Глава. 14. Назначение выводов.

Рис. 33.

Рассмотрим теперь подробнее назначение выводов микросхемы AT89C2051. На рисунке 33 приведена цоколевка микросхемы. Как видно из рисунка, на вывод 20 подается напряжение питания микросхемы (2,7…6В).  Вывод 10 – это общий провод. Выводы XTAL1 и XTAL2 предназначены для подключения кварцевого резонатора (см. рис. 32.). Остальные выводы микросхемы - это разряды портов ввода/вывода (P1 и P3). Каждый из этих выводов является одновременно и входом и выходом. При этом многие выводы выполняют сразу несколько функций (альтернативные функции выводов указаны в скобках). Разберемся в этом подробнее.

Рис. 34

Для того, что бы выводы портов могли быть одновременно и входами и выходами, они собраны по схеме, показанной на рис. 34. Из этой схемы видно, что к каждому выводу подключен логический вход соответствующего разряда порта ввода информации. В ту же точку подключен каскад с открытым коллектором и резистором нагрузки (Rн). Схемы разрядов  P1.0 и P1.1 порта P1 – исключение. Они отличаются от приведенной на рис. 34 тем, что в них отсутствует резистор Rн. При необходимости рекомендуется подключать внешние резисторы номиналом в 5-10 кОм к указанным выводам микросхемы. На вход каскад с открытым коллектором подключен выход соответствующего разряда порта вывода.

Как работает такая схема? Очевидно, что при помощи каскада с открытым коллектором порт вывода может управлять выходным сигналом линии. Если транзистор ключа открыт, он «посадит» выходное напряжение на общий провод и на выходе порта установится сигнал логического нуля. Если транзистор закрыт, то благодаря резистору нагрузки на выходе будет присутствовать сигнал логической единицы. Для того, что бы вход порта ввода мог работать на прием внешнего логического сигнала, программист должен позаботиться, что бы программа предварительно записала в соответствующий разряд порта вывода логическую единицу. При этом транзистор каскада с открытым коллектором закроется, и не будет мешать дальнейшей работе схемы. Теперь, внешнее устройство, подключенное к этому входу, может будет определять логический сигнал. Если оно выдаст сигнал лог. 0, то порт ввода считает логический ноль. Если внешнее устройство выдаст  лог. 1, то порт ввода считает логическую единицу.

Мощность выходных ключей микроконтроллера AT89C2051 допускает прямое подключение светодиодного дисплея к любому своему информационному выходу. Отсутствие резисторов Rн на выводах P1.0 и P1.1 обусловлено тем, что эти выводы выполняют еще одну функцию. Они служат входами аналогового компаратора.

Выводы P1.1 и P1.2 не единственные, имеющие двойное назначение. В таблице 1 перечислены остальные такие выводы и их альтернативная функция.

Таблица 1.

Рассмотрим это подробнее:

RXD и TXD – соответственно вход и выход последовательного канала. Как уже говорилось, последовательный канал – это канал передачи информации, где информация предается по одной линии (вернее одна линия на передачу, одна на прием). Каждый байт информации передается последовательно, бит за битом. Такой способ позволяет обойтись всего двумя проводами для приема и передачи информации (не считая общего провода). Это позволяет уменьшить количество проводников в кабеле при подключении внешних устройств. Последовательный канал был разработан для подключения к компьютеру модема. Модем (модулятор-демодулятор) предназначен для передачи цифровой информации через телефонную сеть. Он тоже действует по принципу последовательной передачи информации. Модем кодирует каждый бит разными частотами звукового сигнала. Нулевой бит одной частотой, единичный – другой. Затем он передает звуковые посылки в телефонную линию. Аналогичный модем на другом конце телефонной линии производит обратное преобразование. Для подключения модема последовательный канал подходит идеально. В настоящее время имеется целый ряд внешних устройств, подключаемых по последовательному каналу. Например мышь, некоторые виды принтеров и др. Встроенный последовательный канал микросхемы AT89С2051 имеет несколько режимов работы. Один из этих режимов совместим с последовательным портом персонального компьютера (RS-232). Это позволяет создавать на таком микроконтроллере различные микропроцессорные устройства, управляемые от компьютера по последовательному каналу. Как уже отмечалось, в позиционере спутниковой антенны последовательный канал не используется.

INT0 и INT1 – два входа внешних прерываний. При помощи этих входов сигналы от любых внешних устройств в микропроцессорной системе (клавиш, датчиков и т. п.) могут обрабатываться контроллером в режиме прерывания. В позиционере применение такого способа для обработки сигналов датчика возможно, но по некоторым соображениям не применяется.

T0 и T1 – входы управления внутренними счетчиками/таймерами. Вход T0 управляет таймером T0, а вход T1 – таймером T1 соответственно. В разных режимах работы таймеров входы управляют им по разному. В режиме отсчета времени таймер считает импульсы внутреннего генератора. Вход управления при этом служит для разрешения счета. Есть сигнал на входе управления – таймер считает, нет сигнала – счет приостановлен. В режиме счетчика внешних импульсов таймер ведет подсчет внешних импульсов, поступающих на этот самый вход управления.

Двойное использование выводов микросхемы – очень распространенный прием в микропроцессорной технике. Сделано это для экономии выводов. Как же можно использовать один вывод для двух целей. Есть два способа:

Первый – в одной схеме использовать вывод в основном режиме, в другой – в альтернативном. При этом, для того, что бы использовать вывод в качестве входа, программист должен следить, что бы на соответствующий разряд порта был подан сигнал логической единицы.

Второй способ – использовать в одной схеме оба назначения входа но в разные моменты времени. При этом нужно так разработать схему, что бы обеспечить при помощи внешних элементов автоматическое переключение соответствующего вывода от одной внешней цепи к другой. Управлять такими внешними переключателями можно программно, при помощи любого свободного разряда любого порта ввода/вывода. Такой принцип реализован в еще одной схеме разработки автора этих строк: «Контроллере управления газовыми котлами». Полную схему этого контроллера можно посмотреть, скачав ее из Интернет по адресу http://avbelov.chat.ru (раздел download). В этой схеме внутренний компаратор микросхемы ATC2051 используется как часть аналогово-цифрового преобразователя, предназначенного для измерения напряжения на датчике температуры. В то же время все 8 разрядов порта P1 используются для записи управляющих кодов во все три внешних регистра, входящие в схему контроллера. На Рис. 35 приведен фрагмент схемы.

Рис. 35.

Как видно из рисунка, для переключения выводов применяется микросхема К561КТ3, которая представляет собой четыре аналоговых ключа. Каждый такой ключ имеет аналоговый вход - Х и аналоговый выход – К. А так же вход управления – Е. Микросхема собрана по технологии TTL (то есть на основе полевых транзисторов с изолированным затвором). Если на входе управления подан сигнал логического нуля, то выводы Х и К не соединены между собой. При подаче на управляющий вход сигнала лог. 1, внутренний ключ соединяет между собой выводы Х и К ключа. Эти входы рассчитаны на соединение аналоговых цепей. При этом напряжение может подаваться как на вход Х, так и на вход К. Поданное на один из входов напряжение, тут же появится на втором из входов.

В схеме на рис. 35 ключи D4.1 и D4.2 используются для подключения выводов P1.0 и P1.1 к регистру D5. При таком подключении через ключи передаются два младших бита данных. Остальные биты передаются на регистр непосредственно, без ключей. Управляющий сигнал подается с линии P3.3 микроконтроллера D1. В нужный момент управляющая программа записывает в разряд P3.3 логическую единицу и затем засылает байт через порт P1. В другой момент времени программа производит чтение данных из компаратора. Для этого она записывает в P3.3 лог. 0. Для подключения входов P1.0 и P1.1 к аналоговым сигналам для сравнения их уровней используются два других ключа микросхемы D4 (на схеме не показаны). Управляет этими ключами выход P3.4. Процессор сначала записывает в P3.4 лог. 1, и затем считывает бит из P3.6. То есть состояние на выходе встроенного компаратора. Разряд P3.6 будет равен лог. 1, если напряжение на линии P1.0 окажется больше, чем на P1.1, и лог. 0, если наоборот.