Использование портов для цифрового ввода-вывода

 

Каждый разряд порта представляет собой двунаправленную линию ввода-вывода с возможностью подключение внутреннего сопротивления нагрузки. На рис. 8 показана, функциональна схема одной линии порта ввода-вывода. Выходной контакт этой линии обозначен на схеме Pxn.

 

Рис. 8 - Упрощённая схема одной линии цифрового ввода-вывода

 

Конфигурация выводов

Каждый разряд порта связан с тремя разрядами трёх специальных регистров: DDxn; PORTxn; PINxn.

Как уже говорилось:

♦ бит DDxn – это разряд номер n регистра DDRx;

♦ бит PORTxn – это разряд номер n регистра PORTx;

♦ бит PINxn – это разряд номер n регистра PINx.

Бит DDxn регистра DDRx выбирает направление передачи информации соответствующего разряда. Если в DDxn записана логическая единица, разряд Pxn работает как выход. Если в DDxn записан логический ноль, разряд Pxn работает как вход.

Если разряд порта сконфигурирован как вход, установка бита PORTxn в единицу включает внутренний резистор нагрузки. Для отключения резистора нагрузки нужно в PORTxn логический ноль. Сразу после системного сброса все выводы всех портов переходят в третье (высокоимпендансное) состояние.

Если разряд порта сконфигурирован как выход (установка бита PORTxn в единицу), то эта единица появится на выходе порта. Если в разряд PORTxn записан логический ноль, то и на выходе будет ноль.

Внешние прерывания

Назначение и режимы работы

 

Для вызова внешних прерываний используются входы INT0, INT1 или любой из входов PCINT7-0. Если прерывания разрешены, то они будут вызваны, даже если выводы INT0, INT1 и PCINT7-0 сконфигурированы как выходы.

Эта особенность обеспечивает возможность генерировать прерывания программным путём. Прерывание PCI1 – это прерывание по изменению сигнала на любом из выводов PCINT7-8. Прерывание PCI0 – это прерывание по изменению любого сигнала PCINT7-0. Причём как для прерыванияPCI1, так и для прерывания PCI0 можно произвольно исключить из работы любой из закреплённых за ним входов.

Управляющие регистры PCMSK1 и PCMSK0 определяют, какие из входов будут вызывать соответствующие прерывание. Прерывание по изменению на контактах PCINT7-0 работает асинхронным образом. Поэтому данный вид прерываний может использоваться для пробуждения изо всех спящих режимов, кроме режима Idle.

Прерывания INT0 и INT1 поддерживают несколько режимов. Они могут быть вызваны по переднему фронту, по заднему фронту или по статическому сигналу низкого логического уровня. Выбор одного из этих режимов производится при помощи регистра управления внешними прерываниями – EICRA.

Когда одно из прерываний INT0 или INT1 разрешено и сконфигурировано как прерывание по низкому входному уровню, запрос на прерывание будет вырабатываться всё время, пока на входе присутствует низкий уровень.

Вызов прерываний INT0 и INT1 по низкому уровню осуществляется в асинхронном режиме. Это означает, что такое прерывание может быть использовано для пробуждения из любого спящего режима за исключением Idle.

Время запуска микроконтроллера определяется при помощи fuse-переключателей SUT и CKSEL.

Восьмиразрядный таймер/счётчик с поддержкой режима ШИМ

Назначение и особенности

 

Таймер/счётчик T0 – это универсальный восьмиразрядный счётный модуль с двумя независимыми модулями совпадения и с поддержкой ШИМ (PWM). Он позволяет формировать заданные промежутки времени (для работы в режиме реального времени). А также может служить генератором периодических сигналов.

Рассмотрим основные характеристики таймера/счётчика.

 

Упрощенная блок-схема

 

Упрощенная блок-схема восьмиразрядного таймера/счётчика приведена на рис. 9. Доступные для центрального ядра регистры и цепи передачи данных на схеме показаны полужирными линиями.

 

Рис. 9 - Блок-схема 8-разрядного таймера/счётчика

Регистры

 

Как счётный регистр таймера/счётчика (TCNT0), так и оба регистра совпадения (OCR0A, и OCR0B) представляют собой восьмиразрядные регистры. Наличие запроса на прерывание (на рис.10 он сокращённо обозначен «выз. прерыв.») всегда можно определить по состоянию соответствующее флага прерываний в регистре TIFR.

Каждое прерывание может быть индивидуально замаскировано при помощи регистра маски прерываний таймера TIMSK. Регистры TIFR и TIMSK на рис. 9 не показаны.

Таймер/счётчик может работать как от внутреннего тактового генератора через предварительный делитель, так и от внешнего тактового сигнала, поступающего на вход T0. Схема выбора источника тактового сигнала пропускает тактовые импульсы выбранного источника на вход таймера/счётчика, и каждый импульс этого сигнала увеличивает (или уменьшает) его значение.

Если не выбран ни один из источников тактового сигнала, таймер/счётчик останавливается.

Сигнал на выходе схемы выбора источника тактового сигнала (clkT0) называется сигналом синхронизации таймера.

Содержимое регистров OCR0Aи OCR0Bпостоянно сравнивается со значением таймера/счётчика. Результат сравнения может использоваться генератором для генерации сигнала ШИМ или прямоугольных импульсов переменной частоты на одном из выходов OC0Aили OC0B.

В момент совпадения в одном из каналов устанавливается соответствующий флаг OCF0Aили OCF0B, который может использоваться для генерации запроса на прерывание по совпадению.

Используемые обозначения

 

При описании счётчиков используются специальные обозначения для всех его важных состояний. Эти обозначения приведены в табл. 1.

Обозначения для основных состояний 8-разрядного счётчика

 

Таблица 1

BOTTOM	Счётчик достигает значения BOTTOM (начало), когда его содержимое равно 0x00
MAX	Счётчик достигает значения MAX (максимум), когда его содержимое равно 0xFF (десятичное 255)
TOP	Счётчик достигает значения TOP(вершина), когда его содержимое достигает самого высокого значению в данном режиме работы. В зависимости от режима значение TOP может быть равно либо 0xFF (MAX), либо значению, записанному в регистре OCR0A (режим сброса по совпадению)

 

Модуль счёта

 

Основой восьмиразрядного таймера/счётчика является программируемый реверсивный счётный модуль. На рис. 10 показана блок-схема счётного модуля и его управляющие сигналы.

 

Рис. 10 - Блок-схема счётного модуля

 

Рассмотрим внутренние сигналы:

♦ count – увеличивает или уменьшает содержимое TCNT0 на 1;

♦ direction – выбор между уменьшением и увеличением;

♦ clear – очистка TCNT0 (установка всех битов в ноль);

♦ clkT0 – тактовая частота таймера/счётчика;

♦ top – возникает при достижении TCNT0 максимального значения;

♦ bottom – возникает при достижении TCNT0 минимального значения (нуля).

В зависимости от режима работы таймера, каждый импульс тактового сигнала (clkT0) очищает, увеличивает или уменьшает значение счётчика. Сигнал clkT0может быть получен как от внешнего, так и от внутреннего источника тактового сигнала. Это определяется битами выбора тактового сигнала (CS02:0). Когда не выбран ни один источник тактового сигнала (CS02:0 = 0), таймер останавливается.

Центральный процессор может обращаться к значению регистра TCNT0 независимо от того, присутствует ли сигнал clkT0 или нет. Команда записи, поступающая от центрального процессора, имеет приоритет над всеми другими операциями (очистки счётчика или операциями счёта).

Режимы работы таймера определяются установкой битов WGM01 и WGM00 регистра TCCR0Aи битом WGM02 регистра TCCR0B. Есть тесная связь между выбранным режимом работы счётчика и частотой сигнала на выходе OC0A.

Флаг переполнения таймера/счётчика (TOV0) устанавливается в соответствии с режимом работы, выбранным при помощи битов WGM01:0. Флаг TOV0 может использоваться для генерации прерываний центрального процессора.

 

Модуль совпадения

 

Основа модуля – восьмиразрядный компаратор, который непрерывно сравнивает содержимое регистра TCNT0 с содержимым каждого из двух регистров совпадения (OCR0Aили OCR0B). Каждый раз, когда содержимое TCNT0 оказывается равным содержимому OCR0Aили OCR0B, компаратор вырабатывает сигнал совпадения. Этот сигнал устанавливает соответствующий флаг совпадения (OCF0Aили OCF0B) в следующем тактовом цикле.

Если соответствующее прерывание разрешено, установка флага совпадения вызывает прерывание. Флаг совпадения автоматически сбрасывается при запуске процедуры обработки прерывания. Флаг также может быть очищен программно путём записи в него логической единицы.

В режиме генератора частот сигнал совпадения используется для генерации выводного сигнала совпадения используется для генерации выводного сигнала в соответствии с выбранным режимом работы, который определяется битами WGM02:0, а также битами выбора режима сравнения (COM0x 1:0). Сигналы max и bottom используются генератором частот в некоторых случаях для получения критических значений в отдельных режимах работы. На рис. 11 показана блок-схема модуля совпадения. На рисунке буква x – это условное обозначение. Для разных модулей совпадения x равно либо A либо B.

 

Рис. 11 - Блок-схема модуля совпадения

Регистры OCR0xимеют двойную буферизацию в любом режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В режиме Normal и режиме СТС (Сброс при совпадении) двойная буферизация отключается. Двойная буферизация синхронизирует момент обновления регистра OCR0xс моментом достижения таймером верхнего или нижнего пределов. Синхронизация предотвращает возникновение ассиметричных ШИМ-импульсов, то есть импульсов, длина которых равна нечётному количеству тактов. Таким образом обеспечивается высокое качество сигналов ШИМ.

Доступ к регистру OCR0xможет показаться слишком сложным. На самом деле это не так. Если двойная буферизация разрешена, центральный процессор обращается к регистрам OCR0xчерез буфер. Если буферизация отключена, центральный процессор обращается к регистрам OCR0xнепосредственно.