Система сброса

11. Система сброса.

Сброс- перевод МК в исходное состояние. При этом все регистры микропроц. Ядра устанавливаются во вполне определенные начальные состояния, и МК переходит к выполнения программы с фиксированного адреса начального адреса (обычно $00).

Источниками сброса могут являться различные воздействия: включение питания и кратковременные его изменения, сигналы формируемые аппаратно внутри МК, а также инструкции программы. В частности, инструкция безусловного перехода на адрес $00.

Источники сброса МК Atmega163:

-  Сброс при включении питания. Происходит, если напряжение питания ядра ниже определенного порога (Vpot)

-  Внешний сброс. Происходит при поступлении сигнала низкого уросня длительностью >500нс на внешний контакт Reset микросхемы

-  Сброс сторожевым таймером.

-  Сброс при кратковременном провале напряжения питания. Происходим, если напряжение питания контроллера в процессе работы опускается ниже определенного порога(Vbot).

По любой из этих причин Мк переходит к выполнению программы с адреса $00. В этой ячейке размещают инструкцию jmp с адресом программы инициализации.

Все сигналы сброса детектируются на кристалле специальными схемами.

-      Схема сброса при включении питания (Power on reset circuit) контролирует напряжение питания Vcc и запускается при Vcc>Vpot. При Vcc=5V номинал Vpot=1.4V

-      Схема сброса при кратковременном провале Vcc(Brown out reset circuit) сравнивает Vcc с Vbot. Уровень Vbot программируется битом Bodlevel из группы з группы fuse-битов. При Bodlevel=1 Vbot=2.7V, Bodlevel=0 Vbot=4

-      Схема внешнего сброса (External reset circuit) управляется внешним сигналом низкого уровня #Reset

Сигналя с этих схем и с WDT фиксируются в регистре состояния MCUSR, объединяются по схеме «или» и устанавливают RS-триггер.

Источник сброса может быть установлен путем чтения регистра MCUSR (биты 0-3)

Асинхронный последовательный интерфейс UART (Universal Asynchronous Receiver

Transmitter – универсальный асинхронный приемопередатчик) обеспечивает

полудуплексный режим обмена по трем линиям. В обмене всегда участвуют только два

устройства, одно из которых является передатчиком, второе – приемником.

В режиме асинхронной передачи каждое слово данных передается автономно и

передача может быть начата в любой момент времени.

 Стандартный формат асинхронной передачи изображен на рис. 13.1.

Передача начинается со стартового (нулевого) бита. Затем передается от 5 до 8

бит данных. Передача заканчивается необязательным битом четного (или нечетного)

паритета и одним (полутора или двумя) единичными стоповыми битами. После этого в

любой момент времени может быть начат цикл передачи следующего слова.

Подразумевается, что приемник и передатчик работают на одной скорости,

измеряемой числом бит в секунду (бод). Внутренний генератор синхронизации приемника

запускается при обнаружении стартового бита. В идеальном случае эти импульсы

располагаются в середине битовых интервалов.

Формат асинхронной передачи позволяет выявлять возможные ошибки:

* если обнаружен стартовый бит и генератор синхронизации запущен, а по

первому импульсу синхронизации фиксируется уровень логической единице,

стартовый бит считается ложным;

* если по импульсам синхронизации, соответствующим стоп-битам, в

приемнике фиксируется логический нуль, сообщение считается ошибочным

(ошибка кадра);

* если контрольный бит не соответствует принятому соглашению о паритете,

фиксируется ошибка паритета.

Контроль формата позволяет обнаружить обрыв линии по отсутствию стоп-бита.

Для асинхронной передачи принят стандартный ряд скоростей: 50, 75, 110,150, 300,

600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с.:

В простейшем случае асинхронный приемопередатчик имеет две сигнальные

линии:

TxD (Transmit Data)- выход,

RxD (Receive Data) – вход,

При этом два устройства-приемопередатчика должны быть соединены между

собой тремя линями, или так называемым нуль-модемным кабелем (рис.13.2).

Управление UART осуществляется через регистры ввода/вывода. В контроллере

ATmega163 для управления используется 5 регистров (рис. 13.3):

Регистр UDR (UART Data Register) – регистр данных UART

Регистр UСSRА (UART Control and Status Register A) -регистр А управления и

статуса UART

Регистр UCSRB (UART Control and Status Register B) - регистр В управления

и статуса UART

Регистры UBRRH1 и UBRR (UART Baud Rate registers) – регистры скорости

передачи.

Регистр данных UDR (UART Data Register) физически является двумя регистрами:

регистром передачи данных и регистром приема данных, использующими одни и те же

адреса $0C ($2C). При записи в регистр запись производится в регистр передачи данных

UART, при чтении происходит чтение содержимого регистра приема данных UART.

Скорость обмена данными в UART задается с помощью бод-генератора (Baud Rate

Generator). Он представляет собой делитель, генерирующий импульсы синхронизации с

частотой, определяемой выражением:

BAUD = частота в бодах (бит/сек),

CK = частота кварцевого генератора,

UBRR = содержимое 12-битного регистра UBRR (UART Baud Rate register).

Физически 12-битный регистр UBRR размещается в двух 8-битных регистрах.

Младшие 8 бит в регистре UBRR, старшие 4 бита – в регистре UBRRH1 (рис. 13.3).

При использовании стандартных кварцевых резонаторов, наиболее часто

используемые скорости передачи в бодах могут быть получены установками UBRR,

представленными в таблице 13.1. При установках UBRR, указанных в таблице, реальные

скорости в бодах будут иметь отличия менее 2% от стандартных скоростей.

Таблица 13.1.

Установки UBRR при стандартных частотах синхронизации

Фактически, для регулирования скорости передачи UART достаточно только одного

регистра UDDR. В регистр UDDRH1 во всех рассмотренных случаях записывается

константа $00.

ПЕРЕДАТЧИК

Блок-схема передатчика UART показана на рис. 13.3.

Рис. 13.3. Передатчик UART

Установленный в состояние 1 бит TXEN регистра UCSRB разрешает передачу

данных UART. Передача инициируется записью передаваемых данных в регистр данных

UDR. Данные пересылаются из UDR в сдвиговый регистр передачи в следующих случаях:

Новый символ записан в UDR после того как был выведен из регистра

стоповый бит предшествовавшего символа. Сдвиговый регистр загружается

немедленно.

Новый символ записан в UDR прежде, чем был выведен стоповый бит

предшествовавшего символа. Сдвиговый регистр загружается после выхода

стопового бита передаваемого символа, находившегося в сдвиговом

регистре.

Если из 10(11)-разрядного сдвигового регистра передачи выведена вся

информация (сдвиговый регистр передачи пуст) данные из UDR пересылаются в сдвиговый

регистр. В это время устанавливается бит UDRE (UART Data Register Empty) регистра

статуса USR (UART Status Register). При установленном в состояние 1 бите UDRE

приемопередатчик готов принять следующий символ. Запись в UDR очищает бит UDRE. В

то самое время, когда данные пересылаются из UDR в 10(11)-разрядный сдвиговый

регистр, бит 0 сдвигового регистра сбрасывается в состояние 0 (состояние 0 - стартовый

бит) а бит 9 или 10 устанавливается в состояние 1 (состояние 1 - стоповый бит). Если в

регистре управления UCSRB установлен бит CHR9 (т.е. выбран режим 9-разрядного слова

данных), то бит TXB8 регистра UCSRB пересылается в бит 9 сдвигового регистра передачи.

Сразу после пересылки данных в сдвиговый регистр тактом бод-генератора

стартовый бит сдвигается на вывод TxD. За ним следует LSB данных. Когда будет выдан

стоповый бит сдвиговый регистр загружается новой порцией данных, если она была

записана в UDR во время передачи. В процессе загрузки бит UDRE находится в

установленном состоянии. Если же новые данные не будут загружены в UDR до выдачи

стопового бита, флаг UDRE остается установленным. В этом случае, после того как

стоповый бит будет присутствовать на выводе TxD в течение одного такта, в регистре

управления и статуса UCSRA устанавливается флаг завершения передачи TxC (TX

Complete Flag).

ПРИЕМНИК

Структурная схема приемника UART приведена на рис. 13.4.

Рис. 13.4. Приемник UART

Логика восстановления данных (Front-End Logic) производит выборку состояний

вывода RxD с частотой в 16 раз большей, чем частота передачи. При нахождении линии в

пассивном состоянии одиночная выборка нулевого логического уровня будет

интерпретироваться как падающий фронт стартового бита и будет запущена

последовательность детектирования стартового бита. Считается, что первая выборка

обнаружила первый нулевой логический уровень вероятного стартового бита. На выборках

8, 9 и 10 приемник вновь тестирует вывод RхD на изменение логических состояний. Если

две или более из этих трех выборок обнаружат логические 1, то данный вероятный

стартовый бит отвергается как шумовой всплеск и приемник начнет выявлять и

анализировать следующие переходы из 1 в 0.

Если же был обнаружен действительный стартовый бит, то начинает

производиться выборка следующих за стартовым битом информационных битов. Эти биты

также тестируются на выборках 8, 9 и 10. Логическое состояние бита принимается по двум и

более (из трех) одинаковым состояниям выборок. Все биты вводятся в сдвиговый регистр

приемника с тем значением, которое было определено тестированием выборок.

Тестирование выборок битов принимаемых символов показано на рис. 13.5.

При поступлении стопового бита необходимо, чтобы не менее двух выборок из трех

подтвердили прием стопового бита (показали высокий уровень). Если же две или более

выборок покажут состояния 0, то при пересылке принятого байта в UDR в регистре

управления и статуса UСSRA устанавливается бит ошибки кадра FE (Framing Error). Для

обнаружения ошибки кадра пользователь перед чтением регистра UDR должен проверять

состояние бита FE. Флаг FE очищается при считывании содержимого регистра данных

UART (UDR).

Вне зависимости от того принят правильный стоповый бит или нет, данные

пересылаются в регистр UDR и устанавливается флаг RXC в регистре управления UCSRA.

Регистр UDR фактически является двумя физически отдельными регистрами, один из

которых служит для передачи данных и другой для приема. При считывании UDR

обращение ведется к регистру приема данных, при записи обращение ведется к регистру

передачи. Если выбран режим обмена 9-разрядными словами данных (установлен бит

CHR9 регистра UCR), при пересылке данных в UDR бит RXB8 регистра UCR загружается из

девятого бита сдвигового регистра передачи. Если после получения символа к регистру

UDR не было обращения, начиная с последнего приема, в регистре UCSRA

устанавливается флаг переполнения OR. Это означает, что новые данные, пересылаемые

в сдвиговый регистр, не могут быть переданы в UDR и потеряны. Бит OR буферирован и

доступен тогда, когда в UDR читается байт достоверных данных. Пользователю, для

обнаружения переполнения, необходимо всегда проверять флаг OR после считывания

содержимого регистра UDR.

При очищенном (сброшенном в логическое состояние 0) бите RXEN регистра UCR

прием запрещен.