Глава 5 основы сопряжения мк с устройствами ввода/вывода

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ ВЫ СМОЖЕТЕ:

• Описать электрические характеристики портов ввода/вывода МК 68НС12.

• Определить требования к электрическим характеристикам периферийных компонентов для подключения их к портам ввода/вывода МК;

• Разработать схему подключения и программу для ввода в МК информации о состоянии переключателей и матричных клавиатур;

• Грамотно применить методы программной и аппаратной защиты от механического дребезга контактов;

• Выполнить подключение к МК 68HC12 устройств индикации, таких как светодиоды, светодиодные семисегментные индикаторы, жидкокристаллические цифро-буквенные и графические индикаторы. Написать программы для вывода информации на перечисленные устройства индикации;

• Разработать схему подключения и алгоритм программного обслуживания датчиков различных физических величин.

Какие устройства Вы можете подключить к выводам микроконтроллера 68HC12 напрямую, без дополнительных цепей согласования? Есть ли у Вас уверенность, что входные и выходные буферы внутри МК при этом останутся работоспособными? Ваша интуиция подсказывает, что, наверное, без дополнительных цепей согласования могут быть подключены логические ИС, выполненные по той же технологии, что и МК семейства HC12. Например, можно без опаски подключить элемент 74HC00, выполняющий функцию 2И-НЕ. А что Вы скажете о возможном числе этих элементов? Можно ли одновременно подключить 20, 30 или 50 таких элементов? А как насчет элементов другой серии? Например, можно ли подключить к выходу МК 68HC12 всего один элемент И-НЕ модели 74LS00? Основываясь на примерах предыдущей главы, Вы также должны предположить, что управление электрическим двигателем вряд ли возможно непосредственно с выходов МК. Для этого потребуются дополнительные цепи согласования и дополнительный источник электрической энергии, которая будет преобразована двигателем механическую энергию. Как определить технические требования к подобным цепям, а затем разработать их?

В этой главе мы ответим на поставленные вопросы. Мы подробно исследуем электрические характеристики выходов МК семейства 68HC12. Вы должны детально освоить этот материал, поскольку он является основой для проектирования электронных цепей сопряжения МК с различными устройствами ввода и вывода. Далее мы рассмотрим типовые способы подключения к МК наиболее часто используемых устройств ввода и вывода, научимся составлять программы для взаимодействия МК с этими устройствами. В завершении главы мы рассмотрим пример реализации на МК кодового замка. В процессе изучения мы, как и предыдущих главах, будем использовать МК семейства 68HC12, однако все рассмотренные методики полностью применимы и к МК семейства HCS12.

5.1. Электрические характеристики мк 68hc12

Микроконтроллеры 68НС12 принадлежат к семейству интегральных схем HC, выпускаемых компанией Motorola по технологии «high-speed CMOS». CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) или в русскоязычной терминологии КМОП — это технология производства цифровых интегральных схем на основе Комплементарных полевых транзисторов со структурой Металл–Окисел–Полупроводник. Семейство HC объединяет цифровые ИС различной степени интеграции: от простых логических элементов, счетчиков, дешифраторов до микроконтроллеров с архитектурой различной сложности. Все элементы, принадлежащие к семейству HC, электрически совместимы, поэтому сопряжение МК 68HC12 с другими элементами семейства HC не вызовет у Вас затруднений. Однако, если в процессе проектирования Вам потребуется подключить к выводам МК 68HC12 интегральные схемы, которые не принадлежат к семейству HC, то Вы должны провести анализ на совместимость электрических характеристик МК и этих ИС.

Рис. 5.1. Номограмма электрической совместимости логических элементов

Производители электронных компонентов обычно указывают их электрические и динамические характеристики в справочном листе, Для проведения анализа о возможности сопряжения компонентов Вам потребуются следующие восемь параметров (рис. 5.1):

• V_OH — минимальное выходное напряжение логической 1;

• V_OL — максимальное выходное напряжение логического 0;

• I_OH — максимальный выходной ток логической 1;

• I_OL — максимальный выходной ток логического 0;

• V_IH — минимальное входное напряжение логической 1;

• V_IL — максимальное входное напряжение логического 0;

• I_IH — максимальный входной ток логической 1;

• I_IL — максимальный входной ток логического 0.

Необходимо знать численные значения параметров из приведенного списка для всех ИС, которые подлежат объединению в систему. В нашем случае одной из таких ИС обязательно является МК семейства 68HC12, численные значения обсуждаемых параметров для которого приведены ниже:

• V_OH = 4,2 В;

• V_OL = 0,4 В;

• I_OH = –0,8 мА;

• I_OL = 1,6 мА;

• V_IH = 3,5 В;

• V_IL = 1,0 В;

• I_IH = 10 мкА;

• I_IL = –10 мкА.

Обратите внимание, некоторые токи в этом списке указаны со знаком минус. Это означает, что соответствующий ток вытекает из МК. А токи с положительным знаком втекают в МК. Очень легко запомнить это условное обозначение, воспользовавшись аналогией с собственными денежными средствами. Финансовые поступления на ваш счет Вы рассматриваете со знаком плюс, а траты, т.е. вытекающие финансы, — со знаком минус.