Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

ldi cnt,NN

cyk_delay: dec cnt

brne cyk_delay

Посчитаем, чему должно равняться число NN. Пусть мы хотим обеспечить скорость передачи для I 2С около 100 кГц, тогда длительность одного импульса (полпериода тактовой частоты) должна равняться примерно 5 мкс. Сам цикл занимает 3 такта (команда dec1 такт + команда brneс переходом — 2 такта), т. е., например, при частоте кварцевого генератора 4 МГц он будет длиться 0,75 мкс. Итого, чтобы получить при этой частоте импульс в 5 мкс, нам надо повторить цикл 6–7 раз. Точно подогнать частоту не удастся, но нам это, как мы говорили, и не требуется: опыт показывает, что при ошибке даже в два-три раза работоспособность I 2С практически не нарушается.

Чтобы не отводить отдельный регистр только для такой частной задачи, как счет циклов в задержке, стоит дополнить цикл процедурами сохранения в стеке значения счетчика, тогда этот регистр можно безопасно использовать где-то еще. И вся процедура будет выглядеть так:

delay: ;~5 мкс (кварц 4 МГц)

push cnt

ldi cnt,6

cyk_delay: dec cnt

brne cyk_delay

pop cnt

ret

Используя эту процедуру, можно сформировать весь протокол. Чтобы не загромождать текст этой главы, я вынес полный текст процедур обмена по I 2С в Приложение 5 (раздел «Процедуры обмена по интерфейсу I 2С», листинг П5.3). Подробно расшифровывать я его не буду, т. к. он полностью соответствует описанию протокола.

Указанный в Приложении 5 текст, кроме общих процедур посылки и приема байта (бесхитростно названных writeи read), содержит процедуры для двух конкретных устройств: энергонезависимой памяти с интерфейсом I 2С (типа АТ24) и часов реального времени (RTC) с таким же интерфейсом DS1307. Эти микросхемы имеют заданные I 2С — адреса — при записи $А0 (10100000) у памяти и $D0 (11010000) у часов (соответственно, $А1 и $D1 при чтении, подробности см. далее). Сейчас мы займемся проектированием устройства, использующего эти возможности.

Как и сказано в Приложении 5 , текст приведенной в листинге П5.3 программы следует скопировать и сохранить в виде отдельного подключаемого файла. Мы будем предполагать, что такой файл называется i2c.prg. Директиву. include "i2с. рrg" следует включать в текст программы обязательно после таблицы векторов прерываний, т. к., в отличие от файла макроопределений (m8535def.inc в данном случае), наш включаемый файл содержит команды, а не только инструкции компилятору. В принципе можно просто вставить текст из файла в основную программу (это и делает компилятор, когда встречает директиву include), только программа тогда станет совсем «нечитаемой».

Задача, которую мы сейчас будем решать, формулируется так: предположим, мы хотим, чтобы данные с нашего измерителя температуры и давления не терялись, а каждые три часа записывались в энергонезависимую память. Разумеется, встроенной памяти нам надолго не хватит, потому придется прибегнуть к внешней. Схему измерителя (см. рис. 15.2) придется минимально доработать — так, как показано на рис. 16.4.

Рис. 16.4. Присоединение внешней EEPROM к измерителю температуры и давления

Здесь применяется энергонезависимая память типа АТ24С256. Она имеет структуру EEPROM (т. е. с индивидуальной адресацией каждого байта), но чтобы отличить ее от встроенной EEPROM, в дальнейшем мы будем внешнюю память называть flash (хотя это и не совсем корректно). Последнее число в обозначении означает объем памяти в килобитах, в данном случае это 256 Кбит или 32 768 байтовых ячеек (32 кбайт). Объем памяти в 32 кбайт кажется смешным в сравнении с современными разновидностями flash, которые уже достигают объемов 8 Гбайт, но, во-первых, для наших целей, как вы увидите, этого будет достаточно. Во-вторых, память принципиально больших объемов с интерфейсом ГС не выпускают — слишком он медленный.

Заметки на полях

Чтобы прочесть 32 кбайта со скоростями I 2С, потребуется примерно 0,5 мс на каждый байт, т. е. около 16 с. Потому максимальный объем памяти с таким интерфейсом фирмы Atmel, к примеру, составляет 1 Мбит (АТ24С1024). Память с большими объемами представляет собой, во-первых, действительно flash-память (с блочным доступом), во-вторых, выпускается с интерфейсами побыстрее (как, к примеру, AT26DF321 объемом 4 Мбайта с 66-мегагерцевым интерфейсом SPI). Максимальный объем одного кристалла flash-пэмяти, достигнутый на момент написания этих строк — 8 Гбит (Samsung), более емкие устройства (flash-кэрты) представляют собой модули, собранные из нескольких подобных микросхем. Микросхемы с параллельным интерфейсом имеют стандартную разводку выводов и совместимы по выводам с любыми другими микросхемами памяти.

Кстати, найти в продаже микросхемы EEPROM с последовательным доступом (в том числе и использованную в нашей схеме АТ24С256) в корпусе DIP довольно сложно. АТ24С256 (как и упоминающаяся далее АТ24С512 и другие) чаще встречается в миниатюрном корпусе SOIC с 8 выводами. Так как присоединять в простейшем случае приходится всего 4 вывода (2 питания и 2 сигнальных), то даже при ручной разводке это не доставляет больших сложностей.

Время чтения можно сократить, если попробовать «выжать» из I 2С все, на что он способен, но непринципиально. Да нам это и не требуется, потому что все равно эти данные мы будем передавать через UART примерно с такими же по порядку величины скоростями.

Адресация тут двухбайтовая, потому под адрес задействуется два регистра ( AddrLи AddrH). Мы выбираем r24и r25(см. текст процедур в Приложении 5 ) — почему именно эти, вы увидите далее. Записываемые данные будут храниться в регистре DATA. Эти регистры являются входными переменными как для процедуры записи, так и чтения.

Теперь давайте определимся, что именно мы будем записывать, и на сколько нам хватит этой памяти. Базовый кадр данных у нас будет состоять из четырех байтов значений давления и температуры. Мы можем, конечно, писать и в распакованном BCD-виде, взяв подготовленные для индикации значения, но зачем загромождать память (кадр тогда состоял бы из 6 байтов, не четырех), если коэффициенты пересчета мы знаем (они у нас хранятся в EEPROM), и пересчитать всегда сможем. Если договориться на четырех байтах, то в наши 32 кбайта мы сможем вместить 8192 измерения (на самом деле чуть меньше, как мы увидим, но это несущественно), то есть при трехчасовом цикле (8 измерений в сутки) памяти нам хватит на 1024 суток, или почти на 3 года записей!

Как видите, даже такой объем вполне приемлемый. Если хотите увеличить еще в два раза — возьмите память АТ24С512, ее можно поставить сюда без изменений в схеме (и в программе, кроме задания максимального адреса). Схемотехника серии АТ24 предполагает возможность установки параллельно четырех или восьми таких микросхем (с заданием индивидуального I 2С-адреса для каждой), так что при желании объем можно увеличить еще в четыре-восемь раз. Причем использовать, например, две АТ24С512 целесообразнее, чем одну АТС1024, так как для последней адресация усложняется (адрес для объема 128 кбайт содержит 17 бит и выходит за рамки 2-байтового).