Внешние сигналы микроконтроллера. Порты ввода/вывода.

При работе с любыми микроконтроллерами очень важно знать, какие сигналы способен принимать микроконтроллер, сколько контактов может использоваться, как сконфигурировать выводы в состояние входа/выхода, как работать с портами микроконтроллера, какие сигналы способен создавать МК и от чего они зависят, чем определяется скорость выполнения программы. Все эти вопросы рассмотрены в данной главе. Первое, с чего необходимо начать – это вид сигналов, которые может принять и отправить микроконтроллер.

Внешние электрические сигналы - это напряжения и токи, поступающие к МК от подключенных к нему проводниками других компонентов электронного устройства.

Важнейший из них - это напряжение питания МК. МК AVR серии ATmega могут работать, т.е. исполнять заложенную в них программу, уже при подаче одного напряжения питания, а узнать о том, что МК работает можно по изменению тока, потребляемого МК по проводу питания. Напряжение питания для МК серии ATmega в зависимости от модели колеблется в пределах от 1, 8 до 5, 5в.

Любой электрический сигнал является аналоговым, т.е. имеет определенное значение в каждый момент времени и если напряжение сигнала составляло 2 вольта, а стало 4 вольта, то сигнал обязательно принимал все значения лежащие между 2-мя и 4-мя вольтами.

В цифровой технике приняты некоторые правила, по которым можно представить аналоговый сигнал, допустимый для подачи на ножку МК (он должен быть выше -0.3 вольт и ниже, чем напряжение питания МК, увеличенное на 0.3 вольта) как 1-битный цифровой сигнал или как одно из двух значений:

" 1" - высокий логический уровень (ВЛУ) - логическая единица или

" 0" - низкий логический уровень (НЛУ) - логический ноль.

Эти правила для ножек МК, которые могут быть входами в МК AVR описаны в разделе ДШ " Electrical Characteristics" и иллюстрированы графиками. В данном случае приведем графики для используемого в книге МК ATmega16.

Рисунок 1. Зависимость порогового (Threshold) напряжения переключения из " 0" в " 1" от напряжения питания МК.

 

Дадим некоторые пояснения к приведенному рисунку. График, изображенный на рисунке 1, означает следующее: если МК считал напряжение на ножке (левая вертикальная шкала графика) логическим нулем и это напряжение было ниже линии графика, то при достижении напряжением на ножке этой линии МК начинает считать, что теперь на ножке присутствует логическая единица - " 1". Это значит, что теперь в регистре PINX порта_Х, к которому принадлежит эта ножка, соответствующий ей бит стал равным " 1" - единице (X – общее обозначение, на месте этой буквы может быть любой из портов МК).

Это типовое значение, т.е. наиболее вероятное для используемого МК. По графику при напряжении питания МК 5 вольт этот порог составляет примерно 1.9 вольт в диапазоне температур от -40 до 85 градусов. На практике чаще используют понятие гарантированного значения напряжения, при превышении которого МК будет считать, что на ножке появилось напряжение соответствующее логической единице. Обычно оно составляет 60% от напряжения питания МК - для 5 вольт это будет 3 вольта.

Таким образом, для рассмотренного примера, чтобы быть уверенным, что МК AVR (питающийся от 5 вольт) воспримет входной сигнал (входное напряжение) как " 1" необходимо, чтобы это напряжение было не ниже чем 3 вольта.

Далее проведем аналогичный анализ для случая перехода сигнала из состояния «1» в состояние «0».

Рисунок 2. Зависимость порогового (Threshold) напряжения переключения из " 1" в " 0" от напряжения питания МК.

 

Данный график означает следующее. Если МК считал напряжение на ножке логической единицей, и оно было выше линии графика, то при снижении напряжения на ножке МК до линии графика - МК начинает считать, что теперь на ножке присутствует логический ноль - " 0". Это значит, что теперь в регистре PINX порта_Х, к которому принадлежит эта ножка, соответствующий ей бит стал " 0" – нулем. Это типовое значение. По графику при напряжении питания МК 5 вольт этот порог составляет примерно 1.3-1.4 вольта в диапазоне температур от -40 до 85 градусов. Гарантированное же значение напряжения, ниже которого МК будет считать, что на ножке появилось напряжение, соответствующее логическому нулю, принято считать равным 20% от напряжения питания МК - для 5 вольт оно составляет 1 вольт.

Таким образом, чтобы быть уверенным, что МК AVR (питающийся от 5 вольт) воспримет входной сигнал (входное напряжение) как " 0" необходимо обеспечить, чтобы напряжение входного сигнала было не выше 1 вольта.

В этой связи важно отметить что то, каким сигналом («0» или «1») будет считать входной сигнал с напряжением, лежащим между пороговыми значениями, описанными выше, зависит от того, чему был равен соответствующий этой ножке бит в регистре PIN_X (т.е. от того каким ЛУ считал МК напряжение на ножке) до появления данного сигнала. По приведенным выше двум правилам, этот бит не может измениться.

Таким образом, любое изменение напряжения на ножке МК, лежащее между двумя пороговыми напряжениями, не ведет к изменению того, каким логическим уровнем считает МК напряжение на этой ножке в данный момент.

Также следует отметить следующие внешние сигналы:

· Сигнал сброса RESET - при " 1" на этой ножке, МК останавливает выполнение программы. Содержимое регистров МК становится начальным, а все выводы становятся высокоомными входами (переходят в Z - состояние). После появления на этой ножке " 0" и наличии питания МК - выполнение программы начнется с начала, как после включения питания МК. Обычно эту ножку заземляют конденсатором 0, 1мкФ.

· Питание аналоговой части МК, АЦП (входы ADC_x ) - ножка AVCC. Ее обычно соединяют с выводом VCC питания МК, даже если не используется АЦП.

· Опорное напряжение для АЦП (входы ADC_x ) - ножка AREF. Напряжение на ней должно быть от 2 вольт до напряжения питания МК. Напряжение на входах АЦП равное или превышающее AREF будет оцифровываться в код 1023 (давать результат АЦП равный 1023). Обычно эту ножку заземляют конденсатором на 0.1 мкФ. Также может использоваться внутренний источник опорного напряжения на 2, 56 вольт.

· Ножки для подключения внешнего тактирующего устройства – например, кварцевого или керамического резонатора XTAL1 XTAL2.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: