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:

Самолет меняет вкус привычных продуктов 27.09.2026

Одна и та же еда может восприниматься совершенно по-разному на земле и на борту пассажирского самолета. На первый взгляд причина может показаться очевидной: качество продуктов или особенности приготовления. Однако специалисты утверждают, что значительную роль играют непосредственно условия полета. Шум двигателей, давление в герметичном салоне и даже звуковой фон способны изменять работу механизмов, отвечающих за восприятие вкуса и аромата пищи. Одним из наиболее интересных факторов оказался постоянный шум. Профессор Оксфордского университета Чарльз Спенс исследовал влияние громких звуков на вкусовые ощущения и обнаружил, что в шумной обстановке человек может слабее воспринимать сладость. Поэтому напиток или десерт, которые на земле кажутся достаточно насыщенными, во время полета способны восприниматься более пресными. При этом эффект не одинаков для всех вкусов. Особенно любопытно ведет себя умами - вкус, характерный, например, для помидоров, грибов и пармезана. В условиях полета ...>>

Новая нержавеющая сталь заменит титан в производстве водорода 27.09.2026

Производство водорода с помощью электролиза требует материалов, способных длительное время работать в агрессивной химической среде и при высоких электрических напряжениях. Даже нержавеющая сталь, которая обычно отличается высокой устойчивостью к коррозии, в таких условиях постепенно разрушается. Поэтому в наиболее ответственных элементах электролизеров приходится использовать гораздо более дорогие материалы, прежде всего титан. Исследователи из Университета Гонконга предложили новый сплав, который потенциально способен значительно сократить зависимость от титана. Материал получил название SS-H2, а его главное преимущество заключается в необычном механизме защиты поверхности. Обычная нержавеющая сталь сохраняет устойчивость благодаря тонкой пассивирующей пленке на основе оксида хрома. Этот слой изолирует металл от агрессивной среды и препятствует дальнейшему развитию коррозии. Однако при достаточно высоком электрическом напряжении защитная пленка может разрушаться, после чего традици ...>>

Кораллы, устойчивые к потеплению, хуже справляются с болезнями 26.09.2026

Коралловые рифы существуют в условиях постоянного взаимодействия множества факторов окружающей среды, поэтому способность переживать один вид стресса еще не гарантирует общей устойчивости организма. Особенно важной эта проблема становится на фоне потепления океана, которое уже приводит к массовому обесцвечиванию кораллов. Исследователи Бостонского университета обнаружили, что симбиоз с теплостойкими водорослями рода Durusdinium действительно помогает кораллам переносить кратковременное повышение температуры, но одновременно может повышать их уязвимость к бактериальным инфекциям. Жизнь кораллов во многом зависит от микроскопических водорослей, которые обитают внутри их тканей. Благодаря фотосинтезу эти симбионты обеспечивают организм-хозяин значительной частью питательных веществ. Однако при чрезмерном нагревании воды нормальное взаимодействие нарушается: водоросли могут покидать ткани коралла, из-за чего он теряет окраску и белеет. Массовое обесцвечивание сегодня считается одной из ...>>

Случайная новость из Архива Супер-слух для человека 09.06.2021 Изобретение, сделанное в Университете Аалто, наделяет практически любого человека супер-слухом, позволяющим уловить акустические ультразвуковые волны частотой выше 20 000 Гц и зафиксировать направление к источнику звука. Человеческое ухо способно воспринимать звуковые волны в диапазоне от 20 до 20 000 Гц. Однако использование аппаратуры, созданной финскими учеными, расширяет возможности человека, наделяя его способностью "услышать" ультразвук. При тестировании возможностей аппаратуры использовались летучие мыши в естественной среде, ставшие источником ультразвуковых акустических волн. Применяя новую технику, исследователи смогли не только уловить ультразвук, но и определить направление полета летучих мышей. Изобретение имеет и конкретное практическое применение. Так, например, известно, что при возникновении утечек в газопроводах под давлением генерируются ультразвуковые волны, неуловимые для стандартного слуха. Применение новой методики позволит своевременно и оперативно определить утечку и выявить ее местоположение.

Другие интересные новости:

▪ Невидимый барьер на поверхности океана препятствует поглощению CO2

▪ Одежда с точкой доступа Wi-Fi, MP3-плеером и GPS-навигацией

▪ Искусственный интеллект услышит болезни людей

▪ Кошек нельзя перекармливать

▪ Расшифрована Y-хромосома

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Зарядные устройства, аккумуляторы, батарейки. Подборка статей

▪ статья Полюби нас черненькими, а беленькими нас всякий полюбит. Крылатое выражение

▪ статья Для чего в тайваньском небоскребе установлен 660-тонный стальной шар? Подробный ответ

▪ статья Работа на вкладочно-швейно-резальных автоматах. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Цемент для склеивания изделий из целлулоида. Простые рецепты и советы

▪ статья Источники двуполярного образцового напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026