De I/O

De I/O verbindt de processor met de buitenwereld. De processor kan de I/O lezen en schrijven (net als gewone geheugenlocaties.) Hierdoor kan in het programma worden gereageerd op signalen van buiten, en kunnen signalen worden gegeven aan de buitenwereld.

De I/O bestaat uit gespecialiseerde schakelingen (bijvoorbeeld een analoog naar digitaal converter, een teller of een timer), die met één of meer pinnen op de behuizing van de micro-controller zijn verbonden. De processor in de micro-controller kan deze schakelingen besturen via de zogenaamde I/O registers. De I/O registers zijn niets anders dan geheugenplaatsen. Ieder register heeft zijn eigen adres. De adressen zijn vast afgesproken en in een lijstje met de gegevens van de micro-controller terug te vinden. Het lezen en schrijven van een I/O register is niet anders dan lezen en schrijven van een geheugenplaats.

De I/O registers zijn geheugenplaatsen, die rechtstreeks verbonden zijn met de I/O schakelingen. Door bepaalde bits in een I/O registers te setten (1 maken) of resetten (0 maken), kan de werking van een I/O schakeling beïnvloed worden. Sommige poorten kunnen bijvoorbeeld ingesteld worden als een ingang of als een uitgang.
Via andere I/O registers kunnen de schakelingen uitgelezen worden (bijvoorbeeld de stand van een teller, die de pulsen telt die worden aangeboden op een pin van de behuizing.)

Elke I/O schakeling in de micro-controller heeft zo zijn eigen set registers voor besturing en gegevenstransport. In latere lessen zullen alle mogelijke instellingen van de I/O aan de orde komen.

De 68HC11 heeft veel Input en Output poorten. Al de inputs en outputs zijn op de SIMPLEX beschikbaar via headers. De op de SIMPLEX aanwezige I/O zal in volgende hoofdstukken uitgebreid behandeld worden.

Een samenvatting van de I/O mogelijkheden op de SIMPLEX is:

• 4 Analoge ingangen van 8 bits, met voorversterker waarop diverse typen sensoren direct kunnen worden aangesloten.
  

• 4 Analoge ingangen 0..5V, 8 bits.
  

• 8 Digitale uitgangen met drivers voor 500mA per kanaal, waarmee direct relais, lampjes etc. kunnen worden aangestuurd.
  

• 8 Digitale kanalen die individueel programmeerbaar zijn als in- of uitgang, waarop direct spanningsloze relaiscontacten of schakelaars kunnen worden aangesloten.
  

• 8 TTL-compatibele digitale in- en uitgangen van de timer systemen in de micro-controller. De in- en uitgangen zijn ook te gebruiken als gewone digitale in- of uitgang.
  

• 1 Seriële poort voor verbinding met een PC.
  

• 1 Uitbreidingspoort voor het aansluiten van extra I/O.
  

• 3 LED's voor lokale status-informatie.
  

• 2 Drukschakelaars voor lokale besturing.
  

De volledige interne opbouw van de 68HC11 is gegeven in de volgende figuur.

De seriële poort

De 68HC11 heeft een poort die compatible is met de seriële poort (of z.g. COM-poort) op Uw PC. De spanningsniveaus zijn volgens de RS-232 standaard. Deze poort is gebruikt om de verbinding tussen de SIMPLEX en Uw PC te maken. Via deze poort kunt U (met behulp van het simplex programma) door U geschreven toepassingen van de micro-controller in het programmageheugen van de processor laden.

Verder kan de poort (in een toepassing) uiteraard gebruikt worden voor communicatie met Uw PC, of elk ander apparaat dat over een RS-232 verbinding beschikt.

De poort kan op alle standaard Baudrates van 75 t/m 9600 Baud worden ingesteld.

De seriële poort kan ook gebruikt worden om de micro-controller te resetten. Hierdoor kan vanaf de PC het programma in de micro-controller opnieuw gestart worden.

Paralelle in- en uitgangen

De 68HC11 heeft 8 digitale uitgangen (op de zogeheten poort B), die speciaal bedoeld zijn voor digitale besturing. Op de SIMPLEX zijn achter de 8 uitgangen van de micro-controller nog buffer versterkers geplaatst, zodat met elk van de 8 uitgangskanalen zo'n 500mA geschakeld kan worden. U kunt hierop rechtstreeks bijvoorbeeld lampjes of relais aansluiten.

Daarnaast heeft de 68HC11 een 8 bits poort (poort C), waarvan elk van de 8 pinnen zowel als ingang of als uitgang ingesteld kunnen worden. Als uitgang geprogrammeerd zijn de signalen TTL-compatible. Wanneer een pin als ingang geprogrammeerd is, kan hierop direct een schakelaar of een potentiaalvrij relaiscontact worden aangesloten.

Timer in- en uitgangen

De 68HC11 beschikt intern over een aantal timer-systemen waarmee zeer nauwkeurige timing-pulsen gegenereerd kunnen worden, en waarmee nauwkeurig kan worden gemeten hoelang bepaalde verschijnselen uit de buitenwereld duren, wanneer ze opgetreden zijn, etc. De aansluitingen naar de timers zijn aangebracht op poort A. Er zijn 3 ingangen waarmee tijden gemeten kunnen worden, en 4 uitgangen waarmee timing-pulsen gegenereerd kunnen worden. Daarnaast is er nog een pin die naar keus gebruikt kan worden om tijden te meten of om pulsen te genereren. Als de timers niet gebruikt worden, kunnen de timer-uitgangen als gewone digitale uitgang gebruikt worden, en de timer-ingangen als gewone digitale ingangen.

Teller

De 68HC11 heeft een teller aan boord die het aantal pulsen telt dat op één van de pinnen van poort A aangeboden wordt. Dit aantal wordt intern bijgehouden in een 8-bits teller, en kan door het programma worden uitgelezen.

De teller kan ook intern opgewekte pulsen tellen (deze pulsen hebben een frequentie van 31.250 Hz), waarbij via één van de pinnen van poort A dit tellen (tijdelijk) kan worden gestopt. Hiermee kan eenvoudig de tijdsduur van bepaalde gebeurtenissen worden gemeten.

Analoge ingangen

De 68HC11 beschikt over 8 analoge ingangskanalen. Deze kanalen hebben een resolutie van 8 bits en een bereik van 0..5 Volt, en zijn aangesloten op poort E. Op de SIMPLEX zijn 4 van deze analoge ingangen voorzien van een voorversterker, zodat ook kleine signalen gemeten kunnen worden. De andere 4 kanalen zijn zonder voorversterker uitgevoerd. Het is mogelijk de ingangen als gewone digitale ingang te gebruiken. Dit regelt U allemaal zelf in het programma dat U schrijft.

Uitbreidingspoort

Als de hoeveelheid I/O die de standaard 68HC11 te bieden heeft nog niet toereikend is, dan is er nog de mogelijkheid om op eenvoudige wijze de hoeveelheid in- en uitgangen uit te breiden via een speciaal seriëel kanaal, dat is aangesloten op poort D. Als deze uitbreiding niet nodig is, dan kunnen de pinnen van poort D gewoon als digitale in- en uitgangen gebruikt worden.

De uitbreidingspoort is ook geschikt om meerdere SIMPLEX'en in een netwerkje samen te laten werken.

Interne subsystemen

Naast de timers, analoge en digitale uitgangen, de digitale ingangen etc. die uiteindelijk met de buitenwereld communiceren beschikt de 68HC11 nog over een aantal systemen die compleet binnenin de chip functioneren.

Zo heeft de micro-controller een tijdbasis generator die gebruikt kan worden om de 68HC11 op regelmatige ogenblikken te vertellen dat er bv 4, 8, 16 of 32 ms verstreken zijn.

Daarnaast is er een circuit aanwezig waarmee gecontroleerd kan worden of het programma nog goed loopt (watchdog.) Als het programma niet op gezette tijden de watchdog terugzet door een bepaald bitpatroon in het I/O register van de watchdog te schrijven, wordt aangenomen dat het programma niet goed meer loopt en volgt er een Reset zodat het programma opnieuw gestart wordt.

Ook is er een subsysteem aanwezig waarmee de EEPROM geprogrammeerd kan worden.

Er is een Reset circuit dat de micro-controller netjes laat starten als de spanning erop wordt gezet.

Tenslotte is er nog een systeem dat in de gaten houdt of de klok van de micro-controller nog goed loopt, en een Reset kan geven als dit niet het geval is.

Zoals gezegd, zal de op de SIMPLEX aanwezige I/O in volgende hoofdstukken uitgebreid behandeld worden. Aan het eind van de cursus zult U precies weten hoe de verschillende I/O schakelingen in de micro-controller bediend moeten worden, en zelf in staat zijn deze I/O schakelingen toe te passen in een eigen applicatie.