Аппаратные и программные средства встраиваемых систем

 
69 
Pulldown
Pullup
Q
Q
SET
CLR
D
Q
Q
SET
CLR
D
Q
Q
SET
CLR
D
#RD
#WR
Вывод
порта
Vcc
Триггер Шмитта
или СЗД
Регистр
данных
Регистры управления
"подтягивающими
резисторами"
Шина
данных
Системная шина
процессора
 
Рисунок 19. Однонаправленный порт ввода 
Внешние  данные  считываются  через  вывод  порта  (ножку  микросхемы), 
проходят через триггер Шмитта (ТШ) или схему защиты от дребезга (СЗД) и по 
внутреннему  сигналу  чтения  фиксируются  в  регистре  данных,  с  выхода 
которого, в свою очередь, данные считываются процессором.   
ТШ  (используется  в  большинстве  процессоров  для  встроенного 
применения)  имеет  гистерезис  по  уровню  входного  напряжения  и 
предотвращает многократное переключение входных схем при пологом фронте 
сигнала или помехах. 
СЗД  (например,  в  семействе Zilog Z8) вводит  инерционность 
переключения  и  отсекает  реакцию  на  короткие  по  длительности  импульсы. 
Используется для защиты от помех. 
К  входу  также  могут  подключаться  так  называемые  «резисторы 
поддержки»  логической «1» (Pull-up) или  логического «0» (Pull-down). Эти 
резисторы предназначены для переведения входов в устойчивое состояние «0» 
или «1» и  предотвращения  произвольных  переключений  от  помех  в  моменты, 
когда на них (входы) не подается внешний сигнал, например, неиспользуемых и 
неподключенных  к  внешним  схемам  входов («открытых  входов»).  Через 
специальные  управляющие  регистры  «схемы  поддержки»  могут  быть 
отключены полностью или включены в режим Pull-up или Pull-down.  
Все  перечисленные  блоки – триггер  Шмитта,  СЗД  и  «схемы  поддержки» 
используются  для  защиты  от  случайных  переключений  в  результате  помех  и 
помогают  снизить  энергопотребление,  которое  резко  возрастает  в  момент 
переключений входных схем. 

 
70 
Порты вывода бывают: 
•  с двухтактной выходной схемой (комплементарные); 
•  с однотактной выходной схемой и внутренней нагрузкой; 
•  с открытым выходом (открытым коллектором или стоком). 
Порты  вывода  с  двухтактной  выходной  схемой  являются  самыми 
распространенными  и  реализованы,  например,  в  семействах Atmel AVR, 
Microchip PICmicro, AMD AM186, Motorola HC08, HC11 и многих других.  
Q
Q
SET
CLR
D
Q
Q
SET
CLR
D
#W R
Vcc
Вывод
порта
Регистр-защ елка данных
#OE
Ш ина
данных
DATA
Регистр
«разрешения
выхода»
 
Рисунок 20. Порт вывода с двухтактной схемой 
Рассмотрим функционирование данной схемы.  
Выходные  данные  записываются  в  регистр-защелку  данных  по 
внутреннему  сигналу  записи #WR и  через  простейшую  логическую  схему 
управляют  выходными  транзисторами.  Если  в  регистр  записано  значение «1», 
то  открыт  верхний  по  схеме  транзистор,  а  нижний  закрыт:  на  выходе Vcc, то 
есть «1». Если  в  регистр  записано  значение «0», то  открыт  нижний  по  схеме 
транзистор, а верхний закрыт: выход соединен с минусовой шиной питания, то 
есть там установлен «0». 
Верхний  по  схеме  регистр  управляет  сигналом #OE - «разрешение 
выходов».  Если  в  регистр  записан «0», то  схема  работает,  как  было  описано 
выше. Если записана «1», то оба транзистора закрываются и схема переводится 
в  «высокоомное»  состояние (Z-состояние).  В  этом  состоянии  выходное 
сопротивление  порта  очень  высокое  и  он  фактически  «оторван»  от 
микропроцессора. Это необходимо: 
•  Если  к  выходному  порту  подключены  выходы  других  схем  и 
необходимо  разделять  линии  передачи  данных  с  этими  устройствами. 
Например: наш процессор используется как периферийный контроллер 
и  его  выходной  порт  подключен  к  периферийной  шине  другого 
процессора  (мастера),  и  к  шине  также  подсоединены  еще  несколько 
периферийных контроллеров; 
•  В схемах двунаправленных портов (см. ниже). 

 
71 
Достоинства: 
Значительный максимальный втекающий (в состоянии «0») и вытекающий 
(в состоянии «1») ток выхода: 2..6mA для каскадов с нормальной нагрузочной 
способностью (например, Fujitsu MB90) и 5..30mA для каскадов с повышенной 
нагрузочной  способностью  (например, PICmicro, AVR). Встречаются 
отдельные  микросхемы  со  сверхвысокой  нагрузочной  способностью – до 
60..90mA (например, PIC17). Большой 
выходной 
ток 
позволяет 
непосредственно с ножки, без схем усиления и согласования сигнала, управлять 
достаточно  мощной  нагрузкой:  светодиодами,  реле,  мощным  электронным 
ключем (транзистор, тиристор). Это значительно упрощает схему устройств.  
Недостатки: 
•  При  программировании  необходимо  управлять  дополнительным 
битовым регистром «разрешение выхода»; 
•  Значительное  энергопотребление  и  уровень  помех  при  переключении. 
Последний особо зависит от скорости переключения. Для ограничения 
токов  в  момент  переключений  иногда  используют  специальные 
демпфирующие  схемы.  Однако  они  снижают  быстродействие  портов. 
Наибольшее  применение  демпфирующие  схемы  находят  в  портах 
ПЛИС в силу их особо высокого быстродействия; 
•  Относительно  сложная  внутренняя  схема  повышающая  сложность  и 
стоимость микросхемы в целом. Однако на нынешнем этапе, в связи с 
успехами  технологии  производства  микросхем,  это  уже  не  является 
проблемой. 
Порты  вывода  с  однотактной  выходной  схемой  и  внутренней  нагрузкой 
применяются,  например,  в  семействе MCS-51. Они  имеют  более  простую 
внутреннюю схему. 

жүктеу/скачать 3,23 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: