Микроконтроллеры AVR (стр. 11 из 15)

После создания условия завершения передачи шина освобождается. Условие завершения передачи также представляет собой однозначное состояние на шине. Все блоки и устройства распознают его и подготавливаются к появлению нового условия начала передачи. В том случае, если ведущее устройство из-за промежуточной занятости шины отзывает свое требование занять шину, то оно может предпринять новую попытку создать условие начала передачи и тем самым получить шину для своих нужд.

Полная передача данных через шину I²С, в принципе, состоит из условия начала передачи, одного или нескольких байтов данных (за которыми, соответственно, следует бит квитирования), и условия завершения передачи.

Адресация ведомых устройств

Выбор ведомого устройства, с которым хотело бы обмениваться данными ведущее устройство, осуществляется посредством первого байта, который всегда определяется как адрес ведомого устройства – первый байт последовательности данных. Он однозначно сопоставлен определенному устройству, подключенному к шине, и имеет длину 7 бит (разряды от 1 до 7). Теоретически, таким образом можно адресовать до 128 ведомых устройств, однако по определению некоторые адреса ведомых устройств имеют особое значение. Адрес ведомого устройства состоит из двух частей: постоянной и переменной (рис. 7.14).

Рис. 7.14. Формат адреса шины I²C

Постоянная часть адреса описывает требования к определенным группам устройств и определяется изготовителем. Его длина определена в результате практического опыта и в большинстве случаев составляет 4 бита. Он будет тем короче, чем больше однотипных устройств в схеме. Постоянная часть адреса жестко "прошита" в интегральной схеме и не может быть изменена пользователем.

Переменная часть адреса ведомого устройства служит для выбора определенного устройства из группы однотипных кристаллов, среди которых все имеют постоянную часть адреса ведомого устройства. Благодаря этому, к шине могут быть подсоединены несколько однотипных интегральных схем. Переменная часть

в большинстве случаев определяется пользователем с помощью внешних схем (через дополнительные выводы).

С помощью разрядов 1-7 адреса ведомого устройства однозначно идентифицируется требуемый ведомый блок. Разряд 0 задает направление передачи данных. Он определяет, должны ли быть приняты или переданы данные. Если разряд направления передачи данных содержит лог. 1 (чтение), то ведущее устройство находится в режиме приемника, а ведомое – в режиме передатчика. Если разряд направления передачи данных содержит лог. 0 (запись), то ведущее устройство будет работать как передатчик, а ведомое – как приемник.

Адрес ведомого устройства также подтверждается этим устройством с помощью бита квитирования. Если ведущее устройство после адресации получает отрицательное квитирование, то оно может заключить, что ведомое устройство или вообще отсутствует, или в настоящий момент с ним невозможно установить связь (например, оно занято обработкой заданий, критическими с точки зрения времени).

Работа с интерфейсом I²С в микроконтроллерах PIC

Интерфейс I²C аппаратно реализован не во всех микроконтроллерах AVR, однако, благодаря высокому допустимому значению тактовой частоты, возможна его организация с помощью программного обеспечения.

В микроконтроллерах PIC обмену данными по интерфейсу 12С соответствует особый режим работы порта MSSP. Линии SCL соответствует вывод 3 порта С, а линии SDA – вывод 4 того же порта.

Для управления передачей в режиме I²С используются три регистра: уже рассмотренные выше SSPSTAT (рис. 7.8) и SSPCON1 (рис. 7.9), а также SSPCON2 (рис. 7.10).

Назначение разрядов регистра SSPSTAT, имеющих отношение к 12С:

-BF – флаг заполнения буфера данных;

-UA – устанавливается в лог. 1 в том случае, если необходимо модифицировать адрес устройства (содержимое регистра SSPADD);

-R/W – указывает на тип операции: 0 – запись, 1 – чтение;

-S – устанавливается в лог. 1 при обнаружении условия начала передачи;

-Р – устанавливается в лог. 1 при обнаружении условия завершения передачи;

-D/A – признак переданного байта: 0 – байт адреса, 1 – байт данных. Назначение разрядов регистра SSPCON1, имеющих отношение к I²С:

-SSPM0-SSPM3 – выбор режима работы порта MSSP (значения для интерфейса I С представлены в табл. 7.6);

-СКР – установка этого разряда в лог. 1 разрешает тактирование;

-SSPEN – флаг разрешения работы интерфейса;

-SSPOV – флаг переполнения приемного буфера;

-WCOL – флаг коллизий при записи (1 – запись новых данных в буферный регистр была произведена в момент передачи).

Таблица 7.6. Выбор режима работы порта MSSP для интерфейса l2C

SSPM3	SSPM2	SSPM1	SSPMO	Режим
0	1	1	0	Режим Slave, используется 7-разрядный адрес
0	1	1	1	Режим Slave, используется 10-разрядный адрес
1	0	0	0	Режим Master, частота = F0sc / (4 (SSPADD + 1))
1	0	1	1	Режим Master с программным управлением
1	1	1	0	Режим Slave, используется 7-разрядный адрес
1	1	1	1	Режим Slave, используется 10-разрядный адрес

7	6	5	4	3	2	1	0
GCEN	ACKSTAT	ACKDT	ACKEN	RCEN	PEN	RSEN	SEN

Рис. 7.15. Регистр SSPCON2 микроконтроллеров PIC

Назначение разрядов регистра SSPCON2:

-SEN – устанавливается в лог. 1 для создания условия начала передачи;

-RSEN – устанавливается в лог. 1 для создания повторных условий начала передачи;

-PEN – сбрасывается в лог. О для создания условия окончания передачи;

-RCEN – устанавливается в лог. 1 для разрешения режима приема;

-ACKEN – инициирует последовательность битов квитирования;

-ACKDT – устанавливается в лог. 1 для отправки подтверждения при приеме байта;

-ACKSTAT – устанавливается в лог. 1 при получении подтверждения приема от ведомого устройства.

Модуль шины CAN

Когда осуществляется обмен данными между несколькими устройствами по одной общей шине, существует вероятность возникновения самых разнообразных ошибок. Кроме того, возникают сложности с адресацией. В системе, состоящей из двух устройств, все очень просто: одно устройство передает данные, а другое опрашивает шину и принимает данные. В случае же с несколькими устройствами, требуется определить, какое именно из них передает данные и какому из устройств, подключенных к общей шине. Все это обусловливает необходимость в некотором протоколе обмена данными.

Протокол определяет метод адресации, проверку ошибок и общий формат данных для всех устройств, использующих шину. Один из таких протоколов – протокол CAN (Controller Area Network), поддерживаемый рядом микроконтроллеров семейства PIC18 и некоторыми последними разработками компании Atmel.

3. Аналого-цифровое преобразование

Число в цифровой форме определяется на основании отношения входного напряжения к полному номиналу напряжения аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Например, если на вход АЦП с номинальным напряжением 5 В подать напряжение 1 В„ то на цифровом выходе появится число, соответствующее 1/5=0,2 разрешающей способности преобразователя. Так, если используется АЦП с разрешением 8 бит, то максимальное возможное значение на его выходе 2 - 1 = 255. Таким образом, напряжению 1 В на аналоговом входе соответствует 0,2 - 255 = 51 на цифровом выходе.

Встроенные АЦП микроконтроллеров AVR и PIC имеют разрешение 10 бит и позволяют считывать напряжение на одном из восьми (в некоторых моделях – пяти) аналоговых входов (обычно – порт А).

В микроконтроллерах AVR для управления режимом АЦП используются два регистра: регистр управления ADCSR (рис. 8.1) и регистр мультиплексирования ADMUX (определяет, какие из восьми входов порта А являются аналоговыми).

7	6	5	4	3	2	1	0
ADEN	ADSC	ADFR	ADIF	ADIE	ADPS2	ADPS1	ADPS0

Рис. 8.1. Регистр ADCSR микроконтроллеров AVR

Назначение разрядов регистра ADCSR:

-ADPS0 – ADPS2 – выбор коэффициента деления тактовой частоты (табл. 8.1); чем выше частота работы АЦП (производная от частоты системной синхронизации), тем ниже эффективное разрешение, поэтому следует устанавливать коэффициент деления;

-ADIE – разряд маскирования прерывания от АЦП (1 – по окончанию преобразования разрешено прерывание);

-ADIF – флаг прерывания от АЦП (устанавливается аппаратно по окончанию цикла преобразования);

-ADFR – лог. 1 в этом разряде переводит АЦП в несинхронизированный режим работы – обычно АЦП работает в режиме прерывания, чтобы процессор каждый раз не ожидал завершения медленно протекающего преобразования, однако в несинхронизированном режиме АЦП выполняет преобразование постоянно, как можно быстрее (на период такого преобразования должны быть запрещены все прерывания);

-ADSC – флаг начала преобразования;

-ADEN – флаг разрешения использования АЦП.

Таблица 8.1. Выбор коэффициента деления частоты системной синхронизации для тактирования АЦП микроконтроллеров AVR

ADPS2	ADPS1	ADPS0	Коэффициент деления
0	0	0	1
0	0	1	2
0	1	0	4
0	1	1	8
1	0	0	16
1	0	1	32
1	1	0	64
1	1	1	128

Таким образом, в общем случае процесс аналого-цифрового преобразования в микроконтроллерах AVR протекает следующим образом:

-установить в лог. 1 разряды регистра ADMUX, соответствующие аналоговым входам;

-установить разряды 0-2 регистра ADCSR для выбора коэффициента деления частоты системной синхронизации;