Система охранной сигнализации промышленного объекта на базе разнотипных датчиков

     Скорость приема/передачи информации через последовательный порт.

     Скорость  приема/передачи, т.е. частота работы приемопередатчика в различных  режимах, определяется различными способами.

     В режиме 0 частота передачи зависит  только от резонансной частоты кварцевого резонатора f _РЕЗ:

     f=f_РЕЗ/12.

     За  машинный цикл последовательный порт передает один бит информации. В  режимах 1, 2 и 3 скорость приема/передачи зависит от значения управляющего бита SMOD в регистре специальных функций PCON. 

     Таблица 7 – Регистр управления мощностью PCON 

 

     Примечание. При одновременной записи 1 в PD и IDL бит PD имеет преимущество. Сброс  содержимого PCON выполняется путем  загрузки в него кода 0XXX0000.

     В режиме 2 частота передачи определяется выражением

     f =2^SMODf_РЕЗ/64.

     Иными словами, при SMOD = 0 частота передачи равна 1/64 частоты f_РЕЗ, а пои SMOD = 1 — 1/32 частоты f_РЕЗ.

     В режимах 1 и 3 в формировании частоты  передачи, кроме управляющего бита SMOD, принимает участие таймер 1. При  этом частота передачи f зависит от частоты переполнения f_OVLT и определяется следующим образом:

     f=2^SMODf_OVTL1/32

     Прерывание  от таймера 1 в этом случае должно быть заблокировано. Сам же таймер может  работать как в режиме таймера, так  и в режиме счетчика. Номер режима (0, 1, 2) роли не играет. Наиболее типично использование его в режиме таймера с автоперезагрузкой (старшая тетрада TMOD = 0010В). При этом частота передачи определяется выражением:

     f = 2^SMODf_РЕЗ/(32х12х(256 —ТН1)).

     Отметим, что скорости приема и передачи могут различаться.

     Предельно низких частот приемопередачи можно  достичь при использовании таймера  в режиме 1 (16-битный таймер) и разрешении прерываний от таймера (старший полубайт TMOD = 0001В). Перезагрузка 16-битного таймера  должна осуществляться программным путем.

     Система прерываний микроконтроллера 8051.

     Внешние прерывания INT 0 и INT 1 могут быть вызваны  либо уровнем, либо переходом сигнала  из 1 в 0 на входах 8051 в зависимости  от значений управляющих бит IT0 и IT1 в регистре TCON. От внешних прерываний устанавливаются флаги IE0 и IE1 в регистре TCON, которые инициируют вызов соответствующей программы обслуживания прерывания. Сброс этих флагов выполняется аппаратно только в том случае, если прерывание было вызвано по переходу (срезу) сигнала. Если же прерывание вызвано уровнем входного сигнала, то сбросом флага I должна управлять соответствующая подпрограмма обслуживания прерывания путем воздействия на источник прерывания с целью снятия им запроса.

     Флаги запросов прерывания от таймеров TF0 и TF1 сбрасываются автоматически при передаче управления подпрограмме обслуживания. Флаги запросов прерывания RI и TI устанавливаются блоком управления приемопередатчика аппаратно, но сбрасываться должны программным путем.

     Прерывания  могут быть вызваны или отменены программой, так как все названные флаги программно доступны и могут быть установлены/ сброшены программой с тем же результатом, как если бы они были установлены/сброшены аппаратными средствами.

     В блоке регистров специальных  функций есть два регистра, предназначенных для управления режимом прерываний IE и уровнями приоритета IP. Возможность программной установки/сброса любого управляющего бита в этих двух регистрах делает систему прерываний 8051 исключительно гибкой.

     В более сложных модификациях микроконтроллеров семейства MCS-51 количество периферийных устройств увеличено, что приводит к необходимости использовать один вектор прерывания для нескольких устройств (разделение подпрограмм обслуживания прерываний в этом случае необходимо реализовать программно), либо добавить еще два регистра - режима (маски) (таблица 8) и приоритета прерываний  (таблица 9). 

     Таблица 8 – Регистр масок прерывания (IE) 
 

     Таблица 10 – Регистр приоритетов прерываний (IP)

 

     Выполнение подпрограммы прерывания.

     Система прерываний формирует аппаратный вызов (LCALL) соответствующей подпрограммы обслуживания, если она не заблокирована  одним из следующих условий:

     – в данный момент обслуживается запрос прерывания равного или высокого уровня приоритета;

     – текущий машинный цикл — не последний в цикле выполняемой команды;

     – выполняется команда RETI или любая команда, связанная с обращением к регистрам IЕ или IP

     Отметим, что если флаг прерывания был установлен, но по одному из указанных выше условий не получил обслуживания и к моменту окончания блокировки уже сброшен, то запрос прерывания теряется и нигде не запоминается.

     По  аппаратно сформированному коду LCALL система прерывания помещает в  стек только содержимое счетчика команд (PC) и загружает в него адрес вектора соответствующей подпрограммы обслуживания. По адресу вектора должна быть расположена команда безусловной передачи управления (JMP) к начальному адресу подпрограммы обслуживания прерывания. В случае необходимости она должна начинаться командами записи в стек (PUSH) слова состояния программы (PSW), аккумулятора, расширителя, указателя данных и т.д. и должна заканчиваться командами восстановления из стека (POP). Подпрограммы обслуживания прерывания должны завершаться командой RETI, по которой в счетчик команд перезагружается из стека сохраненный адрес возврата в основную программу. Команда RET также возвращает управление прерванной основной программе, но при этом не снимут блокировку прерываний, что приводит к необходимости иметь программный механизм анализа окончания процедуры обслуживания данного прерывания.

     Работа  с внешней памятью  микроконтроллера 8051.

     Обращения к внешней памяти подразделяются на обращения к внешней памяти программ и обращения к внешней  памяти данных. В первом случае для формирования сигнала, активирующего ПЗУ с программой, используется сигнал PSEN, во втором — сигналы RD и WR, активизирующие ОЗУ с данными.

     Если  используется 16-битовый адрес, старшие  восемь бит выводятся через порт Р2 , где они сохраняются в течение всего цикла обращения к внешней памяти. Отметим, что выходные каскады порта Р2 имеют внутреннюю нагрузку, несколько отличающуюся от Р1 и РЗ , благодаря чему в SFR Р2 при выводе адресной информации вовсе не обязательно защелкивать все единицы. Добавим также, что при выводе адресной информации информация из SFR Р2, хотя и не присутствует на выводах микроЭВМ, но и не теряется, восстанавливаясь на них после окончания обращений к внешней памяти (если в процессе этих обращений SFR Р2 не был модифицирован).

     Если при обращении к внешней памяти данных используется восьми битный адрес, то на выводах порта остается та же информация, которая там была до начала обращения к внешней памяти. Это позволяет организовать постраничную адресацию внешней памяти данных.

     Как уже отмечалось, на выводах порта P0 младший байт адреса мультиплексируется с данными. Сигналы адреса/ данных задействуют оба полевых транзистора выходного каскада порта P0. Таким образом, в этом случае выводы P0 уже не являются выводами с открытым стоком и не требуют внешних нагрузочных элементов.

     Сигнал ALE используется для фиксации младшего байта адреса во внешнем регистре-защелке. Адресная информация достоверна в момент окончания сигнала ALE.

     Выводимый в цикле записи байт заносится  в P0 непосредственно перед активацией сигнала WR и остается неизменным до окончания этого сигнала. В цикле чтения данные на выводах P0 для достоверного считывания должны быть установившимися к моменту окончания сигнала RD.

     Во  время обращения к внешней  памяти CPU записывает 0FFH в SFR P0, уничтожая, таким образом, хранимую там информацию. Таким образом, использовать для записи порт P0 при работе с внешней памятью надо с известной долей осторожности.

     Обращение к внешней памяти программ возможно в двух случаях:

– когда сигнал ЕА активен, т.е. имеет нулевой уровень,

– когда программный счетчик РС содержит число больше 0FFH.

     Следовательно, при использовании микро-ЭВМ, не имеющей встроенного ПЗУ или  не использующей его, на входе ЕА должен присутствовать сигнал с нулевым  уровнем.

     Когда CPU работает с внешней памятью программ, все линии порта Р2 используются для вывода старшего байта адреса и не могут быть использованы для обычного ввода\вывода информации. При этом, как отмечалось выше, в SFR Р2 может быть занесена любая информация — адресная информация, выводимая через Р2, не зависит от состояния его SFR.

     Режимы  микроконтроллера 8051 с пониженным энергопотреблением.

     Во  многих вариантах применения микро-ЭВМ  энергопотребление является одним  из основных параметров. В этих случаях  целесообразно использовать КМОП версии микро-ЭВМ. В них предусмотрены дополнительные возможности снижения энергопотребления, отсутствующие в стандартных n-МОП изделиях. Ранее выпускались и n-МОП версии микро-ЭВМ, имевшие режимы работы с пониженным энергопотреблением. В настоящее время их выпуск почти повсеместно прекращен. Однако время от времени они все же будут попадать в руки радиолюбителей, поэтому трудно гарантировать наличие или отсутствие этих режимов в тех или иных конкретных n-МОП изделиях.