Микропроцессоры

12. ПОДКЛЮЧЕНИЕ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ К МИКРОПРОЦЕССОРУ

В устройствах связи микропроцессорные системы чаще всего используются для управления устройствами, блоками или системами связи. При этом в качестве микропроцессорного устройства может выступать универсальный компьютер или группа компьютеров объединенных локальной или глобальной сетью связи или специализированное микропроцессорное устройство, в качестве, которого чаще всего выступает однокристальный микроконтроллер для дешевой и портативной аппаратуры.

Внешними устройствами называются любые устройства, которыми управляет или которым передает информацию микропроцессор. В качестве внешних устройств может выступать принтер или дисплей, клавиатура или модем, но для устройств связи в качестве внешних устройств чаще выступают микросхемы приемников или передатчиков (в том числе построенные на базе сигнальных процессоров), синтезаторов частоты или электрически стираемые постоянные запоминающие устройства.
Согласование микросхем между собой не представляет трудностей, так как практически все современные микросхемы по входу и выходу согласованы с TTL уровнями. Если же это не так, то для согласования нестандартных уровней с TTL уровнями выпускаются специальные микросхемы. Несколько иначе обстоит дело с индикаторами и различными исполнительными устройствами.
В качестве простейшего индикатора рассмотрим светодиодный индикатор. Схема подключения такого индикатора показана на рис. 12.1. Транзистор служит для увеличения тока параллельного порта, при помощи которого микропроцессор зажигает и гасит светодиодный индикатор. Кроме того, транзистор позволяет согласовать уровни напряжения, необходимые для работы цифровых микросхем, к которым относятся микропроцессорные устройства и уровни напряжения, необходимые для работы светодиодного индикатора. Гальванической развязки транзисторный ключ не обеспечивает.
Простой светодиодный индикатор позволяет отображать двоичную информацию, такую как включение или выключение устройства, есть или нет сигнала и т.д. Для отображения цифровой информации используются семисегментные индикаторы. Подключение семисегментного светодиодного индикатора не отличается от схемы, приведенной на рис. 12.1. Практически так же выглядят схемы индикаторов на газоразрядных лампах и лампах накаливания (для лампы накаливания не нужен токоограничивающий резистор).



Рис. 12.1. Подключение одиночного светодиодного индикатора

Несколько сложнее выглядит схема подключения внешних исполнительных устройств с индуктивной нагрузкой (например реле или электромагнита):

Рис. 12.2. Подключение внешнего устройства
с индуктивной нагрузкой

Диод VD1 в этой схеме служит для ограничения напряжения импульсов самоиндукции, которые могут вывести из строя транзистор VT1.

При считывании информации из внешнего устройства возникают аналогичные проблемы. Источники дискретной информации могут иметь различную физическую природу. Они могут находиться на значительном расстоянии от контроллера, иметь различное напряжение питания, но их данные должны быть надежно введены в микропроцессор.
Для решения указанных проблем и реализации гальванической развязки датчиков и микропроцессорного устройства, все датчики с точки зрения схемы представляют собой контакты, работающие на замыкание. Поэтому схема подключения датчика и кнопки не различаются. Со стороны микропроцессорного устройства необходимо преобразовать процесс замыкания/размыкания контактов в логические уровни, необходимые для работы микропроцессорного устройства. Такая схема приведена на рис. 12.3.

Рис. 12.3. Подключение источника дискретной информации
с гальванической развязкой

Иногда требуется вводить информацию с большого количества кнопок. В этом случае для уменьшения количества линий ввода-вывода используется клавиатура. Для подключения клавиатуры используется два порта: порт ввода и порт вывода. Схема подключения клавиатуры приведена на рис. 12.4.

Рис. 12.4. Подключение клавиатуры к микропроцессорному
устройству

Схема подключения не отличается от предыдущей схемы. Принципиальное отличие состоит в том, что корпус на кнопки подается не непосредственно, а через порт вывода. В каждый момент времени к корпусу подключен только один столбец кнопок. Временные диаграммы напряжения на выводах порта вывода приведены на рис. 12.5.

Рис. 12.5. Временные диаграммы напряжения
на выводах порта вывода