Работа 4. Реализация времязадающих функций. Формирование временной диаграммы логических сигналов

Цель работы: изучить аппаратные и программные средства микроконтроллера, обеспечивающие реализацию времязадающих функций при синтезе управляющих выходных воздействий.

Введение

В типичных задачах, решаемых микроконтроллерами, часто возникает необходимость, например, определить вре­мя между двумя событиями или инициировать одно событие через заданное время по отношению к некоторому другому. В этих и подобных им случаях говорят о необходимости реализации микроконтроллером времязадающих функций. Решают такие задачи, используя важный элемент архитектуры процессора - блок таймеров/счетчиков (см. раздел 1.4).

Блок состоит из двух таймеров/счетчиков: один обозначают T0, другой – T1.Основу каждого из них составляют 16-разрядные регистры со счетными входами. Элемент работает в режиме таймера, если на этот вход регистра подаются сигналы системной синхронизации, и в режиме счетчика, если на счетный вход регистра передаются сигналы с внешних входов P3.4 и P3.5 порта. Разрешить и запретить поступление сигналов на счетные входы, то есть запустить и остановить таймеры T0 и T1, можно установкой в “1” и сбросом в “0” тригеров TR0 и TR1 соответственно. Таймеры/счетчики работают на прибавление, т.е. содержимое регистра увеличивается на единицу с приходом считаемого сигнала. В режиме таймера прибавление выполняется каждую микросекунду при частоте системной синхронизации, равной 12 МГц. Переполнение T0 вызывает установку флажка TF0 и переполнение T1 - установку TF1. Каждый из таймеров/счетчиков может работать в четырех различных режимах, которые обозначаются 0, 1, 2 и 3. Для настройки блока на заданный режим работы используются специальные регистры TMOD, TCON и SCON.

Постановка задачи и варианты ее решения

В данной лабораторной работе требуется разработать микропроцессорное устройство для формирования заданных последовательностей логических сигналов на определенных выходах микроконтроллера. Такое устройство может быть при­менено, например, для тестового диагностирования цифровой схемы. Удобство применения микроконтроллера для решения данной задачи состоит в том, что задача сводится в основном к составлению соответствующей программы на языке ассемблера.

По истечению заданного времени следует изменять значения логических сигналов на внешних выводах контроллера в соответствии с заданной временной диаграммой. Если в программе устанавливать каждый логический сигнал в отдельности, то длина программы будет сильно зависеть от их количества. Удобно представлять комбинацию логических сигналов в каждый момент времени двоичным словом разрядности, равной количеству сигналов. Если их больше восьми, то комбинация сигналов представляется двумя двоичными словами, если больше шестнадцати – тремя двоичными словами. Временная диаграмма изменения, например, тринадцати сигналов может быть задана 8-разрядным и 5-разрядным двоичными словами.

Здесь полагается, что время удержания сигнала в состоянии логической "1" или логического "0" кратно некоторому наперед заданному временному интервалу, например 10, 100 или 1000 мкс. Для установления момента смены двоичного слова удобно использовать встроенный таймер/счетчик. Однако невозможно непосредственное использование таймера для удержания комбинации логических сигналов в течение времени, превышающего 2¹⁶ мкс, что является максимальным задаваемым им интервалом (первый режим работы). В этом случае большой интервал разбивается на несколько равных, но меньших по длительности интервалов, обеспечиваемых непосредственно таймером. По истечении этого малого интервала времени устанавливается флаг переполнения. Создавая программный счетчик числа переполнений, легко установить момент смены комбинации сигналов.