Интерфейс PIC-контроллера с компьютером. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Микроконтроллеры

 Комментарии к статье

При разработке устройства на микроконтроллере (МК) нередко возникает проблема его связи с компьютером для обмена информацией. В большинстве случаев требуется двунаправленный режим при сравнительно невысокой скорости обмена. В лучшем случае МК может иметь последовательный интерфейс, но чаще всего его приходится выбирать из числа дешевых, не оснащенных таким интерфейсом. Например, очень популярный в последнее время МК PIC16F84A фирмы Microchip такого интерфейса не имеет. В статье рассматривается вариант программной реализации последовательного интерфейса как со стороны МК, так и со стороны компьютера.

Для связи с устройством на МК можно использовать параллельный (LPT) или последовательный (СОМ) порт компьютера. С первым работать проще - в нем можно использовать относительно большее число входных и выходных сигналов, уровни которых совместимы с ТТЛ. Недостатком этого порта является то, что если под DOS или Linux для его использования достаточно простых операций ввода/вывода, то для корректной работы под Windows необходимо строгое соблюдение протокола передачи данных, который при работе с МК не эффективен. Возможно и прямое управление отдельными линиями LPT порта, но для этого требуется установка специального драйвера. "Недостатком" LPT порта можно считать то, что в большинстве компьютеров он всего лишь один и, как правило, занят принтером.

Главные преимущества СОМ порта в том, что стандартный программный интерфейс Windows (API) позволяет непосредственно управлять некоторыми выходными линиями и контролировать входные, а также имеет функцию ожидания некоторого события, связанного с СОМ портом. Его достоинство и в том, что стандарт RS-232, по которому выполнены СОМ порты, допускает подключение и отключение кабелей во время работы устройств (hot plug). К тому же почти всегда в компьютере имеется свободный СОМ порт. Недостаток порта - отличный от ТТЛ уровень сигналов, в котором низкому логическому уровню соответствует напряжение -12, а высокому - +12 В.

Реализация стандартного интерфейса RS-232 потребовала бы от МК точного соблюдения временных интервалов между выдаваемыми сигналами. В реальной ситуации кварцевый резонатор микроконтроллера может не соответствовать частоте передачи данных, а сам МК обычно занят чем-то более важным, чем формирование точных временных интервалов. В результате оказывается проще программно реализовать последовательный синхронный вариант обмена, когда каждый бит данных подтверждается импульсом синхронизации.

Принципиальная схема предлагаемого интерфейса показана на рис. 1.

Для преобразования уровней RS-232 в ТТЛ используются резистивные делители R1R4 и R2R5. Диоды VD1 и VD2 необходимы для того, чтобы не пропускать отрицательное напряжение, соответствующее логическому нулю. Выходной ТТЛ сигнал МК в преобразовании не нуждается и может быть подан на входные линии СОМ порта непосредственно. Резистор R3 ограничивает выходной ток МК при возможном случайном коротком замыкании.

Как видно из схемы, для связи с компьютером требуются четыре провода. Компьютер инициирует обмен данными, выдавая синхронизирующие импульсы в линию DTR, выставляя при этом на линии RTS передаваемые данные и получая по линии CTS принимаемые. Изменять данные компьютер и МК могут только при низком логическом уровне сигнала синхронизации. Такой вариант реализации интерфейса позволяет реализовать дуплексный режим передачи данных.

Номера контактов XS1 на схеме указаны для розетки DB-25F при использовании стандартного модемного кабеля. Номера контактов для других разъемов и при использовании нуль-модемного кабеля приведены в табл. 1.

Частота следования синхронизирующих импульсов должна выбираться такой, чтобы МК гарантированно успевал обрабатывать данные от компьютера, реагируя на каждый синхронизирующий импульс. Информационные биты передаются последовательно. По окончании передачи битов одного байта следует передача битов следующего, при этом первым передается старший информационный бит. Для приведения интерфейса в исходное состояние (установка номера передаваемого байта в 0) компьютер должен при лог. 1 на линии синхронизации изменить состояние линии данных. МК выдает новый бит данных на линии CTS по спаду импульсов положительной полярности на входе синхронизации DTR, а считывает данные с линии RTS по фронту импульсов положительной полярности. Обмен можно в любой момент прервать, прекратив подачу импульсов синхронизации. Временная диаграмма обмена данными приведена на рис. 2.

При реализации интерфейса рекомендуется в некоторых байтах передавать контрольные значения для проверки правильности передаваемых данных.

Исходный код процедуры для МК PIC16F84A [1] на языке С, реализующий предлагаемый интерфейс, приведен в табл. 2. Вызов процедуры link() находится в основном цикле программы и при работе МК вызывается постоянно для того, чтобы контролировать состояние интерфейса. Все переменные, используемые процедурой, объявлены как глобальные. При каждом вызове она считывает состояния входных линий интерфейса (RB6 и RB7) и сравнивает с их состояниями при предыдущем вызове. При некоторых условиях (спад синхронизации, фронт синхронизации, сброс интерфейса) выполняются действия согласно логике работы интерфейса.

Исходный код процедуры для компьютера на языке Pascal (Delphi) приведен в табл. 3. Здесь процедура link однократно вызывается для проведения акта обмена информацией с МК. Перед ее вызовом необходимо заполнить передаваемый буфер obuf. По окончании работы процедуры принятые данные будут находиться в массиве ibuf. Процедура открывает указанный СОМ порт компьютера и с помощью функций Windows API [2] управляет состоянием выходных линий и опрашивает входные. После завершения обмена информацией порт закрывается.

В процедуре link временные задержки реализованы с помощью функции sleep(). Их значения рассчитывают или подбирают экспериментально по отсутствию потери бит при обмене данными между МК и компьютером. В примере указаны задержки для обмена с PIC-кон-троллером с кварцевым резонатором на частоту 4 МГц, который, кроме того, совершает и другую полезную работу. Если процедура обмена выполняется слишком долго, ее допускается выносить в отдельную нить выполнения операционной системы, чтобы она выполнялась параллельно основной программе [2].

Если при обмене информацией требуются отдельно чтение и запись, можно разнести по различным адресам массивы передаваемых и принимаемых данных, как показано на рис. 2.

В МК формирование передаваемых данных и использование принимаемых удобно построить в виде процедур upload() и download(), вызываемых перед передачей и при приеме очередного байта соответственно. Первая из них должна возвращать значение передаваемого байта по его номеру в передаваемом пакете информации, вторая получает значение принятого байта и его номер в пакете и должна использовать эти значения для изменения регистров МК, записи в EEPROM и пр. Реализация этих процедур для обработки информационного пакета размером 4 байта (табл. 4) показана в табл. 5.

Пример программы для МК приведен для компилятора С2С [3]. Процедура для компьютера может быть использована в программе, написанной на Borland Delphi 3 и выше.

Литература

1. <microchip.com/download/ lrt/pline/picmicro/families/16f8x/30430c.pdf >.
2. Microsoft Developer Network, Technical Articles. - <msdn.microsoft.com>.
3. <picant.com/c2c/c.html>.

Автор: С.Кулешов, г.Курган

Смотрите другие статьи раздела Микроконтроллеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Роботы трудятся внутри людей 04.06.2023 Ученые из США разработали миниатюрных роботов, способных доставлять медикаменты прямо в пораженный орган. За основу были взяты биологические "плавники" - бактерии и сперматозоиды с нелинейным характером движения. Микророботы, изготовленные из биосовместимых полимеров, имеют сферическую полость внутри. Устройства вибрируют и перемещаются. Работы также имеют асимметричные плавники, заставляющие их вращаться по орбите. Механизм уже протестировали на мочевом пузыре лабораторной мыши. Группа из микророботов смогла прикрепиться к стенке мочевого пузыря и передать органу более 90% лекарств за 2 дня. Считается, что это позволит более эффективно лечить различные болезни и снижать побочные эффекты.

Другие интересные новости:

▪ Стеклянные подкладки для чипов

▪ Ключевой фактор раннего полового созревания у детей

▪ Новые DC/DC-преобразователи FAN2011 и FAN2012

▪ Синестезии можно научить

▪ Одноразовые стаканы из тыквы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Охрана и безопасность. Подборка статей

▪ статья К добру и злу постыдно равнодушны. Крылатое выражение

▪ статья Кто ввел високосный год? Подробный ответ

▪ статья Амми большая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Одной антенны мало... Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Автоматическое зарядное устройство для Ni-Cd аккумуляторных батарей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025