и могут быть непосредственно подключены к светодиодным индикаторам. Однако, вытекающий ток порта не должен быть более 4 мА, а суммарная загрузка порта - не более 80 мА.
9.2. Алгоритмы обмена данными
Порты ввода-вывода предназначены для связи микроконтроллера с различными объектами и могут реализовывать различные алгоритмы обмена данными:
0 асинхронный программный обмен,
0 синхронный обмен,
0 ввод-вывод с сигналами квитирования.
Обмен данными между портами и объектами обеспечивается специальными подпрограммами-драйверами, создаваемыми индивидуально для каждого объекта.
АСИНХРОННЫЙ ОБМЕН
В режиме асинхронного программного обмена ввод и вывод данных производится
По программе в моменты выполнения инструкций ввода и вывода данных. Предполагается,
Что объект всегда готов к обмену: при вводе - данные в момент выполнения инструкции in
присутствуют на линиях порта, при выводе -данные будут прочитаны с линий порта до следующего вывода.
Например, микроконтроллер ATmega163 осуществляет асинхронный вывод данных nпри выполнении фрагмента программы:
equporta = $1B ;
.equ ddra = $1А ;
cseg
ldir16,$FF ;запись$РРвг16
out ddra, r16 включение порта А на вывод
out porta, rO ;вывод данных из регистра гО в порт А.
Время выполнения команды вывода равно двум периодам тактового сигнала.
Тот же микроконтроллер в течении двух тактов введет данные с линий порта при имении фрагмента программы:
equpina = $19
cseg
in rO, pina ; ввод данных из порта pina в регистр гО.
По адресу $19 в пространстве ввода-вывода микроконтроллера размещен регистр pina, с входных линий которого и будут взяты данные во время выполнения инструкции.