Параллельный порт в микроконтроллерах используется в основном для взаимодействия с внешней памятью данных. Обычно параллельный порт представлен 8-разрядной шиной данных и 16-разрядной шиной адреса. Для реализации обмена используется стандартная схема с сигналами управления RW и WR (архитектура «общая шина»).
Микроконтроллер и внешние устройства соединены при помощи трех шин: шины адреса, шины данных и шины управления. Подобная архитектура микропроцессорной системы называется «общая шина». Общей шиной называется совокупность линий, которая является общей для всех подключенных к ней устройств и служит для передачи информации.
Рис. 4.3 – Структурная схема АЦП контроллера
По шине данных передается информация в микропроцессор и из него. На шину адреса микроконтроллер выводит информацию о номере (адресе) той ячейки памяти или устройства, с которым он собирается производить обмен информацией.
Процесс передачи информации между процессором и периферийными устройствами происходит следующим образом:
- вначале процессор устанавливает на шине адреса адрес того периферийного устройства или ячейки памяти, с которой происходит информационный обмен;
- если на параллельной шине несколько устройств, то необходимо выбирать требуемое устройство ввода-вывода или микросхему памяти, формируя сигнал «CHIP SELECT»;
- на следующем такте процессор выставляет на шину данных информацию;
- далее формирует сигналы, соответствующие требуемому типу информационного обмена на шине управления (WR, RD, IOREQ, MREQ).
Таким образом, операции передачи адреса и данных оказываются разнесенными по времени, что позволяет в некоторых системах использовать для их передачи одну и ту же группу соединительных линий (мультиплексированная шина адреса данных). Так, для реализации параллельного порта в МК используются два порта ввода / вывода: один для выдачи старшего байта адреса, второй для выдачи младшего байта адреса и байта данных. Младший байт адреса защелкивается во внешнем регистре сигналом с выхода микроконтроллера (ALE).
Последовательный порт это канал информационного обмена МК с внешним миром. Такие каналы связи занимают минимальное число выводов кристалла, обеспечивая связь на значительные расстояния с минимальными аппаратными затратами. В большинстве МК реализованы два типа последовательных портов синхронные и асинхронные.
Синхронные последовательные порты в МК наиболее распространены два основных типа синхронных портов:
- I2C это двухпроводная двунаправленная шина;
- SPI это последовательный периферийный трехпроводный интерфейс.
Компания Philips разработала двунаправленную шину из двух проводов для эффективного контроля над интегральными схемами (ИС). Эта шина получила название Inter - IC или I2C. В настоящее время ИС компании Philips используются в более чем 150 видах CMOS и совместимых с шиной I2C двухполюсниках при производстве все трех вышеперечисленных видах продукции. Устройства совместимые с I2C имеют интерфейс прямо на микросхеме, который позволяет им соединяться при помощи шины I2C. Такой способ производства позволяет решить множество проблем, возникающих при проектировании интерфейсов между цифровыми схемами.
Основные характеристики шины I2C, достоинства и недостатки выглядят следующим образом:
- требуются только две линии: Serial Data Line (SDA) и Serial Clock Line (SCL);
- -Каждое устройство, подключенное к шине, имеет свой уникальный адрес. На протяжении всего времени работы шины имеет место простая связь вида master / slave (мастер может работать и как приемник, и как передатчик).
- это действительно мульти - мастер шина, предусматривающая предотвращение ошибок и разрешение конфликтов, когда два или более мастера одновременно пытаются начать передачу данных;
- двунаправленная передача данных (8bit) производится на скоростях до 100 Кб/c в стандартном режиме или до 400 Кб/с в ускоренном режиме;
- максимальное число ИС, одновременно подключенных к шине, ограничивается только максимальной емкостью шины в 400 пФ.
Основные характеристики SPI интерфейса достоинства и недостатки выглядят следующим образом:
- полнодуплексный трехпроводной синхронный обмен данными;
- два режима работы: ведущий (управляет процессом обмена данными и выдает импульсы синхронизации обмена) или ведомый (синхронизируется от ведущего);
- два режима передачи: старшим или младшим битом вперед;
- программируемые скорости обмена;
- прерывание по завершении передачи байта;
- буфер приемника составляет 1 байт;
- -обнаружение ошибки искажения данных при передаче;
- -линия выборки для реализации шинного обмена.
Реализация режимов обмена данными между Master и Slave устройствами по SPI представлена на рис. 4.4.
Рис. 4.4 – Обмен между Master и Slave по SPI
UART это универсальный асинхронный последовательный приемо-передатчик совместим с UART в персональном компьютере и имеет стандартный формат передачи данных(рассмотренный нами в первой главе). На UART реализуются все популярные протоколы в мире встраиваемых систем: Bitbus (последовательная магистраль управления), CAN и Modbus (межконтроллерные сетевые интерфейсы) и многие другие.
Основные характеристики UART:
- скорость передачи до 155 200 кбод;
- формат данных;
- обнаружение ошибок формирования кадра и переполнения;
- фильтрация шума;
- буфер приемника и передатчика;
- три отдельных прерывания: по завершении передачи, по завершении приема и по пустому буферу передатчика.
