Динамо-машины  Однокристальные микроконтроллеры 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

Однокристальные микроконтроллеры стремительно занимают ведущее место в электронной аппаратуре. И если каких-нибудь десять лет назад они могли быть использованы при проектировании только профессионалами - слишком много требовалось дорогостоящих средств для их программирования, - то сегодня laquo;однокристалки raquo; используют даже радиолюбители. Просмотрите подшивку журнала laquo;Радио raquo; за последние несколько лет, и вы убедитесь в справедливости сказанного.

Именно микроконтроллер сегодня формирует облик бытовой ау-диотехники, видеотехники, средств связи. С передних панелей радиоприемников, магнитол, телевизоров исчезли шкальные индикаторы, ручки настройки, ползунковые регуляторы, переключатели. Их заменили жидкокристаллические табло и кнопки. Значительно усложнилась laquo;начинка raquo; аппаратуры. Очевидно, что десятки разнообразных микросхем, составляющих электронное laquo;нутро raquo; аппаратуры, должны согласованно функционировать, обеспечивая наилучшие технические характеристики и удобство эксплуатации. Решая задачу сопряжения цифровых устройств, разработчики компьютерной техники связали их между собой посредством шин, а способы передачи информации назвали протоколами и стандартизировали их основные принципы. Каждое устройство было снабжено интерфейсом, посредством которого стало возможным подключать его к шине.

Если говорить об аналоговой технике, то специализированные аналоговые микросхемы испокон веков имели уникальные собственные выводы для подключения элементов, с помощью которых устанавливались их рабочие режимы или осуществлялись регулировки в процессе эксплуатации. Например, регулировалась громкость звука, контрастность изображения и т. д. Объединять эти выводы с целью выполнения универсальной регулировки не представлялось возможным. Современные микросхемы, предназначенные для использования в новой аппаратуре, решено было снабдить цифровым интерфейсом, laquo;спрятать raquo; настроечные выводы внутрь микросборок, а управлять их режимами программно.

Осуществлять управление одной микросхемой очень просто, для этого даже не всегда нужен внешний цифровой интерфейс. А если микросхем несколько, если они должны взаимодействовать друг с другом, обмениваться информацией? Решая эти вопросы, разработчики перспективных микросхем пришли к мысли о необходимости введения обпдей шины и протокола обмена информацией по ней. Известные по компьютерной технике шины оказались здесь совершенно негодными в силу своей сложности. Только представьте, что для реализации обмена по шине ISA или РС1 в состав аппаратуры нужно ввести полноценный компьютер...

Для этих целей фирмой Philips была разработана шина Inter-Integrated Circuit Bus (сокращенно f С, ай-ту-сн). Принадлежа к классу шин с последовательным способом передачи данных, отличаясь чрезвычайной простотой реализации, шипа стала быстро развиваться. Конечно, в основном свое детище продвигала фирма-разработчик, но сегодня и другие фирмы, оценившие по достоинству возможности шины, поддерживают ее своей продукцией.

К сожалению, на сегодняшний день отсутствует русскоязычная литература, позволяющая быстро освоить приемы работы с шиной 1 С и в какой-то мере обобщить разрозненные, неполные сведения. В Интернете, на конференциях, посвященных вопросам программирования, то и дело возникают вопросы об основах работы с 1С, но далеко не всегда появляются дельные ответы. Весьма заманчивы перспективы использования микросхем 1С в несложных радиолюбительских конструкциях, обладающих тем не менее высокими потребительскими характеристиками. Все конструкции, в которых задей-ствуется шина 1С, обязательно должны включать в себя простейшие однокристальные микроконтроллеры, что также свидетельствует в пользу их доступности радиолюбителям.

В этой книге рассказывается об основных принципах устройства шины 1С, о микросхемах, поддерживающих этот протокол обмена, о программных способах его реализации. Приведены практические схемы, позволяющие не только закрепить полученные знания, но и изготовить полезную в быту вещь. Автор надеется, что чтение этой книги будет занимательным и легким.

Б. Ю. Семенов. Декабрь 2001 г.

1. Как устроена шина IC

Классический вариант обмена данными между любыми устройствами заключается в том, что одно устройство передает информацию, а другое ее принимает. Устройства могут при необходимости поменяться ролями, то есть передатчик может стать приемником и, наоборот, приемник - передатчиком. Но в любом случае важно четко определить, какое из устройств является главным, задающим правила и последовательность обмена, а какое - подчиненным.

Устройства, подключаемые к шине ГС, также подчиняются этому принципу. Договорились, что одно из устройств будет ведущим (master), а остальные - ведомыми (slave). Такая организация шины называется master-организацией и является наиболее типичным случаем (рис. 1.1).

Master-устройством обычно назначается микроконтроллер. Именно он задает основной поток данных на шине, формирует необходимые временные интервалы и т. д.

Гораздо реже используется в аппаратуре режим multi-master (рис. 1.2), когда к одной шине подключено несколько master-устройств.

Шина ГС

Рис. 1.1. Master-организация шины IC

Рис. 1.2. Multi-master организация шины IC