Principe du micro-ordinateur à puce unique (4) : extension du système et interface périphérique

Lorsque les fonctions internes du micro-ordinateur à puce unique ne peuvent pas répondre aux exigences du système d'application, le processus de connexion des puces périphériques correspondantes à l'extérieur de la puce pour répondre aux exigences du système d'application est appelé extension du système. Grâce à la technologie d'interface périphérique, MCU peut contrôler le tube nixie LED, le clavier, l'écran LCD et d'autres équipements externes, ainsi que la conversion a/D et D/a, de sorte que le MCU puisse être utilisé dans un champ plus large.51 micro-ordinateur à puce unique intègre les composants de base de l'ordinateur tels que CPU, port d'E / S, minuterie, système d'interruption et mémoire, ainsi que des circuits auxiliaires simples tels que l'alimentation, le circuit de réinitialisation et le circuit unique d'horloge pour former un système minimum pouvant fonctionner normalement. Le circuit est représenté sur la figure suivante:

51 micro-ordinateur à puce unique a une forte capacité d'expansion externe. La plupart des puces conventionnelles peuvent être utilisées comme circuit d'extension périphérique d'un micro-ordinateur à puce unique. L'extension peut inclure une extension de mémoire, une extension de port d'E / S, une extension de mémoire d'interface de bus série, etc. Le bus (bus) est un canal commun pour la transmission d'informations par le processeur, la mémoire, l'entrée, la sortie et d'autres périphériques de l'ordinateur. C'est un faisceau de transmission composé de fils. Divers composants de l'hôte sont connectés via celui-ci et des périphériques externes sont connectés au bus via des circuits d'interface correspondants, formant ainsi un système matériel informatique. Selon le type d'informations transmises par l'ordinateur, le bus de l'ordinateur peut être divisé en bus d'adresse, bus de données et bus de contrôle, qui sont utilisés pour transmettre respectivement les données, l'adresse de données et le signal de contrôle. La méthode d'expansion du système à puce unique micro-ordinateur comprend une méthode d'expansion parallèle et une méthode d'expansion série. La méthode d'extension parallèle utilise le bus d'adresse, le bus de données et le bus de contrôle du micro-ordinateur monopuce pour l'extension du système, tandis que la méthode d'extension série utilise le bus SPI (interface périphérique série) ou le bus I2C (circuit intégré) pour l'extension du système.

Les signaux de bus système contenus dans le micro-ordinateur monopuce 51 sont indiqués dans le tableau ci-dessus. Afin de réduire le nombre de broches, la technologie de multiplexage en temps partagé est adoptée pour la ligne de données et la ligne d'adresse dans le bus d'extension du micro-ordinateur à puce unique de la série 51. En plus d'être un port d'E/S général, le port P0 peut également chronométrer partager le multiplexage des 8 bits de poids faible (A0 A7) et des signaux de bus de données (d0 D7) du signal de bus d'adresse de transmission. Qu'il transmette le signal d'adresse 8 bits bas ou le signal de données à un certain moment est indiqué par l'état de niveau de la broche ale. En plus d'être un port d'E / S général, le port P2 peut également transmettre les 8 bits de poids fort (A8 A15) du signal de bus d'adresse. D'autres signaux de bus système sont des signaux de commande, qui sont générés avec le matériel lors de l'exécution de différentes instructions. En utilisation réelle, la séparation du signal d'adresse et du signal de données peut être réalisée par la connexion externe d'un verrou 8 bits, comme indiqué dans le schéma de principe de circuit de séparation de signal utilisant 74ls373 dans la figure suivante:

Pendant l'expansion du bus, étant donné que la largeur du bus d'adresse est de 16 bits, la plage d'adressage direct maximale de la ROM ou de la RAM externe est de 64 Ko et leurs adresses peuvent se chevaucher.

Lors de l'extension du bus, la première chose à faire est d'allouer l'espace d'adressage, c'est-à-dire de diviser l'espace d'adressage de 64 Ko en plusieurs pages de même taille via la méthode de décodage d'adresse. La ligne d'adresse basse est utilisée pour sélectionner les unités dans la page, et la ligne d'adresse haute est utilisée pour sélectionner les pages. Différents périphériques externes occupent différentes pages. Une fois l'allocation terminée, nous devrions trouver un moyen de décoder l'adresse pour faciliter l'adressage du micro-ordinateur monopuce. Les méthodes de décodage d'adresse courantes comprennent la méthode de décodage d'adresse complète et la "méthode de décodage d'adresse partielle".

Le décodage d'adresse complet signifie que toutes les lignes d'adresse participent au décodage et que l'espace d'adressage résultant est continu. Chaque unité de données correspond une à une à l'adresse, et la structure de son circuit est généralement complexe. Par exemple, si la taille d'une page de stockage est de 8 Ko et que l'espace de stockage de 64 Ko doit être divisé en 8 pages, toutes les adresses de poids fort A13 A15 doivent participer au décodage pour générer 8 signaux de sélection de page indépendants pour former un segment d'adresse continu, qui est généralement réalisé par un décodeur 3-8, comme le montre la figure suivante : le décodage partiel fait référence au fait qu'une partie seulement des adresses participe au décodage. L'espace d'adressage obtenu est un segment d'adresse discontinu, qui ne couvre pas tout l'espace adressable. Une unité de données peut correspondre à plusieurs adresses. Comme indiqué ci-dessous : une autre méthode de sélection de ligne est une forme spéciale de méthode de décodage partiel, c'est-à-dire que sans décoder la ligne d'adresse, la ligne d'adresse est directement utilisée pour déclencher l'unité de données et l'espace d'adressage obtenu est également discontinu. Par exemple, sans circuit de décodage supplémentaire, seule la ligne d'adresse de poids fort est utilisée pour diviser l'espace d'adressage de 64 Ko en plusieurs zones, comme illustré dans la figure ci-dessous:

Lorsque 51 micro-ordinateurs à puce unique accèdent à la ROM externe, son bus de contrôle est uniquement composé de ale, PSEN et EA. Lorsque EA = 1, lorsque l'adresse à laquelle accéder par le micro-ordinateur monopuce dépasse la plage de la ROM sur puce, il se tournera automatiquement vers l'adressage ROM hors puce. La ROM externe est accessible via l'instruction "MOVC a, @ a dptr". La relation logique et la synchronisation des signaux de commande pendant l'exécution de l'instruction sont illustrées dans la figure suivante : lors de l'utilisation de 2764 ROM étendue de 32 Ko, le schéma de câblage est le suivant : lorsque 51 micro-ordinateurs à puce unique accèdent à la RAM externe, le bus de commande est composé de ale, PSEN , RD et wr. Lorsque les instructions "MOVX a, @ drtp" et "MOVX @ dptr, a" sont exécutées, l'opération de lecture et d'écriture de la RAM externe est effectuée. La relation logique et la synchronisation des signaux de commande pendant l'exécution de l'instruction sont illustrées dans la figure suivante:

Lors de l'utilisation de la puce SRAM 61128 pour étendre 32 Ko de RAM, le schéma de câblage est le suivant : la méthode d'extension du port d'E/S en parallèle est fondamentalement la même que celle de l'extension de RAM. L'affichage LED (diode électroluminescente) est un dispositif d'affichage pour afficher champs composés de plusieurs diodes électroluminescentes. L'affichage LED couramment utilisé a un affichage numérique à sept segments.

L'affichage numérique à sept segments LED est composé de 8 diodes électroluminescentes. Selon différentes formes de connexion des LED internes, il peut être divisé en cathode commune et anode commune. Les cathodes de la LED à cathode commune sont connectées ensemble et les anodes de la LED à anode commune sont connectées ensemble. La connexion du circuit est illustrée dans la figure ci-dessous:

Lorsque le tube nixie à cathode commune est sélectionné, les cathodes de toutes les LED sont connectées ensemble et mises à la terre. Lorsque l'anode d'une LED est connectée au niveau haut, la LED correspondante s'allume. Au contraire, lorsque la cathode d'une LED est connectée au niveau bas, la LED correspondante s'allumera. Chaque fois qu'une LED spécifique est allumée, le tube nixie peut être utilisé pour afficher des chiffres ou des symboles. Le tube nixie LED a 8 bits, soit exactement un octet. Il est habituel de prendre l'octet de code de segment correspondant au segment "a" comme bit le plus bas. De cette manière, différents affichages ne peuvent être obtenus qu'en entrant différents codes de segment.

Le mode d'affichage du tube nixie LED adopte généralement un affichage dynamique, ce qui permet d'économiser le port d'E/S. Cependant, dans cette méthode, un seul écran peut être allumé à la fois. Lorsqu'il y a de nombreux bits d'affichage, un code de balayage dynamique doit être adopté. La fréquence du balayage dynamique a certaines exigences, qui ne peuvent pas être perçues par les yeux humains. Si la fréquence est trop basse, la LED clignotera, et si la fréquence est trop élevée, le temps d'éclairage de chaque LED est trop court et la luminosité de la LED est trop faible pour être vue à l'œil nu. Le programme utilise souvent la méthode d'appel du sous-programme de retard pour faire s'allumer une certaine led et la garder pendant environ plusieurs Ms.

Dans le système d'application de micro-ordinateur à puce unique, il est souvent nécessaire d'entrer des instructions ou des paramètres dans le micro-ordinateur à puce unique, et les résultats de fonctionnement du micro-ordinateur à puce unique doivent parfois être sortis via l'affichage externe ou l'imprimante pour que l'opérateur comprenne et maîtriser l'état de fonctionnement du micro-ordinateur à puce unique à temps. Ceci constitue une interface d'interaction homme-machine. En raison des caractéristiques du MCU lui-même, il ne peut pas avoir de composants d'interaction homme-ordinateur tels que le clavier, l'affichage et l'imprimante, il ne peut donc étendre ces fonctions que via son port d'E/S. Le clavier peut être divisé en clavier codé et non codé clavier. La reconnaissance de la touche de fermeture sur le clavier codé est réalisée par un matériel spécial, tandis que le clavier non codé est réalisé par un logiciel. Le micro-ordinateur à puce unique adopte généralement un clavier non codant. Les claviers utilisés dans le système de micro-ordinateur à puce unique sont des clés élastiques mécaniques. En raison de l'effet élastique des contacts mécaniques, il y aura une gigue au moment où les touches sont fermées et ressortent. La gigue de touche dure généralement 5 à 10 ms. Afin qu'une clé ne soit traitée qu'une seule fois, la gigue de clé doit être éliminée. La gigue des touches peut être éliminée par logiciel ou matériel.

La bascule RS est généralement utilisée pour éliminer la gigue dans le matériel, qui doit être améliorée dans le circuit et est plus complexe. Le logiciel est plus simple pour éliminer les bavardages. Lorsqu'une clé est détectée comme étant fermée, elle est à nouveau détectée après un court délai. Si la clé est toujours détectée fermée, on considère que la clé est réellement fermée. Le clavier est relié à l'interface MCU par une matrice indépendante. Chaque touche du clavier autonome est connectée séparément à un port d'E/S, et l'état d'entrée de chaque touche n'affecte pas l'autre. Le micro-ordinateur à puce unique peut déterminer quelle touche est enfoncée en détectant le niveau du port d'E / S correspondant. Cependant, lorsque le nombre de clés est important, il occupe plus de ports d'E / S. Lorsqu'un grand nombre de clés est requis, le mode de connexion matricielle est généralement adopté. Le clavier matriciel est composé de lignes de lignes et de lignes de colonnes, il est donc parfois appelé clavier déterminant. La clé est située à l'intersection des lignes de ligne et de colonne, qui sont respectivement connectées aux ports d'E / S. Le mode de connexion est illustré comme suit:

La méthode de reconnaissance du clavier matriciel adopte généralement la méthode de numérisation. Shilling une ligne de colonne, par exemple, la sortie de la ligne de colonne 0 est "0" et la sortie des trois autres lignes de colonne est "1". Scannez ensuite l'état de la ligne de rangée à tour de rôle. Si une ligne de ligne est "0", cela signifie que la touche à l'intersection de la ligne de ligne et de la ligne de colonne 0 est enfoncée. Si toutes les lignes sont "1", aucune touche n'est enfoncée. De même, vous pouvez définir tour à tour la ligne de colonne suivante sur "0" et les autres lignes de colonne sur "1" et balayer la ligne de ligne afin de pouvoir juger de la position de la clé.

Historique des mises à jour :*La première ébauche a été achevée le 28 novembre 2017Lien d'origine