Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С
Шрифт:
Пример 2. Определим, чему равен коэффициент разветвления элементов серии HC? То есть, сколько элементов серии HC можно подключить к выходу такого же элемента? Напомним входные и выходные параметры серии HC:
VIH = 3,5 В, VIL = 1,0 В, IOH = –0,8 мА, IOL = 1,6 мА
VOH = 4,2 В, VOL = 0,4 В, IIH = 10 мкА, IIL = –10 мкА
Решение. Ход рассуждений при решении этой задачи аналогичен предыдущей.
• Сравним напряжения при высоком уровне выходного сигнала. Минимальная величина выходного напряжения логической 1 серии HC составляет VOH=4,2 В. Минимальный уровень входного напряжения логической 1 этих же элементов — VIH=3,5 В.
• Максимальное значение выходного напряжения логического 0 для элементов серии HC составляет VOL=0,4 В. В то время как входное напряжение логического 0 сигналы для этих же элементов не должно быть ниже VOL=1,0 В. Поскольку VOL<VIL, ошибки распознавания низкого логического уровня быть не может. Следовательно, элементы серии HC совместимы сами с собой и по низкому логическому уровню также.
• Коэффициент разветвления в состоянии логической 1 равен:
K1 = IOH/IIH = 0,8 мА/10 мкА = 80
• Коэффициент разветвления в состоянии логического 0 равен:
K0 = IOL/IIL = 1,6 мА/10 мкА = 160
• Делаем вывод, что коэффициент разветвления серии элементов HC равен 80.
Итак, мы научились оценивать входные и выходные электрические характеристики логических элементов. На основе этих характеристик делать выводы о возможности подключения элементов различных серий друг к другу при составлении схемы какого-либо управляющего устройства. Далее мы рассмотрим различные интерфейсные компоненты, которые достаточно часто работают совместно с МК в микропроцессорных системах управления.
5.2. Устройства дискретного ввода: кнопки, переключатели, клавиатуры
Любая встраиваемая микропроцессорная система принимает данные из «внешнего мира», преобразует эти данные в управляющие воздействия, а затем «выдает» эти воздействия во внешний мир. Ни одна микропроцессорная система управления не обходится без механических переключателей, которые активируются пользователем, а также без различного рода устройств индикации, которые информируют пользователя о режимах работы самой системы и о состоянии объекта управления. В данном параграфе мы рассмотрим, как подключить к МК различные типы переключателей и простейшие светодиодные индикаторы. Несколько позже, в параграфе 5.6, мы подробно остановимся на вопросах сопряжения МК с жидкокристаллическим дисплеем (далее ЖК индикатор или ЖК дисплей).
5.2.1. Кнопки и переключатели
На рис. 5.4,а приведена схема подключения одиночного механического переключателя к МК. Механическая часть переключателя может быть выполнена таким образом, что его замкнутое состояние удерживается только тогда, когда человек нажимает на клавишу. Такой переключатель называют кнопкой. Другие переключатели обладают свойством удерживать замкнутое и разомкнутое состояние контактов при отсутствии внешнего воздействия. Последнее потребуется лишь для того, чтобы изменить состояние переключателя с разомкнутого на замкнутое и наоборот. Такие переключатели называются переключателями с фиксацией положения или тумблерами.
a) Подключение кнопки к МК НС12
б) Подключение группы из 8 DIP-переключателей
Рис. 5.4. Примеры схем подключения механических переключателей к МК
Возвратимся к нашей схеме (рис. 5.4,а). Когда клавиша отжата, переключатель находится в разомкнутом состоянии, и на входе МК формируется высокий логический уровень сигнала. Когда клавиша нажата, переключатель замыкает контакты, вывод МК подсоединяется к потенциалу общего провода системы GND, и на входе МК формируется логический 0. Резистор R = 10 кОм ограничивает силу тока в цепи переключателя.
Если бы переключатель был идеальным, то переход потенциала вывода МК из состояния 1 в состояние 0 при нажатии клавиши происходил бы мгновенно. На самом деле это не так. Переход механического переключателя из одного состояния в другое сопровождается механическим дребезгом контактов. Эффект механического дребезга состоит в том, что при смене состояния, например, с разомкнутого на замкнутое, контакты, прежде чем перейти из установившегося разомкнутого состояния в установившееся замкнутое, многократно замыкаются и размыкаются. Тогда, установив щуп осциллографа на вход МК, мы увидим сначала высокий уровень сигнала, затем многократное нерегулярное во времени переключение с 1 на 0, и, наконец, установится низкий уровень сигнала. Частота работы МК (от единиц до сотен МГц) чрезвычайно высока по сравнению с временами переключения механических контакторов (десятки–сотни мс). Поэтому механический дребезг контакта может быть воспринят управляющей программой как его многократное переключение. Существуют аппаратные и программные методы защиты от эффекта дребезга контактов. Один из программных методов заключается в том, что после обнаружения первого изменения логического уровня сигнала программа формирует задержку на 100-200 мс. В течение этого времени дребезг контактов прекращается, и переключатель переходит в новое устойчивое состояние. Мы рассмотрим аппаратные и программные методы противодребезгвой защиты в параграфе 5.5.
5.2.2. DIP переключатели
На рис. 5.4,б показана схема, в которой мы распространили идею подключения одного механического переключателя к МК сразу на восемь переключателей. Эти микропереключатели смонтированы на заводе-производителе в корпусе, который по размерам и расположению выводов совпадает с корпусом типа DIP (Dual In-line Package) для интегральных
схем. Поэтому их называют DIP-переключатели.Каждый переключатель из блока подсоединен к отдельному выводу порта МК. Так же, как и в предыдущем случае, ток цепи каждого переключателя ограничивается резистором. Для блока из восьми переключателей потребуется восемь резисторов. Для уменьшения габаритов печатной платы изделия целесообразно использовать сборку резисторов в одном корпусе. Однако возможно использование и одиночных резисторов.
В параграфе 5.8 мы рассмотрим пример использования подобной сборки DIP-переключателей для выбора режима работы микропроцессорной системы.
5.2.3. Клавиатуры
Во многих приложениях микропроцессорные системы требуют ввода цифровой и буквенной информации. Для таких случаев могут быть использованы блоки из нескольких кнопок, которые объединены конструктивно и соединены электрически по стандартной матричной схеме. Такие блоки называют клавиатурами. На рис. 5.5 показана клавиатура из 16 клавиш, которая позволяет вводить данные в микропроцессорную систему в шестнадцатеричном коде. Изучим представленную на рис. 5.5 схему соединения МК с клавиатурой подробно.
| Код на выходах PORTx[3:0] | Код на входах PORTx[7:4] | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Нажатая клавиша | 3 | 2 | 1 | 0 | 7 | 6 | 5 | 4 | Код порта PORTx[7:0] |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0xEE |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0xDE |
| 2 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0xBE |
| 3 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0x7E |
| 4 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0xED |
| 5 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0xDD |
| 6 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0xBD |
| 7 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0x7D |
| 8 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0xEB |
| 9 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0xDB |
| A | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0xBB |
| B | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0x7B |
| C | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0xE7 |
| D | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0xD7 |
| E | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0xB7E |
| F | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0x77 |
| Не нажата | X | X | X | X | 1 | 1 | 1 | 1 | 0xXF |