Podstawy projektowania systemów mikroprocesorowych, cz. 3.pdf

K U R S

Podstawy projektowania systemów

mikroprocesorowych, część 3

W†trzeciej czÍúci artyku³u przedstawiamy podstawowe zagadnienia

zwi¹zane z†obs³ug¹ programowanych portÛw wejúÊ-wyjúÊ

w†mikrokontrolerach '51. Jak dowodz¹ otrzymywane przez nas pytania,

tematyka ta jest s³abo znana i†nie zawsze wystarczaj¹co dog³Íbnie

poruszana w†opisach naszych projektÛw. Zatem nadrabiamy!

Wykorzystanie portÛw we/wy

mikrokontrolera

Nawet najdoskonalszy mikroprocesor

bÍdzie jedynie mniej lub bardziej sku-

teczn¹ grza³k¹, jeúli nie pod³¹czymy do

niego øadnych urz¹dzeÒ zewnÍtrznych,

ktÛre umoøliwi¹ uøytkownikowi komu-

nikacjÍ z†uk³adem. W†mikrokontrolerach

rodziny 51 do realizacji takich po³¹-

czeÒ s³uø¹ porty, ktÛre s¹ wyprowadze-

niami pogrupowanymi najczÍúciej po

8†linii, mog¹cymi s³uøyÊ jako wejúcia

lub wyjúcia sygna³Ûw cyfrowych. Mik-

rokontrolery AT89C5x posiadaj¹ cztery

takie porty (o oznaczeniach od P0 do

P3), natomiast mniejsze mikrokontrole-

ry AT89Cx051 posiadaj¹ dwa porty (P1

i†P3). Kaøde wyprowadzenie dowolnego

portu moøe byÊ traktowane jako poje-

dyncza linia - wtedy do oznaczenia

portu dodajemy numer linii: na przy-

k³ad P1.4 oznacza pi¹t¹ liniÍ (numera-

cja od zera) portu 1. Poza funkcj¹

standardowych linii wejúcia/wyjúcia nie-

ktÛre porty lub niektÛre ich wyprowa-

dzenia mog¹ pe³niÊ alternatywne funk-

cje - zostan¹ one omÛwione wraz

z†wykorzystuj¹cymi je uk³adami peryfe-

ryjnymi. Naleøy pamiÍtaÊ, øe prawid³o-

wa praca portu lub pojedynczej linii

jako wejúcie jest moøliwa jedynie po

programowym ustawieniu danego portu

(linii) w†stan 1†(np. uøywaj¹c instrukcji

MOV P1,#0FFH lub SETB P1.2 - odpo-

wiednio dla ca³ego portu P1 pracuj¹ce-

go jako wejúcie lub tylko jego pojedyn-

czej linii). Wszystkie linie ustawiane s¹

na ì1î w†wyniku zerowania mikrokon-

trolera, jeúli jednak bÍdziemy wykorzys-

tywaÊ dan¹ liniÍ zarÛwno jako wejúcie

jak i†wyjúcie, to niezbÍdne jest prze-

strzeganie tej regu³y i†ustawienie odpo-

wiednich linii w†trakcie wykorzystywa-

nia ich jako wejúcie.

W³aúciwoúci i†sposÛb wy-

korzystania portÛw przed-

stawimy na przyk³adzie

ìduøychî mikrokontrolerÛw

Atmel, ktÛre zgodne s¹ pod

wzglÍdem ich parametrÛw ze

swoim protoplast¹ - oryginalnym mik-

rokontrolerem 80C51 firmy Intel.

Port P0 sprawia najczÍúciej duøo

k³opotu pocz¹tkuj¹cym projektantom (za-

zwyczaj przy realizacji pierwszego pro-

jektu wykorzystuj¹cego taki mikrokontro-

ler), gdyø zapominaj¹ oni o†bardzo waø-

nej rzeczy - linie portu P0 pracuj¹cego

jako wejúcie/wyjúcie nie s¹ wyposaøone

w†rezystory podci¹gaj¹ce - s¹ standardo-

wymi wyjúciami typu otwarty dren.

CzÍsto win¹ za niepowodzenie w†prÛbie

wysy³ania lub odbioru danych z†portu

P0 obarczany jest ìuszkodzonyî mikro-

kontroler, gdy w†rzeczywistoúci uk³ad

jest jak najbardziej sprawny, a†jedyn¹

winÍ ponosi tutaj projektant, ktÛry nie

zadba³ o†prawid³ow¹ realizacjÍ uk³adu

sprzÍtowego. Na rys. 9a pokazano spo-

sÛb do³¹czenia do portu P0 obci¹øenia

sterowanego za poúrednictwem tranzys-

tora PNP. Nie zachodzi tutaj koniecz-

noúÊ stosowania rezystora podci¹gaj¹ce-

go liniÍ portu, gdyø ustawienie linii

w†stan wysoki powoduje w†rzeczywistoú-

ci wejúcie w†stan wysokiej impedancji

(brak rezystora podci¹gaj¹cego) i†przerwÍ

w†obwodzie bazy tranzystora (jego wy³¹-

czenie). Rezystor R1 ogranicza pr¹d ba-

zy do wartoúci bezpiecznych zarÛwno

dla mikrokontrolera jak i†dla tranzysto-

ra, i†powinien byÊ dobrany w†zaleønoúci

od wzmocnienia uøytego tranzystora

i†spodziewanego pr¹du obci¹øenia - aby

uzyskany pr¹d bazy wprowadzi³ tranzys-

tor w†nasycenie. Rezystor R2 nie jest

tutaj bezwzglÍdnie konieczny - przyspie-

sza on wyjúcie tranzystora z†nasycenia

i†szybsze jego wy³¹czenie, co moøe byÊ

przydatne przy duøych czÍstotliwoúciach

prze³¹czeÒ. Jeøeli chcemy stosowaÊ ste-

rowanie z†uøyciem tranzystorÛw NPN,

musimy zrealizowaÊ uk³ad z† rys. 9b .

Tutaj rezystor podci¹gaj¹cy R1 jest nie-

zbÍdny do podania wysokiego potencja-

³u na bazÍ tranzystora. Rezystor R2 nie

jest konieczny, zabezpiecza on jednak

wyjúcie mikrokontrolera przed uszkodze-

Rys. 9. Sposoby dołączania obciążeń różnego typu do wyjść mikrokontrolera

Elektronika Praktyczna 5/2003

K U R S

Rys. 10. Różne możliwości sterowania wejść mikrokontrolera

pr¹dowych portÛw: zarÛwno linie portu

P1 jak i†P3 mog¹ w†stanie niskim prze-

wodziÊ pr¹d do 20 mA, z†tym, øe we-

d³ug zaleceÒ producenta, ca³kowity pr¹d

wp³ywaj¹cy jednoczeúnie do wszystkich

wykorzystywanych linii portÛw nie po-

winien przekroczyÊ 80 mA - powyøej

tej wartoúci firma Atmel nie gwarantuje

deklarowanej wydajnoúci pr¹dowej. Pro-

ducent przewidzia³ moøliwoúÊ sterowa-

nia przez port P1 katodami wyúwietla-

czy LED, jednak takøe port 3†moøe

z†powodzeniem sterowaÊ diody LED pod

warunkiem zapewnienia sumarycznego

pr¹du wszystkich wyprowadzeÒ P1 i†P3

(bÍd¹cych w†stanie niskim) na poziomie

nie przewyøszaj¹cym 80 mA. W†stanie

wysokim porty maj¹ wydajnoúÊ tak¹ jak

porty w†ìduøychî Atmelach. Dodatkowo

trzeba pamiÍtaÊ, øe dwie linie portu P1:

P1.0 i†P1.1 nie posiadaj¹ wewnÍtrznych

rezystorÛw podci¹gaj¹cych, gdyø zak³Û-

ca³yby one pracÍ wewnÍtrznego kompa-

ratora pod³¹czonego to tych linii. Jeøeli

chcemy linie P1.0 i†P1.1 wykorzystywaÊ

jako zwyk³e we/wy cyfrowe, to naleøy

stosowaÊ zasady do³¹czania zewnÍt-

rznych urz¹dzeÒ takie jak w†przypadku

portu P0. W†spisie wyprowadzeÒ uk³a-

dÛw AT89Cx051 nie znajdziemy linii

P3.6 - linia ta jest wewnÍtrznie po³¹-

czona z†wyjúciem komparatora i†moøe

byÊ tylko odczytywana (stan odzwier-

ciedla stan komparatora).

Przedstawiony wyøej problem stoso-

wania rezystorÛw podci¹gaj¹cych to tyl-

ko jeden z†wielu moøliwych b³ÍdÛw po-

pe³nianych przy pod³¹czaniu do mikro-

kontrolera uk³adÛw wspÛ³pracuj¹cych.

Na rys. 11 , 12 , 13 i† 14 przedstawiono

najczÍúciej pope³niane b³Ídy konstrukcyj-

ne, ktÛre uniemoøliwiaj¹ poprawn¹ pra-

cÍ uk³adu lub pogarszaj¹ jego pewnoúÊ

dzia³ania. Rysunki oznaczone literami a

przedstawiaj¹ b³Ídnie zaprojektowany

uk³ad, a†opisane jako b pokazuj¹ popra-

wne rozwi¹zanie lub sposÛb naprawy

b³Ídnie zaprojektowanego uk³adu.

Na rys. 11a przedstawiono uk³ad

sterowania tranzystorem PNP z†wyjúcia

mikrokontrolera wyposaøonego w†awaryj-

ny uk³ad zasilania. Po g³Íbszej analizie

³atwo zauwaøyÊ, øe uk³ad moøe dzia³aÊ

niestabilnie, objawiaj¹c siÍ nieca³kowi-

tym wy³¹czeniem tranzystora. NastÍpo-

wa³o to bÍdzie wskutek obecnoúci dio-

dy naleø¹cej do obwodu zasilania awa-

ryjnego. Wskutek spadku napiÍcia na tej

diodzie, napiÍcie wyjúciowe w†stanie

niem wskutek uszkodzenia tranzystora -

zwarcie w†tranzystorze w†obwodzie ko-

lektor-baza spowoduje pojawienie siÍ na-

piÍcia zasilaj¹cego obci¹øenie na wypro-

wadzeniu mikrokontrolera. NapiÍcie to

moøe byÊ wyøsze od napiÍcia zasilania

uk³adu mikrokontrolera, co moøe dopro-

wadziÊ do uszkodzenia napiÍciowego li-

nii lub - jeúli na danym wyprowadze-

niu bÍdzie stan niski - moøe dojúÊ do

przeci¹øenia pr¹dowego. Zastosowany re-

zystor ograniczy ten pr¹d oraz dzia³a³

bÍdzie jak dzielnik i†ograniczy napiÍcie

na wyprowadzeniu portu. Na rys. 9c

przedstawiono sposÛb sterowania wej-

úciami cyfrowych uk³adÛw scalonych.

Dla uk³adÛw CMOS rezystor podci¹gaj¹-

cy jest niezbÍdny, natomiast dla uk³a-

dÛw TTL nie jest on konieczny, lecz

na pewno nie zaszkodzi (zw³aszcza, ze

ktoú w†urz¹dzeniu moøe zastosowaÊ od-

powiednik uk³adu wykonany w†techno-

logii CMOS). Port P0 moøe wysterowaÊ

wed³ug danych producenta do oúmiu

wejúÊ uk³adÛw TTL, co pozwala obci¹-

øyÊ kaød¹ koÒcÛwkÍ w†stanie niskim

pr¹dem oko³o 13 mA i†z†powodzeniem

wystarcza do sterowania diod¹ LED (jak

np. na rys.†9d ).

Wykorzystuj¹c linie portu P0 jako

wejúcia musimy takøe rozwaøyÊ koniecz-

noúÊ zastosowania w†razie potrzeby re-

zystorÛw podci¹gaj¹cych. Rezystory takie

s¹ niezbÍdne jeøeli do mikrokontrolera

chcemy podpi¹Ê elementy stykowe lub

uk³ady cyfrowe (czy pojedyncze tranzys-

tory) pracuj¹ce z†wyjúciem typu otwarty

kolektor (dren). SytuacjÍ tak¹ przedsta-

wiono na rys. 10a ). Wartoúci rezysto-

rÛw R1 i†R2 powinny byÊ tak dobrane,

aby nie przeci¹øaÊ wyjúÊ do³¹czonych

uk³adÛw. Zastosowany rezystor R4 za-

pewnia stan niski na wejúciu P0.4 gdy

przycisk SW1 jest zwolniony, natomiast

rezystor R3 zabezpiecza mikrokontroler

przed przypadkowym zwarciem mog¹-

cym nast¹piÊ, gdyby linia P0.4 zosta³a

wyzerowana programowo. Jak widaÊ

wciúniÍcie przyciskÛw SW1 i†SW2 wy-

wo³uje rÛøne stany na wejúciach mikro-

kontrolera - w†zaleønoúci od potrzeby

moøemy wywo³ywaÊ stan wysoki (SW1)

lub niski (SW2). RezystorÛw podci¹gaj¹-

cych nie musimy stosowaÊ gdy uk³ad

wspÛ³pracuje z†elementami posiadaj¹cymi

wyjúcia komplementarne (uk³ady cyfro-

we, komparatory), co pokazano na ry-

sunku 9b). Warto wspomnieÊ, øe port

P0 pracuj¹cy jako wejúcie bez zastoso-

wania rezystorÛw podci¹gaj¹cych posia-

da bardzo duø¹ impedancjÍ wejúciow¹

(zbliøon¹ do impedancji tranzystora

MOS), co umoøliwia sterowanie ze ürÛ-

de³ o†bardzo ma³ej wydajnoúci.

Pozosta³e porty mikrokontrolera (P1

do P3) poza faktem posiadania wewnÍt-

rznych rezystorÛw podci¹gaj¹cych (w

rzeczywistoúci s¹ to tranzystory MOS

pracuj¹ce jako ürÛd³a pr¹dowe - moøna

je traktowaÊ jako rezystory podci¹gaj¹-

ce o†wartoúci 50...100 k

Ω

Rys. 11. Przykłady błędnie zaprojektowanych wzmacniaczy wyjściowych

Elektronika Praktyczna 5/2003

), posiadaj¹

takøe mniejsz¹ wydajnoúÊ pr¹dow¹, od-

powiadaj¹c¹ wysterowaniu czterech

wejúÊ uk³adÛw TTL (maksymalny pr¹d

w†stanie niskim to oko³o 6,5 mA).

Schematy do³¹czeÒ uk³adÛw peryferyj-

nych nie rÛøni¹ siÍ od tych podanych

dla portu P0 (rys. 9†i†10), za wyj¹tkiem

braku koniecznoúci stosowania rezysto-

rÛw podci¹gaj¹cych.

Analizuj¹c w³aúciwoúci portÛw P1

i†P3, w†ktÛre s¹ wyposaøone mikrokont-

rolery AT89Cx051 naleøy przedstawiÊ

kilka istotnych rÛønic wp³ywaj¹cych na

sposÛb ich wykorzystania do obs³ugi

urz¹dzeÒ zewnÍtrznych. Przede wszyst-

kim naleøy wspomnieÊ o†w³aúciwoúciach

K U R S

Rys. 12. Kolejne przykłady błędnie zaprojektowanych obwodów wyjściowych

mniej kilkukrotnie) niø rezystor R1. Ta-

kie rozwi¹zanie nie posiada wady jak

poprzednie, ale konieczny jest dodatko-

wy (choÊ tani) element. Problem moø-

na rozwi¹zaÊ jeszcze inaczej, stosuj¹c

uk³ad z† rys. 11d . Zastosowano tutaj

uk³ad z†tranzystorem MOSFET, ktÛry

jest elementem sterowanym napiÍciowo

i†wartoúÊ rezystancji R1 nie odgrywa

tutaj znacz¹cej roli (przy ma³ych czÍs-

totliwoúciach prze³¹czeÒ). Rezystor R1

pe³ni tutaj funkcjÍ zabezpieczaj¹c¹ po-

dobnie jak na rys. 9b. Wad¹ takiego

rozwi¹zania jest nieco wyøsza niø

w†przypadku tranzystorÛw unipolarnych

cena tranzystorÛw MOSFET oraz fakt

doúÊ wysokiego napiÍcia progowego

tranzystora, co praktycznie uniemoøli-

wia stosowanie tego rozwi¹zania

w†uk³adach z†zasilaniem mikrokontrole-

ra napiÍciem niøszym niø 5†V.

Przy budowie nowych uk³adÛw

szczegÛln¹ uwagÍ projektanta powinien

zwrÛciÊ fakt do³¹czania do mikrokont-

rolera urz¹dzeÒ zasilanych innym (za-

zwyczaj wyøszym) napiÍciem. Niestety

takøe tutaj moøna pope³niÊ podstawo-

wy b³¹d uwidoczniony na rys. 13a .

W†uk³adzie tym wyjúcie mikrokontrole-

ra steruje uk³adem cyfrowym zasilanym

napiÍciem 12 V. Uk³ad nie bÍdzie

dzia³a³ z†bardzo prostego powodu -

w†uk³adach cyfrowych CMOS prÛg

prze³¹czania znajduje siÍ mniej wiÍcej

w†po³owie wartoúci napiÍcia zasilania,

co dla przedstawionego uk³adu wynie-

sie 6†V, czyli wiÍcej niø napiÍcie zasi-

lania mikrokontrolera. Wskutek tego do-

wolny stan logiczny poprawny z†punk-

tu widzenia napiÍÊ zasilania na pozio-

mie 5†V†bÍdzie przez wejúcie bramki

rozpoznawany stale jako stan niski. Pu-

³apk¹ czyhaj¹c¹ na projektanta jest fakt,

øe taki sam uk³ad, w†ktÛrym zamiast

12 V†zastosujemy zasilanie np. 9†V†mo-

øe dzia³aÊ - nie bÍdzie to jednak dzia-

³anie pewne i†rozwi¹zanie to moøe

wysokim nie bÍdzie mia³o wartoúci na-

piÍcia zasilania, lecz bÍdzie obniøone

o†0,6...0,8 V, co moøe doprowadziÊ do

przewodzenia z³¹cza baza-emiter tranzys-

tora i†jego otwarcie. Przy ma³ych pr¹-

dach obci¹øenia wystarczy to zapewne

do nasycenia tranzystora i†sytuacji,

w†ktÛrej nie bÍdzie moøna wy³¹czyÊ

programowo sterowanego w†ten sposÛb

urz¹dzenia. Rozwi¹zanie problemu moøe

przynieúÊ zamiana diody krzemowej na

diodÍ Schottky ego (mniejszy spadek

napiÍcia), lepiej jednak zastosowaÊ do-

datkowy rezystor R2 o†wartoúci mniej-

szej od R1, polaryzuj¹cy bazÍ tranzysto-

ra. Uk³ad taki przedstawiono na rys.

11b . Rezystory R1 i†R2 bÍd¹ tworzy³y

dzielnik napiÍcia obniøaj¹c o†po³owÍ

(lub wiÍcej) napiÍcie na bazie tranzys-

tora i†nie dopuszcz¹ do jego przewodze-

nia wskutek rÛønicy napiÍÊ wywo³ywa-

nych spadkiem na diodzie.

Na rys. 12a przedstawiono uk³ad,

ktÛry wed³ug za³oøenia powinien dzia-

³aÊ nastÍpuj¹co: mikrokontroler steruje

tranzystorem w³¹czaj¹c i†wy³¹czaj¹c ja-

kieú urz¹dzenie. Jeúli urz¹dzenie jest

w³¹czone, to naciúniÍcie przycisku ma

je wy³¹czyÊ. Uk³ad jednak nie bÍdzie

dzia³a³ zgodnie z†za³oøeniami. Jeøeli

mikrokontroler wyzeruje liniÍ P3.1, to

jasne jest, øe urz¹dzenie zostanie wy³¹-

czone. Jeøeli natomiast na wyjúciu P3.1

pojawi siÍ stan ì1î, to tranzystor zacz-

nie przewodziÊ i†w³¹czy urz¹dzenie -

tak uk³ad dzia³a³by, gdyby program nie

wykrywa³ wciúniÍcia przycisku. W†uk³a-

dzie jak na rysunku mikrokontroler wy-

³¹czy urz¹dzenie natychmiast po w³¹-

czeniu. BÍdzie to spowodowane faktem,

øe wewnÍtrzny rezystor podci¹gaj¹cy

ma doúÊ duø¹ wartoúÊ (50...100 kΩ)

i†bÍdzie tworzy³ z†rezystorem w†obwo-

dzie bazy tranzystora dzielnik daj¹cy

, co wraz z†napiÍciem baza-emiter

tranzystora powinno daÊ na wyprowa-

dzeniu mikrokontrolera napiÍcie oko³o

3†V, ktÛre powinno byÊ zinterpretowa-

ne jako ì1î ( rys. 12b ). Wad¹ takiego

rozwi¹zania jest koniecznoúÊ zastosowa-

nia tranzystora o†duøym wzmocnieniu

(jeøeli chcemy uzyskaÊ znaczny pr¹d

obci¹øenia). Na rys. 12c przedstawiono

lepsze rozwi¹zanie - zastosowanie do-

datkowego rezystora podci¹gaj¹cego R2

o†wartoúci znacznie mniejszej (przynaj-

Rys. 13. Współpraca mikrokontrolera z układami zasilanymi napięciem o innej

wartości

Elektronika Praktyczna 5/2003

na wyprowadzeniu mikrokontrolera na-

piÍcie o†wartoúci ok. 2†V†(z uwzglÍdnie-

niem napiÍcia baza-emiter) lub mniej-

sze, co bÍdzie interpretowane jako stan

ì0î - czyli wciúniÍcie przycisku. Prob-

lem rozwi¹zaÊ moøna dobieraj¹c duø¹

wartoúÊ rezystora R1 - powyøej 100

Ω

K U R S

utrzymuje siÍ rÛwnieø

stan wysoki wskutek

wbudowanego (lub w†ra-

zie koniecznoúci do³¹czo-

nego) rezystora podci¹ga-

j¹cego. Stan niski na

wyjúciu uk³adu wspÛ³pra-

cuj¹cego powoduje pola-

ryzacjÍ diody w†kierunku

przewodzenia i†przep³yw

pr¹du - napiÍcie pojawia-

j¹ce siÍ na wyprowadze-

niu mikrokontrolera ma

wartoúÊ napiÍcia wyjúcio-

wego uk³adu wspÛ³pracu-

j¹cego powiÍkszonego

o†napiÍcie przewodzenia

diody (warto tutaj zasto-

sowaÊ diodÍ Schottky

ego ze wzglÍdu na niø-

szy spadek napiÍcia). Problem moøna

oczywiúcie rozwi¹zaÊ w†inny sposÛb, na

przyk³ad stosuj¹c omÛwiony wyøej

uk³ad z†tranzystorem - uk³ad z†diod¹

jest jednak najprostszy.

JB P1.2,etykieta

;wykonanie skoku warunkowego, gdy

;na linii P1.2 panuje stan wysoki

Te instrukcje nie stanowi¹ pe³nego

zbioru rozkazÛw odwo³aÒ do portÛw.

NajogÛlniej moøna powiedzieÊ, øe do

obs³ugi portÛw moøna uøyÊ wszystkich

rozkazÛw mog¹cych wykonywaÊ opera-

cje na adresowanej bezpoúrednio ko-

mÛrce pamiÍci lub pojedynczym bicie.

Specyficzne dzia³anie w†stosunku do

portÛw posiada pewna liczba rozkazÛw

okreúlanych jako instrukcje typu od-

czyt-modyfikacja-zapis. S¹ to:

Rys. 14. Sterowanie wejść mikrokontrolera z wyjść

układów zasilanych wyższym napięciem

ANL - iloczyn logiczny,

ORL - suma logiczna,

XRL - suma modulo 2,

JBC - skok warunkowy i†wyzerowanie

bitu,

CPL - negacja bitu,

INC - inkrementacja,

DEC - dekrementacja,

DJNZ - dekrementacja bajtu i†skok jeúli

nie zero,

MOV P_._,C - przes³anie zawartoúci

wskaünika C†na dowoln¹ liniÍ portu,

CLR P_._ - zerowanie linii portu,

SETB P_._ - ustawianie linii portu.

przysporzyÊ sporych k³opotÛw podczas

uruchamiania uk³adu (okresy poprawne-

go i†b³Ídnego dzia³ania zaleøne od tem-

peratury, poziomu zak³ÛceÒ itp.). Popra-

wiony uk³ad przedstawiono na rys.

13b ). Problem zosta³ rozwi¹zany przez

zastosowanie uk³adu inwertera z†tran-

zystorem NPN ³¹cz¹cym obydwa obwo-

dy. Uk³ad gwarantuje poprawn¹ pracÍ,

naleøy jedynie zwrÛciÊ uwagÍ, øe ne-

guje on podawany na bramkÍ sygna³,

co naleøy uwzglÍdniÊ przy pisaniu op-

rogramowania. Innym rozwi¹zaniem jest

zastosowanie wzmacniacza operacyjnego

(komparatora), na ktÛrego wejúcie nie-

odwracaj¹ce podajemy sygna³ z†mikro-

kontrolera, a†na wejúcie odwracaj¹ce

wartoúÊ napiÍcia progowego - w†tym

wypadku zgodnie ze standardem

CMOS-5V jest to napiÍcie 2,5 V†utwo-

rzone przez dzielnik R1 i†R2 ( rys. 13c ).

Naleøy pamiÍtaÊ, øe wzmacniacz

operacyjny musi byÊ zasilany z†tego

samego ürÛd³a (o takim samym napiÍ-

ciu) co sterowana nim bramka. Zalet¹

tego uk³adu jest fakt, øe nie odwraca

on fazy sygna³u, naleøy jednak pamiÍ-

taÊ o†ograniczonym zakresie czÍstotli-

woúciowym wzmacniacza operacyjnego

(uk³ady z†pojedynczymi tranzystorami

w†tej konkurencji wygrywaj¹ - s¹ duøo

szybsze).

Podobnych zasad naleøy przestrze-

gaÊ, gdy do wejúcia mikrokontrolera

do³¹czamy zasilany wyøszym napiÍciem

komparator lub inny uk³ad z†wyjúciem

komplementarnym (nie dotyczy uk³adÛw

z†wyjúciem typu otwarty kolektor/dren).

Na rys. 14a przedstawiono b³Ídny

uk³ad - po³¹czenie bezpoúrednie, w†wy-

niku ktÛrego w†najgorszym przypadku

moøe dojúÊ do uszkodzenia wejúcia

mikrokontrolera i/lub wyjúcia uk³adu

steruj¹cego. Na rys. 14b przedstawiono

najprostszy sposÛb rozwi¹zania proble-

mu - zastosowanie diody blokuj¹cej po-

jawienie siÍ wysokiego napiÍcia na

wejúciu mikrokontrolera. Kiedy uk³ad

wspÛ³pracuj¹cy z†mikrokontrolerem jest

w†stanie wysokim, to dioda zostaje

spolaryzowana zaporowo - nie przewo-

dzi pr¹du. Na wejúciu mikrokontrolera

Porty mikrokontrolera od

strony programowej

Odpowiednie po³¹czenie elektryczne

wyprowadzeÒ portÛw to nie wszystko -

konieczna jest jeszcze odpowiednia ob-

s³uga programowa. Przede wszystkim na-

leøy zwrÛciÊ uwagÍ na fakt, øe porty

mikrokontrolera s¹ obs³ugiwane w†spo-

sÛb synchroniczny - tzn. odczyt danych

z†portu czy zapis do niego odbywa siÍ

zgodnie z†czÍstotliwoúci¹ cykli maszyno-

wych mikrokontrolera (pod warunkiem

wykonywania rozkazÛw zapisu/odczytu

portu). Dlatego mikrokontroler nie jest

w†stanie wykryÊ impulsÛw wejúciowych

krÛtszych niø 1†cykl maszynowy (w

przypadku niektÛrych rozkazÛw s¹ to

2†cykle) oraz sam nie jest w†stanie ge-

nerowaÊ przebiegÛw o†stanach krÛtszych

niø 1†cykl (f zegara /12).

Dla programisty zapis czy odczyt

portu nie rÛøni siÍ od zapisu czy od-

czytu wewnÍtrznej pamiÍci danych.

Moøliwy jest takøe zapis lub odczyt

pojedynczych linii portÛw z†wykorzys-

taniem adresowania bitowego. NajczÍú-

ciej wykonywane instrukcje odwo³uj¹ce

siÍ do portÛw to:

MOV P1,#0F0H

;jednoczesny zapis ośmiu linii

;portu (np. 4 starsze ustawione na

;“1”, 4 młodsze wyzerowane.

Instrukcje te dzia³aj¹ w†nastÍpuj¹cy

sposÛb: najpierw odczytywany jest we-

wnÍtrzny stan rejestrÛw odpowiedzial-

nych za stany na wyprowadzeniach

portÛw, potem nastÍpuje modyfikacja

odczytanej zawartoúci, a†na koÒcu na-

stÍpuje zapis nowej wartoúci do por-

tu. Naleøy zwrÛciÊ uwagÍ, øe odczyt

rejestru portu nie ma nic wspÛlnego

ze stanami na liniach zewnÍtrznych -

jest to wartoúÊ jaka zosta³a wpisana

tam programowo, np. dla linii wyko-

rzystywanych jako wejúcia powyøsze

instrukcje bÍd¹ odczytywa³y stan ì1î

niezaleønie od panuj¹cego na linii na-

piÍcia. BÍdzie to spowodowane tym,

øe chc¹c korzystaÊ z†linii jako wejúcie

programista musia³ wczeúniej wpisaÊ

do odpowiedniego rejestru jedynkÍ i†to

w³aúnie ona bÍdzie odczytywana.

SzczegÛln¹ ostroønoúÊ naleøy zachowaÊ

w†przypadku nieprzemyúlanego zastoso-

wania instrukcji JBC P_._,etykieta. Tak-

øe tutaj skok i†wyzerowanie podanego

bitu (pojedynczej linii portu) nast¹pi

jeúli w†rejestrze portu bÍdzie na danej

pozycji stan ì1î, niezaleønie od fak-

tycznego stanu wystÍpuj¹cego na wy-

prowadzeniu mikrokontrolera (w odrÛø-

nieniu od instrukcji JB, JNB i†CJNE -

one odczytuj¹ stany linii zewnÍt-

rznych). Nieprzemyúlane wykonanie in-

strukcji typu odczyt-modyfikacja-zapis

czÍsto prowadzi do trudnych do zlo-

kalizowania b³ÍdÛw programowych. Mi-

mo tego nie naleøy siÍ baÊ i†rezygno-

waÊ z†tych instrukcji - s¹ one bardzo

przydatne, naleøy jednak stosowaÊ je

w†sposÛb úwiadomy i†zdawaÊ sobie

sprawÍ ze sposobu ich dzia³ania.

Pawe³ Hadam

MOV P1,A

;wysłanie do portu P1 zawartości

;akumulatora

MOV A,P1

;odczytanie zawartości linii portu

;P1 i wpisanie jej do akumulatora

SETB P1.1

;ustawienie “1” na linii P1.1

CLR P1.1

;wyzerowanie linii P1.1

Elektronika Praktyczna 5/2003

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: