Принцип действия канала выходного сравнения таймера микроконтроллера.

Многоразрядный цифровой компаратор непрерывно сравнивает изменяющийся во времени код счетчика таймера с кодом, который записан в 16-разрядном регистре ТОС канала сравнения. В момент равенства кодов на одном из выводов МК устанавливается заданный уровень логического сигнала. Рассмотренное действие называют событием выходного сравнения. Предусмотрены три типа изменения сигнала на выходе РТх2 в момент события выходного сравнения:

1) Инвертирование сигнала на выходе.

2) Установка низкого логического уровня.

3) Установка высокого логического уровня.

При наступлении события захвата устанавливается в 1 триггер TOR Аналогично предыдущему случаю, состояние триггера может быть считано программно, а если прерывания по событию выходного сравнения разрешены, то генерируется запрос на прерывание.

 

 

34) Особенности модификаций модуля усовершенствованного таймера в микроконтроллерах. В рассмотренных примерах каждому событию модуля таймера (изменению уровня логического сигнала на входе или выходе МК) ставится в соответствие код счетчика, т.е. счетчик используется для создания непрерывно изменяющихся меток текущего времени. В отличие от "классического" таймера, где счетчик используется непосредственно для формирования кода измеряемого временного интервала, в усовершенствованном таймере счетчик лишь создает образ времени, подобно часам. А все действия по формированию или измерению временных интервалов производят аппаратные средства сравнения/захвата. Поэтому счетчик в составе модуля усовершенствованного таймера называют "счетчиком временной базы" или просто "временной базой". Эта же терминология сохранится и далее в модулях процессоров событий.

 

35) Ограничения модулей усовершенствованного таймера микроконтроллера. Если говорить о модификациях модуля усовершенствованного таймера в МК различных фирм, то необходимо отметить следующие особенности:

-- Число каналов входного захвата и выходного сравнения (1C и ОС), которые реализованы в модуле усовершенствованного таймера МК, может быть различно. Так, в МК семейства НС05 фирмы Motorola типовыми решениями являются модули 2IC + 20С или 1IC + ЮС, и модуль таймера в составе МК всегда только один. А МК PIC16 фирмы Microchip содержат до трех модулей таймеров, но обязательно со структурой 11C или ЮС (см. ниже).

-- В ряде модулей каналы могут быть произвольно настроены на функцию входного захвата (1C) или выходного сравнения (ОС) посредством инициализации.

-- Счетчик модуля усовершенствованного таймера может не иметь функции программного останова, т.е. он будет считать всегда. Поскольку в этом случае состояние счетчика нельзя синхронизировать с каким-либо моментом работы МП-системы, то такой счетчик характеризуют как свободно считающий (free counter).

-- Часто счетчик таймера не имеет опции тактирования внешним сигналом, т.е. не может работать в режиме счетчика событий.

Аппаратные средства усовершенствованного таймера позволяют решить многие задачи управления в реальном времени. Однако процесс совершенствования алгоритмов управления предъявляет все новые требования к структуре МК. И, как следствие, все более отчетливо проявляются ограничения модулей усовершенствованного таймера:

-- Недостаточное число каналов сравнения и захвата, принадлежащих одному счетчику временной базы. В результате невозможно сформировать синхронизированные между собой многоканальные импульсные последовательности.

-- Однозначно определенная конфигурация каналов (или захват, или сравнение) часто не удовлетворяет пользователя.

-- С использованием средств выходного сравнения возможно формирование сигнала по способу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), однако несущая частота ШИМ-сигнала тем меньше, чем больше вычислений требуется выполнять при реализации алгоритма управления и чем большее число ШИМ-каналов требуется реализовать.

36) Модули процессоров событий микроконтроллера. Следующий этап в развитии модулей подсистемы реального времени — модули процессоров событий.

Модуль процессора событий содержит в себе 16-разрядный счетчик временной базы и некоторое количество универсальных каналов захвата/сравнения. Счетчик может тактироваться импульсной последовательностью с выхода программируемого делителя частоты стробирования межмодульных магистралей fBus или внешним генератором. Счетчик имеет опции пуска/останова и сброса в 0. В некоторых моделях процессора событий счетчик временной базы доступен для чтения "на лету". Режим чтения "на лету" предусматривает автоматическое копирование содержимого старшего и младшего байтов счетчика в специальные буферные регистры в момент выполнения операции чтения указанного в спецификации байта счетчика (старшего или младшего). Тогда при чтении второго байта счетчика возвращается код из соответствующего буферного регистра. Тем самым исключается ошибка считывания по причине изменения состояния счетчика временной базы в процессе чтения. Наиболее совершенные модели процессора событий 8-разрядных МК допускают изменение коэффициента счета счетчика временной базы или, что то же самое, изменение периода его работы. Для этого в составе модуля имеется двухбайтовый программно доступный регистр периода и многоразрядный цифровой компаратор (не путать с каналом захвата). При совпадении текущего кода счетчика временной базы с кодом периода триггеры счетчика временной базы автоматически сбрасываются в 0.

37) Три режима работы универсальных каналов захвата/сравнения микроконтроллера. Универсальные каналы захвата/сравнения полностью идентичны друг другу и в зависимости от программных настроек могут работать в одном из трех режимов:

1) Режим входного захвата.

2) Режим выходного сравнения.

3) Режим широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Первые два режима по принципу действия ничем не отличаются от аналогичных режимов модуля усовершенствованного таймера. Программно-логическая модель каждого канала включает двухбайтовый регистр данных канала и триггер события. В зависимости от выбранного режима регистр данных канала используется аппаратными средствами для записи кода временной базы в момент наступления входного захвата или для хранения кода выходного сравнения. Триггер устанавливается при наступлении любого из этих событий. При работе канала в режиме выходного сравнения могут возникать нарушения алгоритма работы, приводящие к неправильному формированию сигнала на выходе PTxi-модуля. Причиной таких сбоев является изменение под управлением программы величины кода сравнения в процессе работы канала.

В режиме широтно-импульсной модуляции на выводе ^ PTxi MK формируется последовательность импульсов с периодом, равным периоду работы счетчика временной базы. Длительность импульса (в некоторых моделях — длительность паузы) прямо пропорциональна коду в регистре данных канала. Режим ШИМ чрезвычайно удобен с точки зрения программного обслуживания. Если изменения коэффициента заполнения у не требуется, то достаточно один раз занести коду в регистр данных и проинициализировать режим ШИМ, и импульсная последовательность будет воспроизводиться с требуемыми параметрами без дальнейшего вмешательства со стороны программы.

 

38) Совершенствование подсистемы реального времени микроконтроллера. Следующий этап в развитии модулей подсистемы реального времени — модули процессоров событий. Впервые модули процессоров событий были предложены фирмой Intel в составе МК 8xC51FA/FB/FC/GB, позже аналогичный модуль появился в МК с ядром MCS-51 фирмы Philips. Модуль, который входит в состав перечисленных МК, носит название программируемого счетного массива РСА (Programmable Counter Array). В МК других фирм аналогичные по функциональному назначению модули обозначают САРСОМ (Infineon), TIM08 (семейство НС08 Motorola).

39) Модуль многоканального аналого-цифрового преобразователя. Отличительная особенность многих современных 8-разрядных МК — интегрированный на кристалл МК модуль многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Модуль АЦП предназначен для ввода в МК аналоговых сигналов с датчиков физических величин и преобразования этих сигналов в двоичный код с целью последующей программной обработки. Многоканальный аналоговый коммутатор служит для подключения одного из источников аналоговых сигналов (РТхО...РТх7) ко входу АЦП. Выбор источника сигнала для измерения осуществляется посредством записи номера канала коммутатора в соответствующие разряды регистра управления АЦП. Заметим, что в модулях АЦП 8-разрядных МК предусмотрена только программная установка номера канала, режим автоматического последовательного сканирования каналов с записью результата измерения каждого канала в индивидуальную ячейку памяти не реализуется.

Диапазон измеряемых значений напряжения аналоговых входов определяется опорным напряжением U0n- Разрешающая способность АЦП составляет U0n/2n, где п — число двоичных разрядов в слове результата. Максимальное значение опорного напряжения, как правило, равно напряжению питания МК. Два вывода модуля АЦП используются для задания опорного напряжения: VREFH — верхний предел U0n. VREFL — нижний предел. Разность потенциалов на входах VREFH и VREFL и составляет U0n- Если измеряемое напряжение UMSM ^ VREFH, то результат преобразования будет равен $FF, код $00 соответствует напряжениям 11ИЗм ** VREF|_. Для достижения максимальной точности измерения следует выбрать максимально допустимое значение U0n- В этом случае напряжение смещения нуля входного буфера и нелинейность передаточной характеристики АЦП будут вносить относительно малые погрешности.

40) Три группы задач модуля контроллера последовательного ввода/вывода. Задачи, которые решаются средствами модуля контроллера последовательного ввода/вывода, могут быть условно разделены на три группы:

1. Связь встраиваемой МП-системы с системой управления верхнего уровня: промышленным компьютером, программируемым контроллером, офисным компьютером. Наиболее часто для этих целей используются интерфейсы RS-232C и RS-485.

2. Связь с внешними по отношению к МК периферийными ИС встраиваемой МП-системы, а также с датчиками физических величин с последовательным выходом. Для этих целей используются интерфейсы SPI, I2C, а также нестандартные протоколы обмена.

3. Интерфейс связи с локальной сетью в мультимикропроцессор-ных системах. В системах с числом МК до пяти обычно используют сети на основе интерфейсов I2C, RS-232C, RS-485 с собственными сетевыми протоколами верхнего уровня. В более сложных системах все более популярным становится протокол CAN.