Проектирование Микроконтролерных устройств

1) ADCON0 - регистр управления и статуса АЦП;

2)  ADCON1 - регистр управления и конфигурации АЦП;

3) ADRES1  - регистр хранения результатов АЦП;

4) ADRES2  - регистр хранения результатов АЦП;

5) INTCON   - регистр управления прерываниями;

6) PCLATH  - старший регистр программного счетчика.

Первые 4-е регистра относятся  к встроенному модулю АЦП и  обеспечивают возможность аналого-цифрового  преобразования входных сигналов.регистры специальных функций МК.

8. Регистр c адресом 07h (порт С) не существует и не является регистром общего назначения.

9. Регистр FSR (f4), в котором хранятся указатели при косвенной адресации стал шириной в 8-мь бит.

10. Величина аппаратного стека увеличена до 8-ми уровней (вместо 2-х в PIC 16С5Х), что позволило существенно увеличить глубину рекурсии программ.

11. Добавлен модуль 4-х канального 8-ми разрядного АЦП, имеющего схему выборки-хранения и среднее время преобразования 30 мкс (включая время выборки) с погрешностью не более одного младшего разряда.

 

 

Рис1. Структурная схема PIC 16С71

12. Адрес сброса при включении питания поменялся на 0000h.

13. Распознаются 5-ть различных типов сбросов (выходов из режима SLEEP).

При этом инициализация регистров  изменена. Они устанавливаются по разному, в зависимости от типа сброса.

14. Добавлена возможность выхода из режима SLEEP через прерывание.

15. Для более надежного запуска добавлены следующие аппаратные задержки: таймер запуска (OST), таймер включения питания (PWRT). Эти таймеры могут быть использованы избирательно, что позволяет избежать ненужных задержек как при включении, так и при выходе из режима SLEEP.

16. Все 5-ть выводов порта А совмещены со входами других функциональных модулей микроконтроллера, что позволило существенно уменьшить необходимое количество входов/выходов.

Так 4-е линии двунаправленного ввода/вывода порта А RA3:RA0 совмещены (запараллелены) с аналоговыми входами 4-х каналов АЦП AIN:3AIN0 соответственно. Причем, на вход RA3 может быть подано также еще и внешнее опорное напряжение Vref.

Пятая же линия RA4 совмещена со входом внешней синхронизации TOCKI таймера-счетчика TMRO.

17. Одна из 8-ми двунаправленных линий ввода/вывода порта В (RS0)совмещена со входом сигнала внешнего прерывания INT.

18. Порт В имеет дополнительные активные нагрузки, которые коммутируются (подключаются и отключаются) программно.

19. Изменение сигналов на входах порта В может вызвать прерывание.

20. Реализован встроенный автомат самопрограммирования. Пользователь может программировать PIC 16С71 используя пять выводов : Vdd, Vss, MCLR/Vpp (тактовая частота), RB6, RB7 (ввод /вывод данных).

Более подробно некоторые  из перечисленных выше архитектурных  особенностей рассмотрены ниже.

Обозначение выводов и их функциональное назначение

 

    PDIP, SOIC, CERDIP

            RA2/AIN2                                                    RA1/AIN1

     RA3/AIN3/Vref                                                     RA0/AIN0

           RA4/RTCC                                                    OSC1/CLKIN

          /MCLR/Vpp                                                     OSC2/CLKOUT

                         Vss                                                     Vdd

                 RB0/INT                                                   RB7

                               RB1                                                     RB6

                        RB2                                                     RB5

                        RB3                                                     RB4

 

     Рис.2. Расположение выводов PIC 16C71

Обозначение выводов PIC 16С71  и их функциональное назначение приведено на рис. 3.2. и в табл. 3.1.

                                  Таблица

Обозначение выводов PIC 16c71 и их функциональное назначение

Обозначение	Нормальный режим
RA4/RTCC	Вход через триггер Шмитта. Ножка порта ввода/вывода с открытым стоком или вход частоты для таймера/счетчика RTCC.
RA0/AIN0	Двунаправленная линия ввода/вывода.  Аналоговый вход канала 0. Как цифровой вход имеет уровни ТТЛ.
RA1/AIN1	Двунаправленная линия ввода/вывода.  Аналоговый вход канала 1. Как цифровой вход имеет уровни ТТЛ.
RA2/AIN2	Двунаправленная линия ввода/вывода.  Аналоговый вход канала 2.  Как цифровой вход имеет уровни ТТЛ.
RA2/AIN2	Двунаправленная линия ввода/вывода. Аналоговый вход канала 2. Как цифровой вход имеет уровни ТТЛ.
RA3/AIN3/Vref	Двунаправленная линия ввода/вывода. Аналоговый вход канала 3. Как цифровой вход имеет уровни ТТЛ.
RB0/INT	Двунаправленная линия порта вывода или внешний вход прерывания. Уровни ТТЛ.
RB1 - RB5	Двунаправленные линии ввода/ вывода. Уровни ТТЛ.
RB6	Двунаправленные линии ввода/вывода. Уровни ТТЛ.
RB7	Двунаправленные линии ввода/вывода. Уровни ТТЛ.
/MCLR/Vpp	Низкий уровень на этом входе  генерирует сигнал сброса для контроллера. Активный низкий. Вход через триггер Шмитта.
OSC1	Для подключения кварца, RC или вход внешней тактовой частоты.
OSC2 /CLKOUT	Генератор, выход тактовой частоты  в режиме RC генератора, в остальных случаях - для подкл.кварца
Vdd	Напряжение питания
Vss	Общий(земля)

 

 

Вопрс №2Ввод байта состояния одного датчика

    Пусть, например, необходимо ввести байт состояния датчика дискретных сигналов (Di), сравнить его с уставкой, хранящейся в виде константы Ki в памяти данных, и по результатам сравнения осуществить:

          Для решения данной вопроса необходимо:

1. Выбрать линии (разряды) портов А и В для ввода сигналов от датчика и вывода импульсных сигналов (например, RB0 ... RB7 - на ввод, а RA0 - на вывод);
2. Запретить все прерывания;
3. Осуществить опрос состояния датчика;
4. Проанализировать его (сравнить полученный байт с константой, используя, например, флаг переноса/заема «С» в регистре STATUS);
5. Организовать процедуру передачи управления на две подпрограммы в зависимости от результатов сравнения;
6. Сформировать сигнал заданной длительности при помощи временного интервала, равного времени задержки. Для этого можно использовать:

• программный счетчик, работающий, например, в декрементном режиме. При этом в счетчик заносится константа, счетчик декрементируется. Обнуление счетчика является сигналом окончания временного интервала; 

• внутренний таймер-счетчик (TMRO);
• внешний (дополнительный) таймер-счетчик в случае, если TMRO по какой-либо причине использовать невозможно;
• одну или несколько холостых команд NOP.

7. Организовать ввод следующего байта.

На основании предыдущих рассуждений можно предложить вариант  блок-схемы алгоритма рабочей  программы микроконтроллера приведена БСА подпрограммы сравнения двух восьмиразрядных кодов (СОМР), один из которых представляет собой байт состояния датчика (Di), а другой - константу (Ki), хранящуюся в одном из регистров памяти данных.

На основании блок-схем алгоритмов и распределения памяти данных можно предложить текст программы, который приведен ниже:

; Текст программы.                           

LIST p=16C84, r =HEX

Title ‘Z2’

; Секция заголовка

; Описание специальных  регистров

TRISA EQU  85H

TRISB EQU  86H

INTCON EQU  0BH

STATUS EQU  03H

; Описание регистров ввода/вывода  PIC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос  №3

Предварительная обработка  входных аналоговых сигналов: Почему возникает такая необходимость? Усиление амплитуды до необходимого уровня (Нормирование входных сигналов по уровню)

 

Подключение аналоговых входов осуществляется следующим образом. Пользователь должен установить регистр ACON1 так, чтобы линии аналоговых сигналов были сконфигурированы как аналоговые входы. Так как линии аналоговых сигналов запараллелены с цифровыми выходами, которые имеют диоды защиты, подключенные к Vdd и к Vss в обратном направлении, то входной аналоговый сигнал должен будет ограничиваться этими значениями, иногда с увеличением тока в ножку. Чтобы избежать повреждений входных цепей, рекомендуется иметь последовательный ограничивающий резистор не менее 500Ом.

Для источников сигнала, выходное сопротивление не должно быть больше 10 КОм. Тогда максимальная погрешность, вызванная током утечки, составляет +- 5 мВ или +- 0.25 LSB при Vdd=Vref= 5В (10 КОм * 5мкА). Другая причина ограничения максимального выходного сопротивления источника сигнала -это требование к запоминанию входного сигнала на специальном конденсаторе в схеме выборки-хранения. Для снижения шума иногда добавляют внешний RC фильтр. И в этом случае значение R должно быть таким, чтобы суммарная величина сопротивления не превосходила 10КОм. Любой внешний компонент, подключаемый к аналоговому входу (будь то конденсатор или стабилитрон ), должен иметь очень небольшой ток утечки.

Управляющий регистр  АЦП (ADCON1) (Адрес 88h. Значение при включении питания= 00H) имеет следующее содержание:

 

7	6	5	4	3	2	1	0
-	-	-	-	-	-	PCFG1	PCFG0

 

PCFG1

PCFG1

- Биты, которые определяют  конфигурацию ножек RA0 - RA3 (см. табл. 3.4)

 

Таблица  3.4

Конфигурация выводов  RA0-RA3

 

PCFG1,   PCFG0	RA0,RA1	RA2	RA3	Vref
00	аналоговые входы	аналоговый вход	аналоговый вход	Vdd
01	аналоговые входы	аналоговый вход	вход опорного   напряжения	RA3
10	налоговые входы	цифровой вход	цифровой вход	Vdd
11	цифровые входы	цифровой вход	цифровой вход	—

 

Функционирование  АЦП в режиме SLEEP осуществляется следующим образом.

При входе в режим Sleep следует сбросить бит ADON в регистре ADCON0, чтобы уменьшить потребление тока.

Если АЦП находился  в процессе преобразования ( с использованием RC генератора), то преобразование будет завершено прямо в режиме Sleep. Флаг прерывания ADIF будет взведен и кристалл будет выведен из режима SLEEP, если флаг разрешения прерывания ADIE ранее был установлен. При таком режиме измерения отсутствуют импульсные помехи и обеспечивается максимально возможная точность преобразования, что полезно на высоких тактовых частотах.

Если режим SLEEP инициализируется во время преобразования, которое  использует внутренний генератор, как  источник тактирования —преобразование будет прервано. В этом случае пользователь должен перезапустить АЦП после выхода из режима Sleep, начав с повторной выборки данных.