Podłączanie zewnętrznych układów do systemu …mysinski.wieik.pk.edu.pl/UPCiMCU/Podlaczanie...

2015-01-22

1

Podłączanie zewnętrznych układów do systemu mikroprocesorowego

Semestr zimowy 2014/2015, WIEiK- PK 1

Rozbudowa systemu mikroprocesorowego

• Podstawowy system mikroprocesorowy zawiera jednostkę CPU, pamięć programu ROM, pamięć danych RAM i powinien zawierać jakieś urządzenia wejścia/wyjścia.

• Jeżeli jest za mało pamięci ROM lub pamięci RAM można podłączyć zewnętrzną pamięć programu lub zewnętrzną pamięć danych, oczywiście jeżeli system mikroprocesorowy ma taką możliwość.

• System zbudowany na mikrokontrolerze będzie miał już w sobie podstawowe układy wejścia/wyjścia, takie jak porty równoległe, porty szeregowe i układy czasowe.

• Za pomocą portów równoległych i portów szeregowych można dołączać do systemu inne urządzenia, np. sygnały z czujników, klawiaturę, przekaźniki, diody LED, wyświetlacze LED, LCD, przetworniki A/C i C/A, pamięci masowe – karty pamięci, moduły radiowe…

• W wielu przypadkach liczba, jak i możliwości wewnętrznych układów I/O są niewystarczające więc należy dołączyć zewnętrzne układy I/O.


2015-01-22

2

Semestr zimowy 2014/2015, WIEiK- PK

(Jednostka centralna)

CPU

Pamięć programu ROM

Pamięć danych RAM

Podstawowe układy wejścia/wyjścia

•Liczniki •Porty równoległe •Porty szeregowe

Generator zegarowy

fx

Wew. szyna adresowa Wew. szyna danych

Reset

Wew. szyna sterująca

System przerwań

sprzętowych IRQ

Uniwersalne porty wejścia/wyjścia

System mikroprocesorowy na mikrokontrolerze

MIKROKONTROLER – (ang. MicroComputer System) Wszystkie podstawowe elementy systemu w jednym układzie scalonym

3


System mikroprocesorowy na mikroprocesorze

Mikroprocesor (Jednostka centralna)

CPU

Pamięć programu ROM

Pamięć danych RAM

Generator zegarowy

fx

Szyna adresowa

Szyna danych

Reset

Szyna sterująca

Port szeregowe

Port równoległe

System przerwań sprzętowych IRQ

Kontroler DMA

Przetwornik A/C

Przetwornik C/A

4

2015-01-22

3

Rozbudowa gotowego systemu mikroprocesorowego

• W pełni zdolne i gotowe do działania systemy mikroprocesorowe, np. sterowniki typu PLC, też mają możliwość dołączania dodatkowych modułów rozszerzających funkcjonalność samego sterownika przemysłowego.

• Jeżeli producent przewidział taką możliwość, to za pomocą interfejsów równoległych lub szeregowych można zainstalować dodatkowe logiczne moduły wejścia/wyjścia, moduły wejść lub wyjść analogowych, moduły do pomiaru temperatury.

• Większość sterowników PLC ma możliwość podłączenia do zewnętrznego panelu operatorskiego za pomocą portu szeregowego.


Elementy i układy najczęściej podłączane do systemu mikroprocesorowego

Podstawowe elementy systemu • Dodatkowa pamięć programu ROM (EPROM, Flash, FRAM) • Dodatkowa pamięć danych RAM (SRAM, DRAM) • Szeregowa pamięć danych EEPROM (interfejs SPI, I2C) • Karty pamięci masowych np. typu SD • Porty równoległe (wejściowe i wyjściowe) • Porty szeregowe (UART, SPI, I2C, CAN, USB, Ethernet) • Przetwornik analogowo-cyfrowy (interfejs równoległy lub

szeregowy) • Przetwornik cyfrowy-analogowo (interfejs równoległy lub

szeregowy)


2015-01-22

4

Elementy i układy najczęściej podłączane do systemu mikroprocesorowego

Pozostałe układy i urządzenia

• Elementy do wprowadzania danych (przyciski , klawiatura 4x4, pełna klawiatura) • Lampki, kontrolki, diody LED, • Wyświetlacze LED, 7-segmentowe, matrycowe, (mono, kolor) • Wyświetlacze tekstowe LCD, OLED, fluorescencyjne, próżniowe wyświetlacze VFD • Wyświetlacze graficzne LCD, OLED , fluorescencyjne, próżniowe wyświetlacze VFD • Moduły kamer cyfrowych • Panele dotykowe • Czujniki dwustanowe, (wył. krańcowe, czujniki indukcyjne, optyczne,

pojemnościowe, ...) • Elementy wykonawcze (przekaźniki elektromechaniczne, półprzewodnikowe,

elektrozawory, małe silniki elektryczne) • Moduły radiowe, (443MHz, 868MHz, 2.4GHz, GPS, GSM, ZigBee, Wi-Fi) • Czujniki temperatury RTD, termopary, czujniki półprzewodnikowe, • Zegary czasu rzeczywistego RTC (12/24 godzinne) • Czujniki przyspieszenia, czujniki położenia • Czytniki pamięci masowych (USB, CF, SD, MMC, MS, SM, microSD)


Podłączanie zewnętrznych układów

Do systemu mikroprocesorowego można podłączyć zewnętrzne elementy lub układy na kilka sposobów:

1. Za pomocą sprzętowej zewnętrznej szyny danych, szyny adresowej i szyny sterującej. Wtedy do zapisu lub odczytu danych używa się gotowych rozkazów mikroprocesora/mikrokontrolera.

2. Za pomocą programowej zewnętrznej szyny danych, zewnętrznej szyny adresowej i zewnętrznej szyny sterującej zrealizowanej za pomocą równoległych portów I/O. Wtedy do zapisu lub odczytu danych należy napisać procedury.

3. Za pomocą równoległych portów I/O, zapis lub odczyt poprzez odpowiednie sterowanie poszczególnych końcówek portu.

4. Za pomocą interfejsów szeregowych sprzętowych lub interfejsów szeregowych programowych.


2015-01-22

5

• Ta metoda zapewnia najszybszy dostęp do podłączonego układu lub urządzenia.

• Wystarczy jeden rozkaz jednostki CPU do zapisu lub odczytu.

• Jeżeli jest kilka układów I/O należy je wyposażyć w dekoder adresu.

• Jest to najlepszy sposób do podłączenia zewnętrznej pamięci ROM i RAM.

• Korzystając z takiej możliwości należy pamiętać o tzw. „wolnych” układach typu I/O, np. wyświetlacze LCD, które wymagają odpowiednio dłuższych czasów zapisu lub odczytu, wymaga to użycia dłuższych czasów sygnałów zapisu lub odczytu, tzw. wait-states.

Podłączanie zewnętrznych układów sprzętowa zewnętrzna szyny danych, szyna adresowa i szyna sterująca


Podstawowy system mikroprocesorowy – podłączenie za pomocą szyny danych, adresowej i sterującej

Mikroprocesor ROM RAM I/O

Szyna danych

Szyna adresowa

/IOWR

/IORD

/MEMWR

/MEMRD

/ROMRD


Szyna sterująca

Dekoder adresu

Układ wejścia/wyjścia

10

2015-01-22

6

Układy, urządzenia w komputerze klasy PC


Przykład rozmieszczenia układów i urządzeń w przestrzeni adresowej pamięci danych w komputerze PC


2015-01-22

7

Przykład rozmieszczenia układów i urządzeń w przestrzeni adresowej układów I/O w komputerze PC


• Tej metody najczęściej się używa do małej liczby zewnętrznych układów wejścia/wyjścia,

• wymagane jest napisanie programu do obsługi programowej szyny danych, szyny adresowej i szyny sterującej,

• Jest możliwość kontrolowania czasów zapisu i odczytu

• Ta metoda jest stosowania w mikrokontrolerach, które nie mają zewnętrznej sprzętowej szyny danych, adresowej i sterującej

Podłączanie zewnętrznych układów programowa zewnętrzna szyny danych, szyna adresowa i szyna sterująca


2015-01-22

8

• Metoda najczęściej używana do małej liczby zewnętrznych układów wejścia/wyjścia,

• umożliwia ustawianie pojedynczych bitów i kontrolowanie czasów trwania stanów zapisu/odczytu.

• przy kilku układach I/O wymagana jest odpowiednia liczba końcówek w mikrokontrolerze,

• każdy układ I/O wymaga napisania programu do jego obsługi,

• w ten sposób podłącza się np. wyświetlacze LCD tekstowe lub graficzne, klawiaturę itp.

Podłączanie zewnętrznych układów równoległe porty wejścia/wyjścia w mikrokontrolerze


• Dzięki tej metodzie można podłączyć większą liczbę układów I/O, które są wyposażone w interfejs do transmisji szeregowej,

• szybkość wymiany danych może być mniejsza w porównaniu z sprzętową szyną danych,

• podłączenie w ten sposób upraszcza podłączenie elektryczne układów, mniejsza liczba połączeń elektrycznych,

• wymagana jest minimalna liczba końcówek mikrokontrolera do obsługi zewnętrznych układów,

• oprogramowanie wymaga wstępnego zaprogramowania wybranego portu szeregowego a później tylko zapis lub odczyt wybranych rejestrów portu w celu zapisu lub odczytu odebranych danych,

• do tego celu najczęściej używa się interfejsów typu I2C, SPI, Microwire, 1-wire

Podłączanie zewnętrznych układów sprzętowy port szeregowy w mikrokontrolerze


2015-01-22

9

Podłączanie zewnętrznych układów programowy port szeregowy w mikrokontrolerze

• W tej metodzie w sposób programowy następuje obsługa portu szeregowego,

• powoduje to spowolnienie wymiany danych i większość obciążalność jednostki CPU na obsługę, np. generowanie sygnału zegarowego,

• pozostałe właściwości tej metody są podobne jak wymiana danych za pomocą sprzętowego portu szeregowego,

• tą metodę można użyć w prostym mikrokontrolerze, który np. nie posiada portu typu I2C, SM-Bus, SPI,


Podstawowy system mikroprocesorowy z układem rozdzielającym szynę danych i szynę adresową

Mikroprocesor/ mikrokontroler /IOWR

/IORD

/MEMWR

/MEMRD

/ROMRD

Rejestr zatrzaskowy

Szyna danych

ALE

Szyna adresowa

Multipleksowana szyna danych i szyna adresowa

Dane/Adres

Adres


Szyna danych

18

2015-01-22

10

Podstawowa struktura systemu na mikroprocesorze typu Intel 8086

Szyna danych

Szyna adresowa

Szyna sterująca

Sygnały do zapisu/odczytu pamięci

Sygnały do zapisu/odczytu układów I/O


Podłączanie pamięci ROM i RAM

• Zewnętrzną pamięć programu ROM można podłączyć do systemu za pomocą szyny danych, szyny adresowej i szyny sterującej. Jest to najlepszy sposób i zapewnia szybki dostęp do pamięci programu.

• Zewnętrzną pamięć danych RAM można podłączyć do systemu za pomocą szyny danych, szyny adresowej i szyny sterującej. Jest to najlepszy sposób i zapewnia szybki dostęp do pamięci.

• Pamięć danych, najczęściej typu EEPROM lub typu Flash można podłączyć do systemu za pomocą interfejsu szeregowego np. typu I2C, SPI, 1-Wire. Taka pamięć jest nieulotna i służy do zapamiętywania tylko wybranych danych, parametrów, nastaw, haseł dostępu, itp.


2015-01-22

11

Podstawowa konfiguracja mikrokontrolera 8051/8052

Vcc

C2

24pF

+C3

1uF/16VS1

RESET

C40.1uF

U1

8052

EA/VP31 X

119

X2

18

RESET9

P3.2/INT012

P3.3/INT113

P3.4/T014

P3.5/T115

P1.0/T21

P1.1/T2EX2

P1.23

P1.34

P1.45

P1.56

P1.67

P1.78

P0.0/AD039

P0.1/AD138

P0.2/AD237

P0.3/AD336

P0.4/AD435

P0.5/AD534

P0.6/AD633

P0.7/AD732

P2.0/A821

P2.1/A922

P2.2/A1023

P2.3/A1124

P2.4/A1225

P2.5/A1326

P2.6/A1427

P2.7/A1528

P3.7/RD17 P3.6/WR16

PSEN29

ALE/P30

P3.1/TXD11 P3.0/RXD10

VCC40

VSS20

Vcc

RESET

Y1

12MHz

C1

24pF

R110k

Vcc

Wszystkie końcówki portów I/O do wykorzystania, Możliwość stworzenia zewnętrznej szyny danych, szyny adresowej i szyny sterującej.

Przy podłączaniu odbiorników do wyjść mikrokontrolera należy pamiętać o maksymalnym prądzie obciążenia końcówki (max prąd wpływający i wypływający).


Podłączenie do 8051 zewnętrznej pamięci ROM i zewnętrznej pamięci RAM

A7

D0D1

D3

D5D4

D2

D6

A10A9

A11

D0

A8

A15

A12A13A14

ROM

RAM1

D0

D2

D1

A9

D4

D6D5

D2

A10

D3

A11

D4

A12

U6 74LS573

D12

D23

D34

D45

D56

D67

D78

D89

C11

OC1

Q119

Q218

Q317

Q416

Q515

Q614

Q713

Q812

D5

A13

A1A2

A5

A7A6

A4A3

D6

A14

D7

A15

A15

D0

A[0..15]

D1D2

A0

D3

A1

D4

A2

D5

A3

D6

A4

D7

A5A6A7

1

A8A9A10A11A12A13A14

D7

RESET

+C16

1uF/16V

R2910k D25

1N4148

Vcc

S33

RESET

A0 A0A1

A3

A6

A2

A5A4

/PSEN

/RD/WR

D[0..7]

adres pamięciROM od 0000h do FFFFh

U3

62256

A010

A19

A28

A37

A46

A55

A64

A73

A825

A924

A1021

A1123

A122

A1326

A141

CE20

OE22

WE27

D011

D112

D213

D315

D416

D517

D618

D719

C2

24pF

D1

/PSEN

Vcc

D7

Szyna adresowa

VccX2

Szyna danych

/WR

Y111.0592MHz

Bufor zatrzaskowy

Mikrokontrolerz rodziny 8051

U2

27C512

A010

A19

A28

A37

A46

A55

A64

A73

A825

A924

A1021

A1123

A122

A1326

CE20OE/VPP22A14

27

A151

O011

O112

O213

O315

O416

O517

O618

O719

/RD

C1

24pF

J1D3

ALE

C100.1uF

A8

U1

80C32

EA/VP31

X1

19

X2

18

RESET9

INT0/P3.212

INT1/P3.313

T0/P3.414

T1/P3.515

P1.0/T21

P1.1/T2EX2

P1.23

P1.34

P1.45

P1.56

P1.67

P1.78

P0.039

P0.138

P0.237

P0.336

P0.435

P0.534

P0.633

P0.732

P2.021

P2.122

P2.223

P2.324

P2.425

P2.526

P2.627

P2.728

P3.7/RD17

P3.6/WR16

PSEN29

ALE/P30

P3.1/TXD11

P3.0/RXD10

VC

C40

VS

S20

Podłączenie zewnętrznej pamięciprogramu (64kB) i zewnętrznejpamięci danych (32kB)

adres pamięci RAM od 0000h do 7FFFhSemestr zimowy 2014/2015, WIEiK- PK 22

2015-01-22

12

Parametry czasowe do zapisu lub odczytu pamięci i układów I/O

Odczyt pamięci ROM w 8051


Zapis pamięci RAM w 8051


2015-01-22

13

Odczyt pamięci RAM w 8051


U8A74LS04

12

A15

Szyna adresowa

Y1

8MHz

A12

ICP

A12

D1

C2

24pF

/RD

/WR

D0

D7

Vcc

D6A5

U362256

A010

A19

A28

A37

A46

A55

A64

A73

A825

A924

A1021

A1123

A122

A1326

A141

CE20

OE22

WE27

D011

D112

D213

D315

D416

D517

D618

D719

adres pamięci RAMod 8000h do FFFFh

ALE

A2

A0

A8A9

D3

A5

D4D3

D7

PB3

A11

A13

A4

D6

/WR

Vcc

/RD

OC1B

/A15

D5

/WR

D7

C1

24pF

D5

C100.1uF

R110k

Podłączenie zewnętrznejpamięci danych 64kB (2x32kB)

A14

A10

A14

Szyna danych

A4

A6

A10

A0

D0

D4

C30.1uF

X1

INT0

PD5

A3

A13

D2

A0

D3

INT1

A15

U6 74LS573

D12

D23

D34

D45

D56

D67

D78

D89

C11

OC1

Q119

Q218

Q317

Q416

Q515

Q614

Q713

Q812

/RD

D5D2

Tx

D2

PB6

D7

D1

U1

AT90S8515/PLCC44

ICP35

XT

AL1

21

XT

AL2

20

RESET10

PD2/INT014PD3/INT115PD416PD5/OC1A17

PB0/T02

PB1/T13

PB2/AIN04

PB3/AIN15

PB4/SS6

PB5/MOSI7

PB6/MISO8

PB7/SCK9

PA0/AD043

PA1/AD142

PA2/AD241

PA3/AD340

PA4/AD439

PA5/AD538

PA6/AD637

PA7/AD736

PC0/A824

PC1/A925

PC2/A1026

PC3/A1127

PC4/A1228

PC5/A1329

PC6/A1430

PC7/A1531

PD7/RD19

PD6/WR18

OC1B32

ALE33

PD1/TXD13

PD0/RXD11

VCC44

GND22

A11/RESET

PB4A2

D5

A7

Bufor zatrzaskowy

A8

A14

PB7

A8

A5

A9

PB2

PB5

D3D4

D0

D2

A1

D[0..7]

PD4

A4D1 D4

A[0..15]

+

C12100uF/10V

A1

RAM1

X2

A9

A6A7

A10

A1

Rx

A2

ALE

A3

RAM2

D1

A6

D6

A3

A11

PB0

D6

MikrokontrolerD0

U462256

A010

A19

A28

A37

A46

A55

A64

A73

A825

A924

A1021

A1123

A122

A1326

A141

CE20

OE22

WE27

D011

D112

D213

D315

D416

D517

D618

D719

PB1

A7

adres pamięci RAM od 260h do 7FFFh

A13A12

Podłączenie zewnętrznej pamięci RAM do mikrokontrolera typu AVR, ATMEGA8515


2015-01-22

14

/RD/WR

BANK

Vcc

U1

628128

A012

A111

A210

A39

A48

A57

A66

A75

A827

A926

A1023

A1125

A124

A1328

A143

A1531

A162

CS122

CS230

OE24

WE29

D013

D114

D215

D317

D418

D519

D620

D721

A6

A15

D2

A4D4

A7

D7

D0

D5

D1

D1

U6 74LS573

D12

D23

D34

D45

D56

D67

D78

D89

C11

OC1

Q119

Q218

Q317

Q416

Q515

Q614

Q713

Q812

D2

A2

A5

A11

/PSEN

A7

D3

C2

24pF

D0

D3

A12

1

D5

A14

D4

Vcc

ALE

Podłączenie zewnętrznej pamięciprogramu (64kB) i zewnętrznejpamięci danych (128kB)

A0

A7

A12

D6

A3

A8

A4

D1

A13

A9

C1

24pF

D6

A3

D4A5

adres pamięciRAM od 0000h doFFFFh

A11

D4

A13

RAM1

A8

A8

A13

Szyna adresowa

D2

ROM

A9

A[0..15]

D0

C100.1uF

D2A2A1

D0

A10

D7

A4

D7

adres pamięciROM od 0000h doFFFFhD6

D7

A0

J1

A6

D5

A0

A14

A9

A3

/WR

A14

D5

/RD

A10

D3

VccA1

Szyna danychD[0..7]

X2

D3

A5

Bufor zatrzaskowy

D1

Y111.0592MHz

A12

/PSEN

D6

A1

U1

80C32

EA/VP31

X1

19

X2

18

RESET9

INT0/P3.212

INT1/P3.313

T0/P3.414

T1/P3.515

P1.0/T21

P1.1/T2EX2

P1.23

P1.34

P1.45

P1.56

P1.67

P1.78

P0.039

P0.138

P0.237

P0.336

P0.435

P0.534

P0.633

P0.732

P2.021

P2.122

P2.223

P2.324

P2.425

P2.526

P2.627

P2.728

P3.7/RD17

P3.6/WR16

PSEN29

ALE/P30

P3.1/TXD11

P3.0/RXD10

VC

C40

VS

S20

U2

27C512

A010

A19

A28

A37

A46

A55

A64

A73

A825

A924

A1021

A1123

A122

A1326

CE20OE/VPP22A14

27

A151

O011

O112

O213

O315

O416

O517

O618

O719

Mikrokontrolerz rodziny 8051

A15

A11

A15

A6

A10

A2

128kB

Sygnał wyboru

banku pamięci

RAM

RESET

+C18

1uF/16V

R3110k D27

1N4148

Vcc

S35

RESET

Podłączenie do 8051 zewnętrznej pamięci ROM (64kB) i zewnętrznej pamięci RAM (128kB)


Pamięć

RA

M1

C11 0.1uF

Szyna adresowa

Y1

16MHz

C1

22pF 22pF

Vcc

PF0

PF2PF1

PF3

A0

A2A1

PF4

A3

PF5

A5A4

A7A6

PF6

+

C91uF/10V

PF7

AVREF

ALE

AVCC

R3

100

Vcc

Mikrokontroler

A0A1

A3A2

A5A4

A7A6

A9A8

A11A10

/RESET

A12A13

U2628128

A012

A111

A210

A39

A48

A57

A66

A75

A827

A926

A1023

A1125

A124

A1328

A143

A1531

A162

CS122

CS230

OE24

WE29

D013

D114

D215

D317

D418

D519

D620

D721

VC

C32

GN

D16

NC1

A15A14

AD0AD0AD1

AD1AD3AD2AD2

PD0

AD3 AD4

AD6AD5

AD7

PD1

AD4

PD2

AD5AD6

PD3

/RD

AD7

/WR

/PENP14

PD4

AD1

PD5

AD0

AD2

Vcc

AD3

PD6

AD4AD5AD6

PD7

AD7

PB0

C70.1uF

+

C10100uF/10V

PB1PB2PB3

R910k

PB4

Vcc

PB5PB6

AD[0..7]

PB7

R11 10k

Vcc

S7

RESET

Vcc

J44

RAM

12

U1

ATMEGA128

PB0/SS10

PB1/SCK11

PB2/MOSI12

PB3/MISO13

PB4/OC014

PB5/OC1A15

PB6/OC1B16

PB7/OC2/OC1C17

XT

AL1

24

XT

AL2

23

PD0/SCL/INT025

PD1/SDA/INT126

PD2/RXD1/INT227

PD3/TXD1/INT328

PD4/ICP129

PD5/XCK130

PD6/T131

PD7/T232

VC

C21

GN

D53

PF0/ADC061

PF1/ADC160

PF2/ADC259

PF3/ADC358

PF4/ADC4/TCK57

PF5/ADC5/TMS56

PF6/ADC6/TDO55

PF7/ADC7/TDI54

AVREF62

AGND63

AVCC64

PC0/A835

PC1/A936

PC2/A1037

PC3/A1138

PC6/A1441

PC7/A1542

PC4/A1239

PC5/A1340

RESET20

PA0/AD051

PA1/AD150

PA2/AD249

PA3/AD348

PA4/AD447

PA5/AD546

PA6/AD645

PA7/AD744

PG2/ALE43PG1/RD34PG0/WR33

PG3/TOSC218

PG4/TOSC119

GN

D22

VC

C52

PE0/RXD0/PDI2

PE1/TXD0/PDO3

PE2/AIN0/XCK04

PE3/AIN1/OC3A5

PE4/INT4/OC3B6

PE5/INT5/OC3C7

PE6/INT6/T38

PE7/INT7/ICP39

PEN1

U3

74HCT573

D12

D23

D34

D45

D56

D67

D78

D89

C11

OC1

Q119

Q218

Q317

Q416

Q515

Q614

Q713

Q812

R710k

R610k

A17A16

VccPE2

A8

PE3

A10A9

A11A12A13A14A15

/WR

Y3 32768Hz

/RD

C80.1uF

L1

10uH

ALE

PG4PG3

PE0

Szyna danych

PE1

PE4PE5

PE7PE6

Wybór sygnału

wyboru banku

pamięci

Podłączenie zewnętrznej pamięci RAM do mikrokontrolera typu AVR, ATMEGA128


2015-01-22

15

Dekoder adresu

U7

GAL22V10

I/CLK1

I2

I3

I4

I5

I6

I/O/Q14

I/O/Q15

I/O/Q16

I/O/Q17

I/O/Q19

I/O/Q20

I/O/Q21

I/O/Q22

I/O/Q18

I/O/Q23

I7

I8

I9

I10

I11

I13

/CSRAM

/OERAM

CSLCD

/CSIN

/CS2

CSOUT

/PSEN /CS1

/OEROM

/WR/RD

A13

A9

A12

A15A14

A11

A7

A10

A6

A8

Vcc

Dekoder adresu na układzie programowalnym typu GAL22V10

VCC

adr7adr6adr5

adr3adr4

adr2

adr0adr1

/EEXRD

/EEXWR

/EEXRD

/EEXWR

U27B

74HCT32

4

56

U27D

74HCT32

12

1311

U28C

74HCT32

9

108

U28D

74HCT32

12

1311

U3 74HCT688

P02

P14

P26

P38

P411

P513

P615

P717

P=Q19

G1

Q03

Q15

Q27

Q39

Q412

Q514

Q616

Q718

R78x4k7

C1

12

23

34

45

56

67

78

89

U6C74HCT00

9

108

U29B

74HCT00

4

56

U29D74HCT00

12

1311

SW1

SW DIP-5

12345

109876

Dekoder adresu na typowych układach logicznych Semestr zimowy 2014/2015, WIEiK- PK

Podłączenie układów lub urządzeń (ROM, RAM, I/O) do szyny danych, szyny adresowej i szyny sterującej wymaga aby każdy układ miał dekoder adresu, który rozpoznaje adresy i operację zapisu lub odczytu.

29

Szeregowe pamięci EEPROM

P1.0

P1.3P1.2

P1.1

AT93CXX

U2

CS1

CLK2

DI3

DO4

VSS5

ORG6

VCC8

DC7

VCC

P1.1P1.0

P1.2

AT93CXX

U1

CS1

CLK2

DI3

DO4

VSS5

ORG6

VCC8

DC7

VCC

U1

AT24CXX

A01

A12

A23

GND4

SDA5

SCL6

WP7

VCC8

VCC

VCC

R14.7k

R24.7k

P1.0

P1.1

U1

AT25010

CS1

SO2

WP3

VSS4SI

5

SCK6

HOLD7

VCC8

VCC

P1.1P1.0

P1.2P1.3

U2

AT25010

CS1

SO2

WP3

VSS4SI

5

SCK6

HOLD7

VCC8

VCC

P1.2

P1.1P1.0

240

Podłączenie pamięci typu I2C (2-wire Bus)

Podłączenie pamięci typu 3-wire Bus, SPI

Podłączenie pamięci typu SPI (4-wire Bus)


PB1

/RESET

PB3PB2

PB4

Pamięć Data Flash EEPROMU12LP2950ACZ-3.3

OUTIN

GN

D

C240.1uF

+

C2210uF/16V

Vcc

C230.1uF

3.3V

U13

AT45D011

SI1

CS4 RST

3

SCLK2

SO8 WP

5

GN

D7

Vcc

6

/RESET

R30 10k

Vcc

Podłączenie pamięci typu Flash, 3-wire Bus SPI

Obudowa DIP8, SO8, TSSOP8, MSOP8

30

2015-01-22

16


Podłączanie przetworników A/C do systemu

UWE

A/C

AGND

MCU N-bit

VREF

DGND

EOC

START

DATA

Przetwornik A/C z wyjściem szeregowym, typu SPI

UWE

A/C

AGND

MCU

VREF

DGND

MISO

Przetwornik A/C z wyjściem równoległym

/CS

MOSI

SCK

AGND

MCU

VREF

DGND

EOC

START

DATA

Czterokanałowy przetwornik A/C z wyjściem równoległym

N-bit MUX

A/C

U1WE

U2WE

U3WE

U4WE

AGND

MCU

VREF

DGND

Czterokanałowy przetwornik A/C z wyjściem szeregowym typu I2C

MUX A/C

U1WE

U2WE

U3WE

U4WE

SDA

SCL

31


Podłączanie przetworników C/A

Uwy

C/A

AGND

MCU

N-bit

VREF

DGND

WPIS

DATA

Przetwornik C/A z wejściem równoległym

C/A 1

AGND

MCU

VREF

DGND

Cztero-kanałowy przetwornik C/A z wejściem szeregowym typu SPI

MISO

/CS

MOSI

SCK

Uwy

C/A

AGND

MCU

VREF

DGND

Przetwornik C/A z wejściem szeregowym typu SPI

MISO

/CS

MOSI

SCK

C/A 2

C/A 3

C/A 4

U1wy

U2wy

U3wy

U4wy

32

2015-01-22

17

Przetwornik A/C, C/A


Podłączenie dwóch układów typu MCP4822 (2x C/A 12-bit)

po interfejsie SPI

Podłączenie układów typu AD7675 (A/C 16-bit)

po interfejsie SPI

33

Zegar czasu rzeczywistego RTC z dostępem szeregowym

U1

PCF8573

A01

A12

TEST12

PFIN7

EXTPF6

COMP3

VSS115

VSS28

FSET11

MIN9

SEC10

VDD16

OSC113

OSC014

SCL5

SDA4

BT1

3.6VY1

32.768kHz

C1

30pF

C20.1uF

D2

BAT42

D11N4148

VCC

P1.1P1.0 VCC

BT1

3.6V

C20.1uF

D1 1N4148

D2 BAT42

VCC

R24.7k

R14.7k

U1

PCF8583

SCL6

SDA5

A03

OSCO2

OSCI1

GN

D4

Vdd

8

INT7

Y132kHz

C110pF

P1.1

P1.0

Podłączenie układów RTC za pomocą interfejsu I2C


2015-01-22

18

Dodatkowe porty wejścia/wyjścia

U2A74HCT02

2

31

U1

74HCT573

D12

D23

D34

D45

D56

D67

D78

D89

C11

OC1

Q119

Q218

Q317

Q416

Q515

Q614

Q713

Q812

D2D1D0

D7D6D5D4D3

/CS

U3

74HCT541

A12

A23

A34

A45

A56

A67

A78

A89

G11

G219

Y118

Y217

Y316

Y415

Y514

Y613

Y712

Y811

8-bitowy PORT WYJSCIOWY

8-bitowy PORT WEJSCIOWY

/RD

/WR

D1D0

D5D4D3D2

D7D6

U4

74HCT574

D12

D23

D34

D45

D56

D67

D78

D89

CLK11

OC1

Q119

Q218

Q317

Q416

Q515

Q614

Q713

Q812

U5

74HCT245

A12

A23

A34

A45

A56

A67

A78

A89

G19

DIR1

B118

B217

B316

B415

B514

B613

B712

B811

/RD

ba

U6A

74HCT32

1

23

U6B

74HCT32

4

56

IN1IN2IN3

IN6IN5IN4

IN8IN7

OUT1

OUT3OUT2

OUT6OUT5OUT4

OUT8OUT7

IN3

IN1

IN7IN6IN5IN4

OUT2OUT1

IN2

IN8

OUT6OUT5OUT4OUT3

OUT8OUT7

D1D0

D5D4D3D2

/CS

D7D6

/WR

D3D2D1D0

D7D6D5D4

Prosta realizacja dodatkowych 8-bitowych portów I/O,


Alfanumeryczny wyświetlacz LCD

MODUŁ

LCD

W1

GND1

VCC2

VO3

RS4 R/W5 EN6

D07

D18

D29

D310

D411

D512

D613

D714

+5V

R110k

D2

D0

D7

D4

D6

D1

D3

A1

D5

A0

U13A

74HCT00

1

23

U12A

74HCT00

1

23

U11A

74HCT00

1

23

U9A 74HCT001

23

/WR

/CS

/RD

+5V

MODUŁ

LCD

W1

GND1

VCC2

VO3

RS4 R/W5 EN6

D07

D18

D29

D310

D411

D512

D613

D714

R110k

P3.2P3.3

P1.6P1.5P1.4

P3.4

P1.2P1.1P1.0

P1.7

P1.3

LCD podłączony do szyny danych,

szyny adresowej i szyny sterującej.

Tryb pracy 8-bitowy

LCD podłączony bezpośrednio do portów I/O,

tryb pracy 8-bitowy

LCD podłączony bezpośrednio do portów I/O,

tryb pracy 4-bitowy


+5V

MODUŁ

LCD

W1

GND1

VCC2

VO3

RS4 R/W5 EN6

D07

D18

D29

D310

D411

D512

D613

D714

LED-A15

LED-K16

+5V

R110k

R2

2

EN

D6D5D4

RS

D7

36

2015-01-22

19

Graficzny wyświetlacz LCD


R110k

MODUŁ

GRAFICZNY

LCD

W1

GND2

VCC3

-V4

RD6 WR5 CE7

D011

D112

D213

D314

D415

D516

D617

D718

C/D8

FG1

FS19

RST10

-9V

/RD

P3.5/WR

P1.5P1.6

P1.4

P1.7

P1.3P1.2P1.1P1.0

Reset LCD

P3.2

P3.4

+5V

LCD podłączony do szyny danych, szyny adresowej i szyny sterującej. Tryb pracy 8-bitowy

LCD podłączony bezpośrednio do portów I/O, tryb pracy 8-bitowy

37

Przejście z interfejsu szeregowego na równoległy

INT

U1

PCF8574

A01

A12

A23

P04

P15

P26

P37

VS

S8

P49

P510

P611

P712

INT13

SCL14

SDA15

VC

C1

6

P1.0P1P0

P7P6P5P4P3P2

Vcc

R14.7k

R24.7k

VCC

P1.1

VCC

Expander interfejsu I2C na 8-bitowy równoległy port

wejścia/wyjścia


MODUŁ

LCD

W1

GND1

VCC2

VO3

RS4 R/W5 EN6

D07

D18

D29

D310

D411

D512

D613

D714

R110k

+5V

P7

VCCVCC

Vcc

R24.7k

R14.7k U1

PCF8574

A01

A12

A23

P04

P15

P26

P37

VS

S8

P49

P510

P611

P712

INT13

SCL14

SDA15

VC

C16

P1.0

P6P5P4P1.1

Expander interfejsu I2C do sterowania wyświetlaczem LCD

38

2015-01-22

20

Przejście z interfejsu szeregowego na równoległy

Expander magistrali I2C lub SPI na 16-bitowy równoległy port wejścia/wyjścia, firmy Microchip


Przyciski i klawiatury


S2

S1

S6

S5

S4

S3

S8

S7

P1.0

P1.3

P1.2

P1.6

P1.5

P1.7

ab

P1.4

P1.1

P1.5P1.6

P1.4

S1

S9

S5

S2

S13

S3

S14

S10

S6

S4

S15

S11

S7

S16

S12

S8

P1.7

P1.0

P1.2

P1.1

P1.3

VCC

do w ejścia S36

R110k

Konfiguracja klawiatury matrycowej Konfiguracja klawiatury 8-stykowej

Pojedynczy styk

40

2015-01-22

21

Przekaźniki


K1

przekaznik

Q1NPN

D2

1N4005 R1820

R2

3.3k

+12V

P1.0

D1

LED

+12V K2

przekaźnik

+12V

+12V

U1

ULN2803A

I11

I22

I33

I44

I55

I66

I77

O118

O217

O316

O415

O514

O613

O712

COM10

GND9

I88

O811

P1.3P1.2P1.1P1.0

P1.7P1.6P1.5P1.4

D3LED

R3 560

ŻARÓWKA

M1

MOTOR ACJ4

220V/50Hz

12

Sterowanie przekaźnikiem elektromagnetycznym wymaga dodatkowego obwodu wzmacniającego

Układ z tranzystorem NPN, włączenie stanem logicznym ‘1’

Rozwiązanie z specjalizowanym układem scalonym ,

włączenie stanem logicznym ‘1’

Sterowanie przekaźnikiem półprzewodnikowym (SSR) na +5V,

bezpośrednio z mikrokontrolera

włączenie stanem logicznym ‘0’

+5V

LEDD2

R2

51

Led

41

Diody LED i wyświetlacze LED


R2

4.7kR1

4.7k

P1.1

R2

330

Q1BC

Vcc

D1

LED

VCC

A

B

C

DE

GK

F

W1

3

8

764219

105

P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0

P1.7P1.6P1.5

8x560

U1 7447

BI/RBO4

A7

B1

C2

D6

A13

B12

C11

D10

E9

F15

G14

LT3

RBI5

A

B

C

DE

GK

F

W1

3

8

764219

105

VCC

VCC

P1.3P1.2P1.1P1.0

VCCP1.4

P1.7P1.6P1.5

A

B

C

DE

GK

F

W2

3

8

764219

105

U2 7447

BI/RBO4

A7

B1

C2

D6

A13

B12

C11

D10

E9

F15

G14

LT3

RBI5

VCC

LEDD1

R1

510

+5V

LEDD2

Led

Q1NPN

Vcc>+5V

LEDD3

R32

1kR2

510

Led

Led

Sterowanie stanem logicznym ‘0’

Sterowanie stanem logicznym ‘1’

Sterowanie stanem logicznym ‘1’ dla napięcia zasilania > +5V i większy

prąd wyjściowy

Pojedynczy wyświetlacz 7-segmentowych

Zespół dwóch wyświetlaczy 7-segmentowych

Sterowanie stanem logicznym ‘0’, większy

prąd wyjściowy

42

2015-01-22

22

Wyświetlacze LED


P3.4

P1.1P1.0

P3.7P3.6P3.5

P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2

P1.7

8x180

Wspólna anoda

VCC

VCC

A B C D E G KF

COM

W23 8

7 6 4 2 1 910 5

U1

74LS145

A15

B14

C13

D12

01

12

23

34

45

56

67

79

810

911

A B C D E G KF

COM

W13 8

7 6 4 2 1 910 5

A B C D E G KF

COM

W63 8

7 6 4 2 1 910 5

A B C D E G KF

COM

W53 8

7 6 4 2 1 910 5

A B C D E G KF

COM

W43 8

7 6 4 2 1 910 5

A B C D E G KF

COM

W33 8

7 6 4 2 1 910 5

U2

ULN2803A

I11

I22

I33

I44

I55

I66

I77

O118

O217

O316

O415

O514

O613

O712

COM10

GND9

I88

O811

R5

3kQ1PNP

Q2PNP

Q3PNP

R7 R11

Q4PNP

R9

Q6PNP

Q5PNP

R13 R15

Zespół 6 wyświetlaczy 7-segmentowych, sterowanie multipleksowe

43

Wejścia logiczne


U1B

74LS14

34R3 560

D21N4148

D11N4148

+5V

wejscie/wejscie

a/wejscie

bR5 560

U1C

74LS14

56wejscie

D3

4.7V

ISO2

R42k

+5V

R6560 wejscie

U1D74LS14

98

+5V wejscieR1560

ISO1

R22kU1A

74LS14

12wejscie

b

/wejscie

a

Wejścia logiczne bez izolacji galwanicznej

Wejścia logiczne z izolacją galwaniczną

44

2015-01-22

23

Wyjście z optoizolacją


obciążenie

+5V

Q1

BC547

R3 330

R1

5.1kC110nF/400V

Q8TRIAK

R4 51

obciążenie

220V/50HzR5470/1W

P1.1

MT2

G

MT2

G

MT1

MT1

R2

470

a

b

CIRCUIT

CROSS

ZERO

U1MOC30411

2

6

4

U1MOC3023

1

2

64Q1

BC547

R3 330

R2470

R1

5.1k

P1.1

+5V

Q8TRIAK

R4 51

220V/50HzR5470/1W

C110nF/400V

Sterowanie odbiornikiem mocy typu AC zasilanych z sieci energetycznej 230V/50Hz, włączenie stanem logicznym ‘1’

45

Podsumowanie • Przy projektowaniu i budowie układu sterowania opartego o jakiś system

mikroprocesorowy należy się kierować zasadą, że lepiej wybrać taki typ mikrokontrolera aby posiadał jak najwięcej elementów i układów wymaganych do naszej aplikacji.

• Wybrać taki rodzaj (typ, model) mikrokontrolera, który ma wystarczającą ilość wewnętrznej pamięci programu i pamięci danych. Nie dołączać zewnętrznych pamięci programu.

• Pamięć zewnętrzna danych najczęściej z dostępem szeregowym, nieulotna • Należy wykorzystać jak najwięcej gotowych elementów lub układów do

budowy nowego systemu mikroprocesorowego, które gwarantują poprawne działanie i niezawodność a także łatwiejsze oprogramowanie.

• Zewnętrzne układy i urządzenia najlepiej podłączać do systemu za pomocą interfejsów szeregowych (mniejsza liczba połączeń, mniejsze obudowy). Konstrukcja takiego układu jest prostsza i bardziej niezawodna.

• Przy podłączaniu zewnętrznych sygnałów (logicznych i analogowych) do mikrokontrolera należy pamiętać o maksymalnych wartościach napięć wejściowych.

• Przy podłączaniu odbiorników do wyjść mikrokontrolera należy pamiętać o maksymalnym prądzie obciążenia końcówki (max prąd wpływający i wypływający). Semestr zimowy 2014/2015, WIEiK- PK 46

Podłączanie zewnętrznych układów do systemu …mysinski.wieik.pk.edu.pl/UPCiMCU/Podlaczanie...

Documents

Transcript of Podłączanie zewnętrznych układów do systemu …mysinski.wieik.pk.edu.pl/UPCiMCU/Podlaczanie...