Современная электроника №8/2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2021 Работа с универсальным синхронно/асинхронным приёмопередатчиком USART в программной среде Proteus 8.11 Рис. 1. Программная среда Proteus 8.11 В статье рассматривается проектирование схем микроэлектронных устройств с использованием модуля USART в Proteus. Приведены примеры моделирования схем, в которых проводится обмен данными через последовательный интерфейс между виртуальным терминалом, алфавитно-цифровым дисплеем и микроконтроллерами AVR (семейства Mega) и STM32 (семейства Cortex-M3) под управлением программы, написанной на языке С или ассемблере, с применением одного или сразу двух модулей USART. В ходе выполнения программы отслеживается состояние регистров управления модулем USART. С помощью осциллографа и логического анализатора осуществлён контроль входных/выходных сигналов, присутствующих в цепях исследуемых схем. Татьяна Колесникова (beluikluk@gmail.com) Введение USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) – это модуль последовательного вво- да-вывода, который используется для обмена данными между цифровыми устройствами (например, персональ- ным компьютером и его перифери- ей). Модуль подходит для организации связи между двумя микроконтроллера- ми, а также для связи любых устройств, где данный протокол поддерживается. На базе USART построены многие про- мышленные интерфейсы передачи дан- ных: RS-232 (COM-порт), RS-422, RS-485, «токовая петля», которые отличаются физической средой передачи логиче- ской 1 и 0 при одинаковой структуре кадра и временны ′ х параметров. USART может работать в трёх режимах: ● асинхронный, полный дуплексный режим; ● ведущий синхронный, полудуплекс- ный режим; ● ведомый синхронный, полудуплекс- ный режим. Модуль приёмопередатчика обеспе- чивает полнодуплексный обмен по последовательному каналу, при этом скорость передачи данных может варьироваться в довольно широких пределах. Длина посылки может состав- лять от 5 до 9 бит. В модуле присутствует схема контроля и формирования бита чётности. Модуль USART обнаружива- ет следующие внештатные ситуации: ● переполнение; ● ошибка кадрирования; ● неверный старт-бит. Для уменьшения вероятности сбоев в модуле реализована функция филь- трации помех. Для взаимодействия с программой в микроконтроллере, как правило, предусмотрены прерывания, запрос на генерацию которых форми- руется при наступлении следующих событий: ● «передача завершена»; ● «регистр данных передатчика пуст»; ● «приём завершён». Интерфейс USART задействует 3 линии ввода-вывода: ● TxD – передача данных; ● RxD – приём данных; ● XCK – тактовый сигнал (использу- ется только в синхронном режиме). Рассмотрим работу с USART на при- мере микроконтроллеров AVR (микро- схемы ATmega128 и ATmega16) и STM32 (микросхема STM32F103C4), для чего воспользуемся программой компьютер- ного моделирования электронных схем Proteus (см. рис. 1). Основное отличие программы Proteus от аналогичных по назначениюпакетов программ, напри- мер, Multisim, заключается в развитой системе симуляции (интерактивной пошаговой отладки и отладки в режи- ме реального времени) для различных семейств микроконтроллеров, среди которых Mega и Cortex-M3. Первый этап проектирования узла печатной платы в системе Proteus [1] – это разработка схемы электрической принципиальной в редакторе Schematic Capture. На этой стадии проектирования выбирают компонентыиз библиотеки, размещают их в рабочем поле черте- жа, выполняют связь компонентов при помощи цепей и шин. При необходи- мости модифицируют свойства компо- нентов, добавляют текстовые надписи. Приём и передача данных через последовательный интерфейс USART в микроконтроллерах Cortex-M3 в Proteus Работа с универсальным синхронно/асинхронным приёмопередатчиком USART Микроконтроллеры семейства Cortex-M3 имеют в своём составе до трёх модулей универсального синхрон- но/асинхронного приёмопередатчика USART. Вмикросхеме STM32F103C4 име- ется три таких модуля USART (USART1,