Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал)

Вид материала

1.3Периферийные устройства микроконтроллера
1.3.1Параллельные порты ввода-вывода
1.3.2Таймер-счетчик Т/С0
1.3.3Таймер-счетчик Т/С1
1.3.4Последовательный порт
1.3.5Контроллер прерываний
Контрольные вопросы

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 14

1.3Периферийные устройства микроконтроллера

В группу периферийных устройств микроконтроллеров типа Х51 входят следующие периферийные устройства:

параллельный порт ввода-вывода P0;
параллельный порт ввода-вывода P1;
параллельный порт ввода-вывода P2;
параллельный порт ввода-вывода P3;
таймер-счётчик T/C0;
таймер-счётчик T/C1;
последовательный порт (SP);
контроллер прерываний (IC).

1.3.1Параллельные порты ввода-вывода

Параллельные порты ввода-вывода предназначены для приема, выдачи байтов данных. Отдельные разряды портов могут быть использованы независимо друг от друга для приема и выдачи битов.

Порты P0 и P2 могут использоваться для подключения внешней памяти (см. п. 1.2.1).

Параллельный порт ввода-вывода Р3, кроме функций по приему и выдаче байтов и битов, выполняет альтернативные функции.

Выводы порта Р3.0 и Р3.1 при работе последовательного порта являются входом приемника (RXD) и выходом передатчика (TXD) соответственно.

Выводы порта Р3.2 и Р3.3 используются для приема сигналов запросов прерывания от внешних источников (INT0 и INT1 соответственно).

Выводы порта Р3.4 и Р3.5 используются для приема внешних сигналов Т0 и Т1, поступающих в таймеры-счетчики Т/СО и Т/С1 соответственно при работе в режиме счета внешних событий.

Выводы Р3.6 и Р3.7 при подключении к микроконтроллеру внешней памяти данных (ERAM) используются для выдачи сигналов записи (WR) и чтения (RD) соответственно (см. п. 1.2.1).

1.3.2Таймер-счетчик Т/С0

Таймер-счетчик Т/С0 ведет счет импульсов, поступающих от внутреннего источника с частотой F_osc/12 (счет времени) или со входа Т0 (Р3.4) (счет внешних событий). Событием является отрицательный перепад сигнала. Счет может вестись по модулю 2⁸, 2¹³или 2¹⁶. При переполнении счетчика (счет ведется на увеличение) формируется запрос прерывания, поступающий в контроллер прерываний. Счет продолжается без остановки.

В состав таймера-счетчика Т/С0 входят два восьмиразрядных регистра TL0 и ТН0. Работой таймера-счетчика Т/С0 управляют разряды регистров специальных функций TCON (TCON.7–4) и ТМОD (TMOD.3–0). Схемы распределения разрядов в регистрах TCON и ТМОD представлены на рисунке 1.9.

7	6	5	4	3	2	1	0
TF1	TR1	TF0	TR0
а)
7	6	5	4	3	2	1	0
GATE	С/Т	M1	М0	GATE	С/Т	M1	М0
Т/С1	Т/С0
б)
а) регистр TCON.7 – 4; б) регистр TMOD Рисунок 1.9 – Схемы распределения разрядов в регистрах TCON и TMOD

Таймер-счетчик Т/С0 может работать в четырех режимах. Выбор режима определяется комбинацией состояний разрядов TMOD.1, TMOD.0=M1, M0.

При M1,М0=0,0 (режим 0) таймер-счетчик ведет счет по модулю 213 (т.е. максимальное число для счета 213). При этом используются оба регистра ТН0 и TL0 (ТН0 старший в паре регистров).

При M1, М0=0,1 (режим 1) счет ведется по модулю 2¹⁶. При M1,М0=1,0 (режим 2) счет ведется по модулю 2⁸, который хранится в регистре TL0. ТН0 используется в качестве регистра памяти. Код, хранящийся в этом регистре, загружается в регистр TL0 при каждом его переполнении (автоперезагрузка регистра TL0).

В режимах 0, 1, 2 на счетный вход счетчика поступает внутренний сигнал с частотой F_osc/12 (при TMOD.2=С/Т=0) или внешний сигнал, поступающий на вход Р3.4 (при TMOD.2=С/Т=1).

При TMOD.3=GATE=0 счет ведется при единичном состоянии разряда TCON.4=TR0. При TR0=0 счет остановлен.

При TMOD.3=GATE=1 счет ведется при единичном состоянии разряда TCON.4=TR0 и единичном значении сигнала INT0 на входе Р3.2. При нулевом состоянии разряда TR0 или нулевом значении сигнала INT0 счет остановлен.

При переполнении счетчика устанавливается в единичное состояние разряд TCON.5=TF0 и в контроллер прерываний поступает запрос прерывания от таймера-счетчика Т/С0.

Сброс разряда TCON.5=TF0 в нулевое состояние выполняется автоматически при переходе к выполнению соответствующей прерывающей программы.

В режиме 3 (M1,М0=1,1) регистры TL0 и ТН0 работают независимо и каждый ведет счет по модулю 2⁸.

На вход счетчика с регистром TL0 в зависимости от значения разряда TMOD.2=С/Т поступает или внутренний сигнал с частотой F_osc/12 (при С/Т=0), или внешний сигнал с входа Р3.4 (при С/Т=1). На вход счетчика с регистром ТН0 поступает внутренний сигнал с частотой F_osc/12.

Счетчик с регистром TL0 ведет счет при TCON.4=TR0=1 (при TMOD.3=GATE=0) или при ТР0=1 и INT0=1 (при GATE=1), а счетчик с регистром ТН0 – при TCON.6=TR1=1.

При переполнении регистра TL0 устанавливается в единичное состояние разряд TCON.5=TF0 и в контроллер прерываний поступает запрос прерывания TF0. При переполнении регистра ТН0 в единичное состояние устанавливается разряд TCON.7=TF1. Разряды TF0 и TF1 сбрасываются в нулевое состояние при переходе к выполнению соответствующих прерывающих программ.

Запрос прерывания TF1 в таймере-счетчике Т/С0 в режиме 3 не формируется.

1.3.3Таймер-счетчик Т/С1

Таймер-счетчик Т/С1 ведет счет импульсов, поступающих от внутреннего источника с частотой F_osc/12 (счет времени) или со входа Т1 (Р3.5) (счет внешних событий). Событием является отрицательный перепад сигнала. Счет может вестись по модулю 2⁸, 2¹³ или 2¹⁶. При переполнении счетчика формируется запрос прерывания, поступающий в контроллер прерываний. Счет продолжается.

В состав таймера-счетчика Т/С1 входят два восьмиразрядных регистра TL1 и ТН1. Работой таймера-счетчика T/C1 управляют разряды регистра специальных функций TCON (TCON.7,6) и разряды регистра специальных функций TMOD (TMOD.74) (см. рисунок 1.9).

Таймер-счетчик Т/С1 может работать в трех режимах. Выбор режима определяется комбинацией состояний разрядов TMOD.5, TMOD.4=М1,М0.

При M1,М0=0,0 (режим 0) таймер-счетчик ведет счет по модулю 2¹³. Данный режим полностью аналогичен режиму 0 для таймера-счет-чика Т/С0.

При М1,М0=0,1 (режим 1) таймер-счетчик ведет счет по модулю 2¹⁶. Данный режим полностью аналогичен режиму 0 для таймера-счетчика Т/С0.

При М1,М0=1,0 (режим 2) счет ведет регистр TL1 по модулю 2⁸. ТН1 используется в качестве регистра. Код, хранящийся в этом регистре, загружается в регистр TL1 при каждом его переполнении (автоперезагрузка регистра TL1).

При М1,М0=1,1 таймер-счетчик Т/С1 остановлен.

На счетный вход счетчика поступает внутренний сигнал с частотой F_osc/12 (при TMOD.6=С/Т=0) или внешний сигнал, поступающий на вход Р3.5 (при TMOD.6=С/Т=1).

При TMOD.7=GATE=0 счет ведется при единичном состоянии разряда TCON.6=TR1. При TR1=0 счет остановлен.

При TMOD.7=GATE=1 счет ведется при единичном состоянии разряда TCON.6=TR1 и единичном значении сигнала INT1 на входе Р3.3. При TR1=0 или INT1=0 счет остановлен.

При переполнении счетчика устанавливается в единичное состояние разряд TCON.7=TF1 и в контроллер прерываний поступает запрос от таймера-счетчика Т/С1. Сброс разряда TCON.7=TF1 в нулевое состояние выполняется автоматически при переходе к выполнению соответствующей прерывающей программы.

Таймер-счетчик Т/С1 используется в качестве генератора синхросигнала при работе последовательного порта (SP). Частота прерываний в таймере-счетчике Т/С1 определяет скорость передачи и приема битов в последовательном порте. При работе в качестве генератора синхросигнала таймер-счетчик Т/С1 должен находиться в режиме 2 (счет по модулю 2 с автоперезагрузкой). Скорость передачи определяется числом, которое записано в регистр ТН1.

При работе таймера-счетчика Т/С0 в режиме 3 разряды регистров TCON.6=TR1 и TCON.7=TF1 используются в таймере-счетчике Т/С0. Таймер-счетчик Т/С1 в этом случае может использоваться в качестве генератора синхросигнала для последовательного порта.

1.3.4Последовательный порт

Последовательный порт (SP) предназначен для приема и выдачи байтов данных в последовательном коде. Последовательный порт содержит приемник, передатчик, управляющий регистр SCON и буферный регистр SBUF, состоящий, по сути, из двух регистров – буферного регистра передатчика и буферного регистра приемника, которые имеют одно и то же имя. Это обеспечивает возможность одновременной работы приемника и передатчика. Схема распределения разрядов в регистре SCON приведена на рисунке 1.10.

7	6	5	4	3	2	1	0
SM0	SM1	SM2	REN	TB8	RB8	TI	RI
Рисунок 1.10 – Схема распределения разрядов в регистре SCON

Последовательный порт может работать в четырех режимах. Выбор режима работы определяется комбинацией состояний разрядов SCON.7=SM0 и SCON.6=SM1.

При SM0,SM1=0,0 (режим 0) последовательный порт работает в режиме сдвигающего регистра с частотой сдвига F_osc/12. Вывод порта Р3.1=TXD используется в качестве выхода для выдачи серии из восьми импульсов, управляющих сдвигом во внешнем сдвигающем регистре. Вывод порта Р3.0=RXD используется для последовательной выдачи или последовательного приема байта, начиная с младшего бита (D0). Временные диаграммы сигналов на выводах P3.1=TXD и Р3.0=RXD при выдаче и приеме байта в этом режиме изображены на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 – Временные диаграммы сигналов на выводах TXD
и RXD в режиме 0

Выдача происходит после выполнения команды программы, по которой осуществляется запись байта данных в регистр SBUF. При завершении выдачи байта устанавливается в единичное состояние разряд регистра SCON.1=TI и в контроллер прерываний поступает запрос прерывания от передатчика последовательного порта. Сброс разряда TI выполняется только программным способом, по команде в программе.

Прием начинается при единичном состоянии разряда регистра SCON.4=REN и сбросе в нулевое состояние разряда регистра SCON.0=RI (или при нулевом состоянии разряда SCON.0=RI и установке в единичное состояние разряда SCON.4=REN).

При завершении приема разряд регистра SCON.0=RI устанавливается в единичное состояние и в контроллер прерываний поступает запрос прерывания от приемника последовательного порта. Сброс разряда RI выполняется программным способом, по команде в программе.

При других комбинациях состояний разрядов SM0 и SM1 последовательный порт работает в качестве универсального асинхронного приемопередатчика (UART).

UART предназначен для передачи и приема байтов по последовательному каналу связи (например, по интерфейсу RS-232С).

При передаче байта формируется посылка (кадр), содержащая десять или одиннадцать битов. Кадр содержит стартовый бит (Start=0), восемь битов данных (D0, D1,..., D7) и стоповый бит (Stop=1). Между старшим битом данных (D7) и стоповым битом может помещаться контрольный бит (СВ). Структура кадров, содержащих десять и одиннадцать битов, показана на рисунке 1.12.

а)

б)

а) режим 1; б) режимы 2, 3

Рисунок 1.12 – Структура кадров

Передача кадра начинается после выполнения команды программы, по которой происходит запись байта в регистр SBUF. При завершении передачи кадра устанавливается в единичное состояние разряд SCON.1=TI и в контроллер прерывания поступает запрос прерывания от передатчика. Разряд TI сбрасывается в нулевое состояние по команде в программе.

Прием кадра возможен при единичном состоянии разряда регистра SCON.4=REN. Прием начинается при поступлении стартового бита (отрицательный перепад сигнала) на вход Р3.0=RXD. Принятый байт записывается в буферный регистр приемника и сохраняется в нем до завершения приема следующего кадра. Следует помнить, что принятый байт необходимо считать до прихода следующего байта, в противном случае он будет потерян. UART может работать в трех режимах.

В режиме 1 (SM0,SM1=0,1) кадр содержит десять битов. Скорость передачи и приема (BR, бит/с) зависит от частоты переполнений таймера-счетчика Т/С1 и определяется по формуле

(1)

где SMOD – состояние разряда регистра PCON.7=SMOD;

F_osc– тактовая частота работы микроконтроллера, Гц;

N – число, код которого записан в счетчик ТН1 таймера-счетчика Т/С1, работающего в режиме 2 (с автоперезагрузкой).

При приеме стоповый бит заносится в разряд регистра SCON.2=RB8.

В режиме 2 (SM0,SM1=1,0) и в режиме 3 (SM0,SM1=1,1) кадр содержит одиннадцать битов. Значение контрольного бита перед передачей кадра записывается в разряд регистра SCON.3=ТВ8.

Значение контрольного бита в принятом кадре переписывается в разряд регистра SCON.2=RB8.

Скорость передачи и приема (BR) в режиме 2 зависит только от значения бита SMOD и тактовой частоты работы микроконтроллера и определяется по формуле

(2)

Скорость передачи и приема в режиме 3 зависит от частоты переполнений таймера-счетчика Т/С1 и определяется по формуле (1).

Для получения стандартных значений скорости передачи по интерфейсу RS-232 в режимах 1 и 3 следует использовать кварцевый резонатор с резонансной частотой, кратной 12. Типичными значениями являются 18432 кГц и 11059 кГц.

При завершении приема кадра в режимах 1, 2, 3 установка в единичное состояние разряда регистра SCON.0=RI и поступление запроса прерывания от приемника в контроллер прерываний зависит от состояния разряда регистра SCON.5=SM2.

При SM2=0 разряд регистра SCON.0=RI устанавливается в единичное состояние и запрос прерывания от приемника поступает в контроллер прерываний при завершении приема любого кадра.

При SM2=1 в режиме 1 разряд регистра SCON.0=RI устанавливается в единичное состояние и запрос прерывания от приемника поступает в контроллер прерываний, если в принятом кадре бит на десятой позиции имеет единичное значение (есть стоповый бит).

В режимах 2 и 3 разряд SCON.0=RI устанавливается в единичное состояние и запрос прерывания от приемника поступает в контроллер прерываний, если в принятом кадре контрольный бит имеет единичное значение.

1.3.5Контроллер прерываний

Контроллер прерываний (IC) принимает и обрабатывает запросы прерывания от внешних и внутренних источников запросов. В состав контроллера прерываний входят регистры специальных функций IE и IР и младшая половина разрядов регистра TCON (TCON.3–0). Схемы распределения разрядов в регистрах IE, IP и TCON представлены на рисунке 1.13.

7	6	5	4	3	2	1	0
EA	–	–	ES	ET1	EX1	ET0	EX0
а)
7	6	5	4	3	2	1	0
–	–	–	PS	PT1	PX1	PT0	PX0
б)
7	6	5	4	3	2	1	0
				IE1	IT1	IE0	IT0
в)
а) регистр IE; б) регистр IP; в) регистр TCON Рисунок 1.13 – Схемы распределения разрядов в регистрах IE, IP и TCON

Сигналы запросов прерывания от внешних источников INT0 и INT1 поступают на входы порта Р3.2 и Р3.3 соответственно. Запрос прерывания представлен или низким уровнем сигнала INT0 (INT1), или переходом сигнала INT0 (INT1) от высокого уровня к низкому уровню. Запрос прерывания представлен уровнем сигнала при TCON.0=IT0=0 (TCON.2=IТ1=0). При IT0=1 (IT1=1) запрос представлен отрицательным перепадом сигнала.

При поступлении запроса прерывания на входы INT0 или INT1 устанавливается в единичное состояние разряд TCON.1=IE0 или TCON.3=IЕ1 соответственно. Если запрос прерывания представлен переходом сигнала, разряд IE0 (IE1) сбрасывается в нулевое состояние автоматически при переходе микроконтроллера к выполнению соответствующей прерывающей программы. Если запрос прерывания представлен уровнем сигнала, состоянием разряда IЕ0 (IЕ1) управляет внешний сигнал INT0 (INT1).

Запросы прерывания от внутренних источников запросов: от таймера-счетчика Т/С0, таймера-счетчика Т/С1, передатчика и приемника последовательного порта – представлены единичным значением сигналов, поступающих из разрядов регистров TCON.5=TF0, TCON.7=TF1, SCON.1=TI и SCON.0=RI соответственно. Сигналы запросов прерывания от передатчика (TI) и приемника (RI) последовательного порта объединены по схеме логического ИЛИ на входе контроллера прерываний.

С использованием разрядов регистра IE разрешается или запрещается прием запросов прерывания в контроллер прерываний. Каждому запросу соответствует свой разряд регистра. Биты ET0, ET1 соответствуют запросам прерываний от таймеров, биты EX0, EX1 – запросам прерывания от внешних источников, бит ES – от последовательного порта. При IЕ.Х=0 (Х=0, 1,..., 4) прием соответствующего запроса запрещается, при IЕ.Х=1 – разрешается. С использованием разряда IE.7=ЕА запрещается прием любого запроса прерывания (при ЕА=0).

В контроллере прерываний реализованы два уровня приоритета – высший и низший. Любой запрос прерывания может быть отнесен к любому из уровней. Отнесение запроса прерывания к уровню приоритета выполняется с использованием разрядов регистра IР (соответствие битов совпадает с регистром IE, см. выше). Каждому запросу прерывания соответствует свой разряд регистра. При IР.Х=0 (X=0, 1,..., 4) запрос относится к низшему уровню, при IР.X=1 – к высшему уровню.

Для запросов прерывания, отнесенных к одному уровню, приоритет запросов задан аппаратно и не может быть изменен.

В таблице 1.4 перечислены сигналы запросов прерывания, для каждого сигнала указано устройство-источник запроса прерывания, указан приоритет запросов при отнесении их к одному уровню и приведен вектор прерывания (начальный адрес прерывающей программы) для каждого запроса прерывания.

В контроллере прерываний уровень приоритета принятого запроса сравнивается с уровнем приоритета запроса, по которому произошел запуск текущей программы. Если уровень приоритета принятого запроса оказался выше, происходит переход по вектору прерывания от выполнения текущей программы к выполнению прерывающей программы. Программа, запущенная по сигналу сброса с начальным адресом 0000Н, прерывается запросом прерывания с любым уровнем приоритета.

Таблица 1.4 – Описание прерываний микроконтроллера

Сигнал запроса прерывания	Устройство-источник	Приоритет	Вектор прерывания
INT0	Внешний	1 (высший)	0003H
TF0	Т/С0	2	000BH
INT1	Внешний	3	0013Н
TF1	Т/С1	4	001BH
TI+RI	SP	5 (низший)	0023Н

При одновременном поступлении нескольких запросов прерывания для обслуживания выбирается запрос высшего уровня, а в пределах уровня – запрос с высшим приоритетом в пределах уровня.

При переходе к выполнению прерывающей программы адрес очередной команды прерываемой программы из счетчика команд переписывается в стек, а начальный адрес прерывающей программы (вектор прерывания) заносится в счетчик команд.

Контрольные вопросы

Какие периферийные устройства входят в состав микроконтроллера?

Какие функции, кроме непосредственного ввода-вывода, выполняет порт P3?

Что является источником счетных импульсов для таймеров-счетчиков?

Опишите режимы работы таймеров счетчиков ТC0 и TC1, если в регистр TMOD загружено значение 2BH?

В каких режимах может работать последовательный порт?

Возможен ли в режиме асинхронного приемо-передатчика одновременный прием и выдача символа?

Какие числа необходимо загрузить в TH0 и TL0, чтобы в режиме 1 осуществлялся обмен со скоростью 19200 бит/с при частоте резонатора 18,432 МГц (SMOD=1)?

Какова максимально допустимая скорость передачи для данного микроконтроллера?

Каков алгоритм приема и передачи символов при условии, что контроллер прерывания не используется?

Что такое «прерывание»?

Какие устройства микроконтроллера могут являться источниками запросов прерываний?

Что необходимо для разрешения и запрещения прерываний?

Что означает понятие «приоритет»? Перечислите в порядке возрастания приоритетов источники, если в регистр IP загружено число 13H?

Каким образом временно запретить обработку всех прерываний?

Что означает понятие «вектор прерывания»?