Interfaccia del controller PIC con il computer. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Quando si sviluppa un dispositivo su un microcontrollore (MCU), sorge spesso il problema di collegarlo a un computer per scambiare informazioni. Nella maggior parte dei casi, è necessaria la modalità bidirezionale a un tasso di cambio relativamente basso. Nel migliore dei casi, l'MK può avere un'interfaccia seriale, ma molto spesso deve essere scelta tra quelle economiche che non sono dotate di tale interfaccia. Ad esempio, il microchip PIC16F84A di Microchip, recentemente molto popolare, non dispone di tale interfaccia. L'articolo discute la possibilità di implementazione software dell'interfaccia seriale sia dal lato MK che dal lato computer.

Per comunicare con il dispositivo sul MK, è possibile utilizzare la porta parallela (LPT) o seriale (COM) del computer. Il primo è più facile da lavorare: può utilizzare un numero relativamente maggiore di segnali di ingresso e di uscita, i cui livelli sono compatibili con TTL. Lo svantaggio di questa porta è che mentre in DOS o Linux sono sufficienti semplici operazioni di input/output per utilizzarla, per un corretto funzionamento in Windows è necessario attenersi rigorosamente al protocollo di trasferimento dati, che non è efficace quando si lavora con un microcontrollore . È anche possibile il controllo diretto delle singole linee della porta LPT, ma ciò richiede l'installazione di un driver speciale. Lo "svantaggio" della porta LPT è che nella maggior parte dei computer ce n'è solo una e, di regola, è occupata dalla stampante.

I principali vantaggi della porta COM sono che l'interfaccia di programmazione (API) standard di Windows consente di controllare direttamente alcune linee di output e controllare le linee di input, e ha anche la funzione di attendere qualche evento associato alla porta COM. Il suo vantaggio è che lo standard RS-232, secondo il quale sono realizzate le porte COM, consente di collegare e scollegare i cavi mentre i dispositivi sono in funzione (hot plug). Inoltre il computer ha quasi sempre una porta COM libera. Lo svantaggio della porta è che il livello del segnale differisce dal TTL, in cui il livello logico basso corrisponde ad una tensione di -12, e quello alto a +12 V.

L'implementazione di un'interfaccia RS-232 standard richiederebbe che l'MK rispetti rigorosamente gli intervalli di tempo tra i segnali di uscita. In una situazione reale, il risuonatore al quarzo del microcontrollore potrebbe non corrispondere alla frequenza di trasmissione dei dati e lo stesso MK è solitamente impegnato in qualcosa di più importante della formazione di intervalli di tempo precisi. Di conseguenza, risulta più semplice implementare a livello di programmazione un'opzione di scambio seriale sincrono, quando ogni bit di dati viene confermato da un impulso di sincronizzazione.

Il diagramma schematico dell'interfaccia proposta è mostrato in fig. uno.

Per convertire i livelli RS-232 in TTL, vengono utilizzati i divisori resistivi R1R4 e R2R5. I diodi VD1 e VD2 sono necessari per non far passare la tensione negativa corrispondente allo zero logico. Il segnale TTL in uscita del MK non necessita di conversione e può essere inviato direttamente alle linee di ingresso della porta COM. Il resistore R3 limita la corrente di uscita del MK in caso di possibile cortocircuito accidentale.

Come puoi vedere dallo schema, per comunicare con il computer sono necessari quattro fili. Il computer avvia lo scambio di dati emettendo impulsi di clock sulla linea DTR, inserendo i dati trasmessi sulla linea RTS e ricevendo i dati ricevuti tramite la linea CTS. Il computer e il MK possono modificare i dati solo quando il livello logico del segnale di sincronizzazione è basso. Questa opzione di implementazione dell'interfaccia consente la trasmissione dati full-duplex.

I numeri dei pin XS1 nel diagramma si riferiscono a una presa DB-25F quando si utilizza un cavo modem standard. I numeri di contatto per altri connettori e quando si utilizza un cavo null modem sono riportati nella tabella. 1.

La frequenza di ripetizione degli impulsi di sincronizzazione deve essere selezionata in modo tale che il microcontrollore abbia il tempo di elaborare i dati dal computer, rispondendo a ciascun impulso di sincronizzazione. I bit di informazione vengono trasmessi in sequenza. Al completamento della trasmissione dei bit di un byte, segue la trasmissione dei bit del byte successivo, con il bit di informazione più significativo trasmesso per primo. Per riportare l'interfaccia allo stato originale (impostando a 0 il numero del byte trasmesso), il computer deve, in log. 1 sulla linea di sincronizzazione modifica lo stato della linea dati. Il MK emette un nuovo bit di dati sulla linea CTS alla caduta degli impulsi di polarità positiva sull'ingresso di sincronizzazione DTR e legge i dati dalla linea RTS al limite degli impulsi di polarità positiva. Lo scambio può essere interrotto in qualsiasi momento interrompendo la fornitura degli impulsi di sincronizzazione. Il diagramma temporale dello scambio di dati è mostrato in Fig. 2.

Quando si implementa un'interfaccia, si consiglia di trasmettere i valori di controllo in alcuni byte per verificare la correttezza dei dati trasmessi.

Il codice sorgente della procedura per il microcontrollore PIC16F84A [1] in linguaggio C, che implementa l'interfaccia proposta, è riportato nella Tabella. 2. La chiamata alla procedura link() si trova nel loop principale del programma e viene costantemente richiamata durante il funzionamento MK per monitorare lo stato dell'interfaccia. Tutte le variabili utilizzate dalla procedura sono dichiarate come globali. Ad ogni chiamata legge gli stati delle linee di ingresso dell'interfaccia (RB6 e RB7) e li confronta con lo stato della chiamata precedente. In determinate condizioni (interruzione della sincronizzazione, fronte di sincronizzazione, ripristino dell'interfaccia), le azioni vengono eseguite secondo la logica dell'interfaccia.

Il codice sorgente della procedura per un computer in Pascal (Delphi) è riportato in Tabella. 3. Qui la procedura di collegamento viene richiamata una volta per eseguire l'atto di scambio di informazioni con il MK. Prima di chiamarlo, è necessario riempire il buffer obuf passato. Al termine della procedura i dati ricevuti si troveranno nell'array ibuf. La procedura apre la porta COM specificata sul computer e, utilizzando le funzioni API di Windows [2], controlla lo stato delle linee di output ed esegue il polling delle linee di input. Una volta completato lo scambio di informazioni, il porto viene chiuso.

Nella procedura di collegamento, i ritardi temporali vengono implementati utilizzando la funzione sleep(). I loro valori vengono calcolati o selezionati sperimentalmente in base all'assenza di perdita di bit durante lo scambio di dati tra MK e computer. L'esempio mostra i ritardi per lo scambio con un controller PIC con un risonatore al quarzo alla frequenza di 4 MHz, che svolge inoltre altri lavori utili. Se la procedura di scambio impiega troppo tempo, può essere spostata in un thread di esecuzione separato del sistema operativo in modo che venga eseguita in parallelo con il programma principale [2].

Se lo scambio di informazioni richiede lettura e scrittura separate, è possibile distribuire matrici di dati trasmessi e ricevuti a indirizzi diversi, come mostrato in Fig. 2.

In MK, è conveniente costruire la formazione dei dati trasmessi e l'utilizzo dei dati ricevuti sotto forma delle procedure upload() e download(), chiamate rispettivamente prima della trasmissione e alla ricezione del byte successivo. Il primo deve restituire il valore del byte trasmesso tramite il suo numero nel pacchetto di informazioni trasmesse, il secondo riceve il valore del byte ricevuto e il suo numero nel pacchetto e deve utilizzare questi valori per modificare i registri MK, scrivere a EEPROM, ecc. L'implementazione di queste procedure per l'elaborazione di un pacchetto di informazioni di dimensione 4 byte (Tabella 4) è mostrata nella Tabella. 5.

Un programma di esempio per MK è fornito per il compilatore C2C [3]. La procedura informatica può essere utilizzata in un programma scritto in Borland Delphi 3 o versione successiva.

Letteratura

1. .
2. Rete di sviluppatori Microsoft, articoli tecnici. - .
3. .

Autore: S.Kuleshov, Kurgan

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