Параллельные порты ввода/вывода

Общие сведения.

Через параллельные порты реализуется основной интер­фейс между микроконтроллером и внешними устройствами. Количество линий ввода/вывода

8–разрядных микроконтроллеров равно 8. В карте памяти микро­контроллера каждый порт ввода/вывода представлен регистром данных порта. Для обращения к регистру данных при организации обмена в параллельном фор­мате используются те же команды, что для обращения к ячейкам резидентной оперативной памяти. Доступ к отдельным разрядам портов осуществляется спе­циальными командами, которые называются командами битового процессора.

По функциональному признаку

параллельные порты разделяют на три группы:

● однонаправленные порты, предназначенные для передачи информации в од­ном направлении (только для ввода или только для вывода);

● двунаправленные порты, позволяющие задавать направление передачи всех линий и каждой линии в отдельности. В случае необходимости каждая линия может быть сконфигурирована индивидуально и обслужена командами бито­вого процессора независимо от других линий того же порта ввода/вывода;

● порты с альтернативными функциями, которые определяются состоянием микроконтроллера. Отдельные линии таких портов связаны со встроенными в микроконтроллер периферийными модулями (таймером, АЦП, контролле­ром, последовательным приемопередатчиком и др.), при этом:

• если модуль активизирован, то задействованные линии ввода/вывода пор­та автоматически конфигурируются в соответствии с функциональным на­значением в модуле и не могут быть использованы по другому назначению;

• если же периферийный модуль МК не используется, то его выводы можно задействовать как обычные линии ввода/вывода порта.

Альтернативную функцию могут иметь линии однонаправленных и двунаправ­ленных портов.

Структурно–функциональные особенности портов.

Рассмотрим схемотех­нику портов ввода/вывода на уровне одной линии. Совокупность аппаратных средства, обслуживаемых одну линию порта называют драйвером порта. Рас­смотрим основные типы двунаправленных драйверов (или линий ввода/вывода).

Драйверы с установкой на ввод/вывод.

Схема такого драйвера при­ведена на рис. 4.4.1. Настройка драйвера на ввод/вывод осуществляется уста­новкой бита в специальном триггере направления передачи (ТИП). Нулевое зна­чение бита конфигурирует драйвер на ввод, единичное — на вывод.

Режим ввода данных

автоматически устанавливается после сброса микроконт­роллера. В исходном состоянии триггер направления передачи ТНП и триггер данных ТД находятся в нулевом состоянии, с выходов логических элементов И снимаются нулевые уровни сигналов, транзисторы

VT

1 и

VT

2 заперты и не влияют на процесс ввода. При вводе данных:

● на управляемый буфер В подается сигнал чтения данных (

RD

# = 0, где # — знак инверсии), открывая его;

● поступающие на вывод РТх данные передаются непосредственно на внутрен­нюю линию Данные, минуя триггер данных ТД.

Режим вывода данных

инициируется путем установки триггера направления передачи ТНП в единичное состояние, после чего на один из входов логических элементов И поступает единичный уровень и управление транзисторами

VT

1 и

VT

2 выходного каскада порта передается триггеру данных ТД. Если на прямом выходе ТД установлен сигнал

Q

= 1, то открыт транзистор

VT

2 и на выходе кон­троллера РТх = 1. При

Q

= 0 открыт транзистор

VT

1 и РТх = 0.

Рассмотренное техническое решение реализовано в микроконтроллерах НС08 фирмы

Motorola

. Его достоинство — высокоомный вход в режиме ввода, недоста­ток — наличие триггера направления передачи.

Драйверы с установкой на ввод.

Схема драйвера, требующего предвари­тельную установку только на ввод данных, приведена на рис. 4.4.2.

Режим ввода данных

инициируется уста­новкой триггера Т в состояние

Q

=1. Состо­яние триггера Т контролируется с помощью буфера В1. В этом режиме транзистор

V

Т1 заперт сигналом с инверсного выхода триг­гера. Данные в микроконтроллер поступают через буфер В2. Сопротивление со стороны вывода РТх определяется значением резис­тора

R

. После сброса микроконтроллер ав­томатически устанавливается в режим вво­да. По сути дела, режим ввода соответству­ет режиму вывода единичного бита.

Режим вывода данных

не требует никаких предварительных установок:

● при выводе нулевого бита триггер Т переводится в состояние

Q

= 0, отпира­ется транзистор

VT

и с выхода РТх снимается сигнал с низким уровнем;

● при выводе единичного бита триггер Т переводится в состояние

Q

=1, тран­зистор

VT

запирается и с выхода РТх снимается сигнал с высоким уровнем. Рассмотренное техническое решение реализовано в микроконтроллерах

MCS

51 фирмы

Intel

. Его недостаток — низкое входное сопротивление в режиме ввода, обусловленное необходимостью использования подтягивающего к 1 рези­стора

R

для вывода единичного бита.

Драйверы с управляемыми подтягивающими резисторами.

Для уст­ранения указанного выше недостатка в схему драйвера вводится управляемый под­тягивающий резистор. Одно из таких технических решений приведено на рис. 4.4.3.

В качестве нагрузки выходного каскада используются транзисторы

VT1

и

VT3.

Управляемый транзистор

VT1

обладает сопротивлением в сотни раз меньшим по сравнению с транзистором

VT3.

Он обеспечивает быстрое переключение схемы и большую амплитуду импульса при выводе единичного бита. Транзистор

VT3

вы­полняет функцию подтягивающего резистора в установившемся режиме, его со­противление значительно больше, чем

R

в схеме на рис. 4.4.2. При выводе еди­ничного бита с появлением

Q# =

0 отпирается транзистор

VT1

и на выходе фор­мируется логический уровень РТх = 1. Через некоторое время на выходе элемен­та задержки

D

появляется единичный сигнал, который переводит транзистор

VT1

в запертое состояние.

На рис. 4.4.4 приведены общие технические решения с управляемыми подтя­гивающими резисторами. В схеме на рис. 4.4.4, а резистор

R

с помощью

VT

3 под­ключается параллельно нагрузочному транзистору

VT

1, что позволяет при выводе данных подтягивать логический уровень к 1. В схеме на рис. 4.4.4, б резистор

R

подключается параллельно транзистору

VT

1, что позволяет подтягивать логиче­ский уровень к 0. Приведенные схемы используются в контроллерах фирмы

Motorola

.

В контроллере имеются средства программного подключения подтягивающих резисторов:

● специальный бит регистра конфигурации разрешает подключение резистора

R

;

● биты 0–7 регистра входного сопротивления непосредственно подключают

R

к требуемой линии. Значение бита можно многократно изменять в ходе вы­полнения прикладной программы. Следовательно, имеется возможность ди­намического управления входным сопротивлением по каждой линии порта ввода.