 |
|
Практическое занятие №5.
Тема занятия:Анализ временных диаграмм датчиков с цифровыми последовательными интерфейсами.
Цель занятия: Ознакомиться со схемами подключения датчиков с цифровыми последовательными интерфейсами к микроконтроллерам. Научиться анализировать временные диаграммы работы датчиков с интерфейсами I2C и SPI.
Вначале вычертить фрагмент схемы электрической принципиальной, отображающий подключение ИС датчика (таймера, памяти, расширителя ввода/вывода) к микроконтроллеру. На схеме необходимо показать:
- Необходимые элементы обвески подключаемой ИС, например кварцевый резонатор для таймера;
- Соединение с землёй или питанием входов, задающих адрес подключаемой ИС на шине, если таковые имеются (соединение произвольное, но затем учитывается при построении временных диаграмм);
- подключение выводов, ограничивающих функционирование ИС (запрет записи в память и т.п.), при котором они находятся в пассивном состоянии и не вносят ограничений в работу;
- Соединение выводов интерфейса с соответствующими выводами произвольного (по выбору курсанта) микроконтроллера.
Обычно чем меньше проводов в интерфейсе, тем сложнее его протокол. Получить основной параметр (время с таймера, влажность с датчика влажности) обычно проще, чем вспомогательный (содержание ячеек вспомогательной памяти таймера или температуру
Рис. 5.1. Подключение датчика влажности.
с датчика влажности). Поэтому для примера рассмотрим сложный случай считывания с датчика влажности с интерфейсом I2Cтемпературы этого датчика (нужна для его коррекции). Пусть Тдат = 70°С. Фрагмент схемы для этого случая показан на рис. 5.1.
Рассчитаем код, который ожидается получить от датчика при заданных условиях. Из технического описания датчика [6 или 7] имеем:
Тдат (°С) = 
отсюда
Код = (Тдат + 40)(214 – 1)/165 = 110*16383/165 = 10922 = 0х2ААА.
На требуемой диаграмме следует отразить минимально необходимую для получения заданной информации последовательность сигналов. Например, не следует выполнять передачу команд установки режима подключенной ИС, если можно воспользоваться режимом по умолчанию, который устанавливается при появлении питания ИС. Под отдельными интервалами диаграммы следует указать выполняемые действия. Обычно временная диаграмма сигналов обмена с датчиком по последовательному интерфейсу состоит из следующих участков:
1) Старт – начало обмена;
2) Адресация пассивного устройства (рассматриваемой нами подключенной ИС – датчика) на запись;
3) Передача команды или последовательности команд;
4) Передача адреса регистра или ячейки памяти (возможно несколько байт);
5) Передача информации записываемой в регистр, ячейку памяти или их последовательность;
6) Стоп – завершение этапа последовательности обмена по интерфейсу I2C(не всегда необходимо, в интерфейсе SPIне встречается);
7) Если необходимо временной интервал на выполнение измерения, записи в память или других заданных действий (на диаграмме показать разрывом с указанием длительности);
8) Повторный старт (в интерфейсе SPIне встречается);
9) Адресация пассивного устройства на чтение;
10) Приём информации (возможно последовательности байт);
11) Стоп – завершение обмена.
Отдельные пункты приведенного выше списка могут отсутствовать. Их необходимость и содержание выясняйте по техническому описанию заданной подключенной ИС (столбец Лит. Таблицы вариантов). Пункты 7-11 или вся последовательность могут повторяться, если в принятой информации содержится признак её недостоверности. На рисунке лучше вводить небольшой интервал между обменом отдельными байтами (как обычно и бывает на практике), тогда диаграмма легче читается. Не забывайте, что в интерфейсе I2C за каждым байтом следует бит подтверждения со стороны приёмника, то есть на один байт приходится 9 тактовых импульсов.
Рис. 5.2. Временная диаграмма обмена сигналами с датчиком влажности.
В рассматриваемом примере адресация датчика на запись сама по себе является командой начать измерение, а с датчика всегда поступают 4 байта информации – биты состояния, код влажности и, наконец, код температуры. Поэтому пункты 3-5 исключаются. Приём информации можно прервать, что полезно, если биты состояния указывают на её недостоверность. В приводимой диаграмме задержка между подачей команды и первой попыткой приёма информации выбрана заведомо недостаточной, поэтому информация поступает с признаком недостоверности. Во второй попытке принята достоверная информация. Поскольку в данном примере (в отличии от задания вариантов 9 и 10) код влажности нас не интересует, он принят равным 0х35А5. На диаграмме красным цветом выделены моменты, когда информация поступает с подключенной ИС датчика на микроконтроллер, и последний работает в режиме приёмника. Такое выделение курсантам делать не обязательно. Диаграмма может быть одноцветной.
Теперь рассмотрим пример построения временной диаграммы обмена по интерфейсу SPI. Требуется построить временную диаграмму обмена сигналами по цифровому интерфейсу с микросхемой FLASH памяти, используемой, например, для хранения констант калибровки датчиков. Рассмотрим запись информации в память с интерфейсом SPI. Фрагмент схемы для этого случая показан на рис. 5.3.
Рисунок 5.3. Подключение SPI памяти.
Если предположить, что запись в нужную область памяти не блокировалась, а значить и разблокировать её не нужно, то на микросхему следует подать следующие коды:
o 0х06 – обязательная команда разрешения записи (после включения устройства или запрещения записи соответствующей командой);
o 0х02 – команда записи (старший бит адреса 0);
o 0х24 – адрес записываемой ячейки;
o 0х77 – записываемый код.
Полученный результат показан на рис. 5.4.
Рисунок 5.4. Временная диаграмма обмена сигналами с памятью при записи информации.