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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Метеориты в известняке 21.10.2003 В нескольких каменоломнях обширного района на юге Швеции, где добывают известняк, обнаружены большие количества древних метеоритов. Этот известняк накапливался из морских отложений на протяжении примерно двух миллионов лет, а на суше оказался около 480 миллионов лет назад. Метеориты залегают в тех слоях, которые образовались 500 миллионов лет назад. Интенсивность выпадения метеоритов сейчас невелика: в среднем один случай в год на каждые 12,5 тысячи квадратных километров поверхности Земли. Полмиллиарда лет назад, судя по шведской находке, метеориты падали в сто раз чаще. Астрономы предполагают, что тогда в астероидном поясе произошли какие-то мощные столкновения, в результате на отдельные камни распался крупный астероид и часть его фрагментов выпала на Землю. Сейчас ученые намерены обследовать подобные отложения того же периода в Китае и Южной Америке.

Другие интересные новости:

▪ Умные зеркала заднего вида в автомобилях Nissan

▪ 3D-печать материалами разных цветов и свойств

▪ Аккумулятор из бумаги

▪ Самые нужные науки

▪ Потребляемый интернет-трафик растет с диагональю смарфона

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Охрана труда. Подборка статей

▪ статья О времени и о себе. Крылатое выражение

▪ статья Какое самое глубокое? Подробный ответ

▪ статья Другие типы облаков. Советы туристу

▪ статья Цветомузыкальная установка с фазоимпульсным управлением. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Платок в воздухе. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026