Download - MCS51 - wykład 4
MCS51 - wykład 4
Wykład 3 1/30
Porty szeregowe MCS51
Standardowy SIO
Wybrane rozszerzenia i modyfikacje
MCS51 - standardowy SIO 2/30
Cechy standardowego SIO:
• możliwość transmisji synchronicznej danych 8-bitowych, ze stałą prędkością, w półdupleksie;
• możliwość transmisji asynchronicznej danych 8- lub 9-bitowych, ze stałą lub programowaną prędkością w pełnym dupleksie;
• możliwość transmisji krótszych znaków, przy odpowiedniej interpretacji programowej;
• pojedyncze rejestry buforujące nadajnik i odbiornik;
• dostęp do danych poprzez rejestr buforowy SBUF;
• sterowanie pracą poprzez rejestr SCON i bit SMOD w rej. PCON;
• możliwość realizacji transmisji wieloprocesorowej;
• indywidualne flagi zakończenia odbioru RI oraz nadawania TI;
• możliwość zgłaszania przerwań jako sumy logicznej RI TI.
MCS51 - standardowy SIO 3/30
Rejestry sterujące:
SM0,SM1,SM2 - wybór jednego z trybów pracy:
0 0 0 - tryb 0 - synchroniczny
0 1 0 - tryb 1 - asynchroniczny - szybkość programowalna
0 1 1 - tryb 1 - asynchroniczny z oczekiwaniem na poprawny bit stopu szybkość programowalna
1 0 0 - tryb 2 - asynchroniczny - stała szybkość
1 0 1 - tryb 2 - asynchroniczny z ignorowaniem odebranej danej, jeżeli jej 9-ty bit był zerem, stała szybkość
1 1 0 - tryb 3 - asynchroniczny - szybkość programowalna
1 1 1 - tryb 3 - asynchroniczny z ignorowaniem odebranej danej, jeżeli jej 9-ty bit był zerem, szybkość programowalna
SM0 9F SM1 9E SM2 9D REN 9C TB8 9B RB8 9A TI 99 RI 98SCON 98h
MCS51 - standardowy SIO 4/30
REN - bit włączający odbiornik
TB8 - 9-ty bit danej do wysłania (w trybie 2 lub 3)
RB8 - odebrany 9-ty bit danej (w trybie 2 lub 3)
TI - flaga przerwania od nadajnika, ustawiana po wysłaniu ostatniego bitu, musi być kasowana programowo
RI - flaga przerwania od odbiornika, ustawiana po odebraniu ostatniego bitu, musi być kasowana programowo
SMOD - - - GF1 GF0 PD IDLPCON 87h
99hSBUF
SMOD - bit zdwojenia prędkości pracy portu szeregowego w trybach 1,2 i 3
SBUF - rejestr buforowy nadajnika/odbiornika
MCS51 - standardowy SIO 5/30
Praca w trybie 0 - synchronicznym
Transmisja w trybie 0 - synchronicznym
MCS51 - standardowy SIO 6/30
MCS51 - standardowy SIO 7/30
Praca w trybie 1 - asynchronicznym 8-bitowym
MCS51 - standardowy SIO 8/30
Transmisja w trybie 1 - asynchronicznym
MCS51 - standardowy SIO 9/30
Praca w trybie 2 i 3 - asynchronicznych 9-bitowych
MCS51 - standardowy SIO 10/30
Transmisja w trybie 2 i 3 - asynchronicznym
MCS51 - standardowy SIO 11/30
Dostępne szybkości transmisji:
1. tryb synchroniczny: fB = fOSC/12
2. tryby asynchroniczne 1 i 3: fB = 2SMODfTF1/32
3. tryb asynchroniczny 2: fB = 2SMODfOSC/64
Wykorzystując timer/licznik 1 z 8-bitowym z aut. przeładowaniem mamy:
fB = 2SMODfOSC : 12 : 32 : (256-TH1)
Wykorzystując timer/licznik 2 z 16-bitowym przeładowaniem mamy:
fB = fOSC : 32 : (65536-RCAP2)
MCS51 - standardowy SIO 12/30
PORT SZEREGOWY TIMER/LICZNIK 1mod szybkość fOSC
[MHz]bit
SMODbitC/T
tryb stałaprzeładowania
0 1MHz 12,000 x x x x2 375000bod 12,000 1 x x x2 187500bod 12,000 0 x x x
1,3 62500bod 12,000 1 0 2 0FFh1,3 19200bod 11,059 1 0 2 0FDh1,3 9600bod 11,059 0 0 2 0FDh1,3 4800bod 11,059 0 0 2 0FAh1,3 2400bod 11,059 0 0 2 0F4h1,3 1200bod 11,059 0 0 2 0E8h1,3 600bod 11,059 0 0 2 0D0h1,3 300bod 11,059 0 0 2 0A0h1,3 137,5bod 11,059 0 0 2 1Dh1,3 110bod 6,000 0 0 2 72h1,3 110bod 12,000 0 0 1 0FEEBh
przykładowe szybkości transmisji i wykorzystanie timera/licznika #1
MCS51 - standardowy SIO 13/30
Dostrojenie do żądanej prędkości transmisji przy odbiorze
Odbiór przy dokładnej fB*:
Odbiór przy zawyżonej fB w odbiorniku (fB > fB*):
Odbiór przy zaniżonej fB w odbiorniku (fB < fB*):
start odbioruzerowanie dzielnika ‘:16’- „resynchronizacja”
Warunek poprawnego odbioru:odczyt poprawny ostatniego bitu (RB8) i STOPU=1
MCS51 - standardowy SIO 14/30
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E Fstany podzielnika‘:16’ przy odczyciebitu w trybach 1,2 i 3
stan linii RxD
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D
STOP(11 bit ramki)
(10+6/16)1/fBMAX
(10+10/16)1/fBMIN
101/fB* 111/fB
*
MCS51 - standardowy SIO 15/30
Oszacowanie tolerancji częstotliwości pracy fB odbiornika:
%4,3
%7,3ff
f966,0f176
170)
16
1010(
11
ff
f037,1f160
166)
16
610(
10
ff
*BB
*B
*B
*B
BMIN
*B
*B
*B
BMAX
MCS51 - standardowy SIO 16/30
Dostrojenie do żądanej prędkości transmisji przy nadawaniu
Nadawanie dokładnie z fB = fB*:
Nadawanie przy zawyżonej fB w nadajniku (fB > fB*):
Nadawanie przy zaniżonej fB w nadajniku (fB < fB*):
start nadawania/odbioru- „resynchronizacja”
Warunek poprawnego nadawania/odbioru:odczyt poprawny ostatniego bitu (TB8) i STOPU=1
MCS51 - standardowy SIO 17/30
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E Fstany podzielnika‘:16’ przy odczyciebitu w trybach 1,2 i 3
stan linii RxD
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B
STOP(11 bit ramki)
111/fBMAX
101/fBMIN
(10+6/16)1/fB
*
(10+10/16)1/fB*
MCS51 - standardowy SIO 18/30
%6,3%7,3ff
f964,0f166
160
166
10
10ff
f037,1f160
166
1610
10
11ff
*BB
*B
*B
*B
BMIN
*B
*B
*B
BMAX
Oszacowanie tolerancji częstotliwości pracy fB nadajnika:
Ostrzejsze kryteria narzuca poprawny odbiór i one są decydujące:
%4,3
%7,3ff *BB
MCS51 - standardowy SIO 19/30
Możliwości uzyskania poprawnych wartości fB <fBMIN ; fBMAX> przy różnych fOSC
B
OSCSMOD
f3212
f2INT2561TH
fB* tolerancja TH1 SMOD przy fOSC fB
1200 1159...1244 230 0 12MHz 1202
2400 2318...2489 243 0 12MHz 2404
4800 4636...4978 243 1 12MHz 4808
9600 9274...9955 251 1 9MHz 9375
19200 18547...19910 254 0 15MHz 19531
38400 37094...39821 255 0 15MHz 39063
MCS51 - standardowy SIO 20/30
Transmisja wieloprocesorowa
RxD TxD
C1
RxD TxD
C2
RxD TxD
Ck
rozproszony system automatyki/pomiarów
• wymiana informacji o procesie;
• koordynacja współpracy;
• synchronizacja procesów;
• gromadzenie pomiarów ...
MCS51 - standardowy SIO 21/30
Możliwości portu SIO:
• wyjścia RxD i TxD łączy się na wspólną linię transmisyjną;
• wykorzystanie trybów 2 i 3 z ustawionym bitem SM2 (pozwala on zaakceptować tylko te odebrane ramki, które mają ustawiony bit RB8);
• zakłada się, że w danej chwili jeden z mikrokontrolerów jest nadrzędny;
• mikrokontroler nadrzędny ma wyzerowany bit SM2;
• w mikrokontrolerach podrzędnych musi być ustawiony bit SM2;
• każdemu mikrokontrolerowi należy przyporządkować indywidualny, 8-bitowy adres;
• dopuszcza się adres ogólny dla transmisji typu rozgłaszanie;
• w procedurach obsługi przerwań od SIO przy RI=1, należy wstawić sekwencje rozkazów rozpoznające adres wywołania.
MCS51 - standardowy SIO 22/30Przykładowy algorytm działania:
1. Procesor nadrzędny wysyła ramkę z adresem indywidualnym lub ogólnym i ustawionym bitem TB8 - adres ten określa do kogo jest adresowana następująca po nim transmisja.
2. Wszystkie pozostałe procesory, działając jako podrzędne, mają ustawiony bit SM2 i odbiorą wysłaną ramkę wywołania - adres wywołania trafi do ich rejestrów SBUF i ustawią się flagi RI.
3. Uruchomione zostaną procedury obsługi SIO, które w przypadku przerwania od odbiornika (RI=1) przy ustawionym bicie SM2=1 porównują bajt z SBUF z przyporządkowanymi adresami indywidualnymi lub ogólnym.
4. Procesor, który stwierdzi zgodność adresu wywołania z własnym, zeruje swój bit SM2 i kończy procedurę obsługi SIO, pozostałe procesory kończą obsługę SIO pozostawiając SM2=1.
5. Następuje wymiana informacji pomiędzy procesorem nadrzędnym a zaadresowanym podrzędnym przy SM2=0 i zerowych bitach TB8/RB8. SIO pozostałych procesorów ignorują tak przesyłane ramki danych.
6. Po zakończeniu transmisji, procesor podrzędny ponownie ustawia SM2=1.
MCS51 - rozszerzony SIO 23/30
Dostępne funkcje dodatkowe:
1. Sygnalizacja błędnego bitu stopu - brak ‘1’ w chwili spodziewanego bitu STOP - jest to tzw. błąd ramki, sygnalizowany ustawieniem bitu FE, który można sprawdzić odczytując bit SM0 w SCON.
2. Automatyczne rozpoznawanie adresów wywołania przy komunikacji wieloprocesorowej - włączane przez ustawienie bitu SM2;
W trybie 1 SIO analizowane są wszystkie odebrane bajty z poprawnymi bitami stopu, a w trybach 2 i 3 - tylko te, dla których RB8=1.
MCS51 - rozszerzony SIO 24/30
Flaga RI ustawia się tylko wtedy gdy odebrany bajt jest zgodny z zaprogramowaną w rejestrach SFR maską adresu.
Pojawiają się 2 rejestry SFR:
SADDR 0A9h
SADEN 0B9h
Odebrany bajt-adres wywołania jest zgodny, jeżeli spełnia równanie:
(odebrany_bajt SADDR) SADEN = 00h
Przykład:w C1 ustawiono: w C2 ustawiono:
SADDR= 11000001 11000010SADEN= 11111110 11111101adres aktywny= 1100000x 110000x1
Wtedy adres wywołania 11000001 adresuje tylko C1, adres 11000010 - tylko C2,adres11000000 - oba C, a każdy adres z grupy xxxxxx11 zostanie zignorowany.
MCS51 - dodatkowe SIO 25/30
Np. układy Siemensa
Funkcje:
• transmisja tylko asynchroniczna (jak tryby 1,2 i 3 podstawowego SIO);
• własny generator prędkości transmisji;
• analogiczne rejestry obsługujące (S1BUF i S1CON)
MCS51 - inne interfejsy szeregowe 26/30
SPI - pełnodupleksowa magistrala synchroniczna, umożliwiająca dostęp do
specjalizowanych układów peryferyjnych, pamięci konfiguracji, bądź
programowanie mikrokontrolera w układzie.
Obsługiwana poprzez zestaw rejestrów SFR (SPDR, SPSR, SPCR)
MCS51 - inne interfejsy szeregowe 27/30
I2C - półdupleksowa magistrala synchroniczna, umożliwiająca dostęp do
specjalizowanych układów peryferyjnych, pamięci konfiguracji.
Spotykane są 2 warianty:
1. obsługa transmisji całych bajtów (np. rejestry: S1DAT, S1CON,
S1STA i S1ADR w C552)
2. obsługa transmisji pojedynczych bitów (np. rejestry: S1INT, S1BIT
i S1SCS w C524, albo I2CON, I2DAT, I2CFG i I2STA w C751,C752)
MCS51 - inne interfejsy szeregowe 28/30
I2C - w C552
MCS51 - inne interfejsy szeregowe 29/30
Rejestr sterujący:
CR2,CR1,CR0 - wybór szybkości transmisji: względem fOSC (1/60 1/120 1/960 1/160 1/192 1/224 1/256) lub 1/8TF1
ENS1 - włączenie portu I2C do pracy
STA - nadaj bit START
STO - nadaj bit STOP
SI - flaga przerwania od portu I2C
AA - wyzerowany wstrzymuje reagowanie na odebrany adres wywołania
CR2 DF ENS1 DE STA DD STO DC SI DB AA DA CR1 D9 CR0 D8S1CON 0D8h
MCS51 - inne interfejsy szeregowe 30/30
Rejestr stanu:
SC4,SC3,SC2,SC1,SC0 - bity kodu stanu interfejsu
SC4 SC3 SC2 SC1 SC0 0 0 0S1STA 0D9h
Rejestr adresu:
SA7...SA1 - 7-bitowy adres układu jako portu podrzędnego
GC - ustawiony zezwala na reakcję na adres wywołania ogólnego
SA7 SA6 SA5 SA4 SA3 SA2 SA1 GCS1ADR 0DBh
S1DAT 0DAh
Rejestr buforowy danych: