Portexpander am AVR - Versionsgeschichte

Thomas E.: Link zu "595 Shift Register Simulator" hinzugefügt

2012-10-28T11:07:55Z

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SprinterSB_alt: /* Makros, Datenstrukturen, Funktionen */

2012-05-23T20:52:41Z

‎Makros, Datenstrukturen, Funktionen

SprinterSB_alt: /* Mit SPI-Hardware */

2012-05-23T20:44:58Z

‎Mit SPI-Hardware

BMS am 8. September 2011 um 18:17 Uhr

2011-09-08T18:17:27Z

Holzi am 6. April 2009 um 16:33 Uhr

2009-04-06T16:33:59Z

Besserwessi: /* Pro & Contra */

2009-04-02T21:22:57Z

‎Pro & Contra

Besserwessi am 14. Februar 2009 um 19:03 Uhr

2009-02-14T19:03:22Z

Holzi am 14. Februar 2009 um 10:55 Uhr

2009-02-14T10:55:17Z

Besserwessi: /* Expander */

2009-02-12T18:27:05Z

‎Expander

Besserwessi: /* Pro & Contra */

2009-02-12T18:25:21Z

‎Pro & Contra

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 =Weblinks=
 * [http://www.gjlay.de/pub/ebook/index.html Dokumentiertes Projekt, das drei 74*595 als Portexpander verwendet]
 [[Kategorie:Elektronik]]

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   {{comment|SERiell nach PArallel (serpa) im SPI-Protokoll}}
-  #ifndef _SERPA_H_
+  #ifndef SERPA_H
-  #define _SERPA_H_
+  #define SERPA_H
   {{comment|4 Bytes (32 Ports)}}
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   extern void serpa_init (void);
-  #endif {{comment|_SERPA_H_}}
+  #endif {{comment|SERPA_H}}
 == Mit SPI-Hardware ==

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         {{lcomment|clear SPIF durch Lesen von SPDR}}
-        SPDR;
+        (void) SPDR;
+     }
      while (--anz > 0);

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 * evtl. Pullup/Pulldown-Widerstand: 20k&Omega;
 * Widerstände zum Entkoppeln vom ISP: einige k&Omega;
-* evtl. Kondensatoren von 100pF zum Entstören der Dateinleitungen
+* evtl. Kondensatoren von 100pF zum Entstören der Datenleitungen
 * Strom für die Versorgung im Bereich von µA bis wenige mA (je nach Expander-Typ, Anzahl und Frequenz)
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 ;Das umstrichelte Modul: kann einfach so oft nach rechts wiederholt werden, bis es soviele Ausgänge hat, wie gewünscht. Die Bits wandern über Pin&nbsp;14 (SER) in den Expander. Acht Takte später erscheint das Bit wieder an Pin&nbsp;9 (QH*) und damit am SER-Eingang des folgenden Expanders.
 ;R1: ist ein Pullup-Widerstand, der während des ISP-Programmierens dafür sorgt, daß RCK nicht floatet, denn während der Programmierung sind die AVR I/O-Leitungen hochohmig. Dadurch bleiben die Ausgänge der Expander stabil (MOSI und SCK wackeln natürlich beim Programmierern).
-;R2, R3: entkoppeln den ISP-Adapter. Ansonsten stören sie nicht weiter, denn beim Proggen muss praktisch kein Strom fliessen &ndash; abgesehen vom minimalen Leckstrom der Ports und Füllen der Portkapazität von ein paar pF.
+;R2, R3: entkoppeln den ISP-Adapter. Ansonsten stören sie nicht weiter, denn beim Programmieren muss praktisch kein Strom fliessen &ndash; abgesehen vom minimalen Leckstrom der Ports und Füllen der Portkapazität von ein paar pF.
 ; Eingang G (Pin13): ist hier auf LOW verdrahtet. Falls gewünscht, kann er verwendet werden, um die Ausgänge der Expander hochohmig zu schalten (high-Z). Dann wird natürlich einen weiteren µC-Port benötigt, um das zu tun. Falls an den Expandern [[LED]]s zum Einsatz kommen sollen, kann G auch mit einem [[PWM]]-Ausgang des µC verdrahtet werden, um die Anzeige dimmen zu können. Im Falle eines PWM-Betriebs ist darauf zu achten, daß durch das gleichzeitige Schalten vieler Ausgänge/Lasten die Betriebsspannung "sauber" bleibt, indem man etwa auf ausreichend große Abblock-Kondensatoren an den Expandern achtet oder andere Maßnahmen zur hinreichenden Stabilisierung der Versorgungsspannung ergreift.
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 =Expander=
-Von den meisten Expandern gibt es auch Unterversionen, wie 74HC (Highspeed CMOS), 74HTC (Highspeed CMOS, TTL-Compatible), etc. Hier tut's z.B. 74HC. Pro Expander fallen Kosten von ca 30-40 Cent an ([[Bezugsquellen#Elektronikbauteile|Reichelt]]). Ungelatchte Register wie 74*164 sind übrigens nicht zu empfehlen, weil bei deren Verwendung wäherend des Schiebens die Ausgänge flattern.
+Von den meisten Expandern gibt es auch Unterversionen, wie 74HC (Highspeed CMOS), 74HCT (Highspeed CMOS, TTL-Compatible), etc. Hier tut's z.B. 74HC. Pro Expander fallen Kosten von ca 30-40 Cent an ([[Bezugsquellen#Elektronikbauteile|Reichelt]]). Ungelatchte Register wie 74*164 sind übrigens nicht zu empfehlen, weil bei deren Verwendung wäherend des Schiebens die Ausgänge flattern.
 Die Verwendete SPI-Frequenz ist unkritisch und kann natürlich auch langsamer eingestellt werden. Taktfrequenzen von 50MHz sind für die ICs normalerweise kein Problem. Die steilen Flanken können aber ein Problem bei längeren Kabeln werden.
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 * [http://www.gjlay.de/pub/ebook/index.html Dokumentiertes Projekt, das drei 74*595 als Portexpander verwendet]
 [[Kategorie:Microcontroller]]
 [[Kategorie:Kommunikation]]

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−	Bietet ein Controller nicht genügend I/O-Leitungen, dann kann ein Portexpander verwendet werden. Dadurch ~~stehenzusätzliche~~ Ports zur Verfügung. Neben [[I2C Chip-Übersicht\|Portexpandern der I²C-Klasse]] oder [[SPI]]-Klasse bietet sich an, 8-Bit-Schieberegister zu kaskadieren und als Expander zu verwenden. Das ist oft ausreichend, weil mehr Ausgänge gebraucht werden als Eingänge. Dabei werden Schieberegister mit Ausgangs-Latch verwendet, d.h. die Daten werden erst dann an die Ausgänge geschaltet, wenn sie an Ort und Stelle sind.	+	Bietet ein Controller nicht genügend I/O-Leitungen, dann kann ein Portexpander verwendet werden. Dadurch stehen zusätzliche Ports zur Verfügung. Neben [[I2C Chip-Übersicht\|Portexpandern der I²C-Klasse]] oder [[SPI]]-Klasse bietet sich an, 8-Bit-Schieberegister zu kaskadieren und als Expander zu verwenden. Das ist oft ausreichend, weil mehr Ausgänge gebraucht werden als Eingänge. Dabei werden Schieberegister mit Ausgangs-Latch verwendet, d.h. die Daten werden erst dann an die Ausgänge geschaltet, wenn sie an Ort und Stelle sind.

	Falls Eingänge benötigt werden, können auch Schieberegister mit Input-Latches ankaskadiert werden, welche die Eingänge von parallel nach seriell umsetzen (in diesem Artikel nicht näher beschrieben).		Falls Eingänge benötigt werden, können auch Schieberegister mit Input-Latches ankaskadiert werden, welche die Eingänge von parallel nach seriell umsetzen (in diesem Artikel nicht näher beschrieben).

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 * soll ein Ausgangs-Port geändert werden, müssen ''alle'' Daten neu gesendet werden
 * bei der Variante mit SPI-Hardware liegt MISO brach bzw ist nicht so einfach nutzbar zu machen
 =Resourcen=

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−	Bietet ein Controller nicht genügend I/O-Leitungen, dann kann ~~einPortexpander werwendet~~ werden. Dadurch stehenzusätzliche Ports zur Verfügung. Neben [[I2C Chip-Übersicht\|Portexpandern der I²C-Klasse]] oder [[SPI]]-Klasse bietet sich an, 8-Bit-Schieberegister zu kaskadieren und als Expander zu verwenden. Das ist oft ausreichend, weil mehr Ausgänge gebraucht werden als Eingänge. Dabei werden Schieberegister mit Ausgangs-Latch ~~verwendez~~, d.h. die Daten werden erst dann an die Ausgänge geschaltet, wenn sie an Ort und Stelle sind.	+	Bietet ein Controller nicht genügend I/O-Leitungen, dann kann ein Portexpander verwendet werden. Dadurch stehenzusätzliche Ports zur Verfügung. Neben [[I2C Chip-Übersicht\|Portexpandern der I²C-Klasse]] oder [[SPI]]-Klasse bietet sich an, 8-Bit-Schieberegister zu kaskadieren und als Expander zu verwenden. Das ist oft ausreichend, weil mehr Ausgänge gebraucht werden als Eingänge. Dabei werden Schieberegister mit Ausgangs-Latch verwendet, d.h. die Daten werden erst dann an die Ausgänge geschaltet, wenn sie an Ort und Stelle sind.

	Falls Eingänge benötigt werden, können auch Schieberegister mit Input-Latches ankaskadiert werden, welche die Eingänge von parallel nach seriell umsetzen (in diesem Artikel nicht näher beschrieben).		Falls Eingänge benötigt werden, können auch Schieberegister mit Input-Latches ankaskadiert werden, welche die Eingänge von parallel nach seriell umsetzen (in diesem Artikel nicht näher beschrieben).

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-Bietet ein Controller nicht genügend I/O-Leitungen, dann kann man Portexpander werwenden. Dadurch hat man zusätzliche Ports zur Verfügung. Neben [[I2C Chip-Übersicht|Portexpandern der I&sup2;C-Klasse]] oder [[SPI]]-Klasse bietet sich an, 8-Bit-Schieberegister zu kaskadieren und als Expander zu verwenden. Das ist oft ausreichend, weil mehr Ausgänge gebraucht werden als Eingänge. Dabei verwendet man Schieberegister mit Ausgangs-Latch, d.h. die Daten werden erst dann an die Ausgänge geschaltet, wenn sie an Ort und Stelle sind.
+Bietet ein Controller nicht genügend I/O-Leitungen, dann kann einPortexpander werwendet werden. Dadurch stehenzusätzliche Ports zur Verfügung. Neben [[I2C Chip-Übersicht|Portexpandern der I&sup2;C-Klasse]] oder [[SPI]]-Klasse bietet sich an, 8-Bit-Schieberegister zu kaskadieren und als Expander zu verwenden. Das ist oft ausreichend, weil mehr Ausgänge gebraucht werden als Eingänge. Dabei werden Schieberegister mit Ausgangs-Latch verwendez, d.h. die Daten werden erst dann an die Ausgänge geschaltet, wenn sie an Ort und Stelle sind.
-Falls man Eingänge benötigt, können auch Schieberegister mit Input-Latches ankaskadiert werden, welche die Eingänge von parallel nach seriell umsetzen (in diesem Artikel nicht näher beschrieben).
+Falls Eingänge benötigt werden, können auch Schieberegister mit Input-Latches ankaskadiert werden, welche die Eingänge von parallel nach seriell umsetzen (in diesem Artikel nicht näher beschrieben).
 = Pro & Contra =
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 |}
 </center>
-;Das umstrichelte Modul: kann einfach so oft nach rechts wiederholt werden, bis man so viele Ausgänge hat wie gewünscht. Die Bits wandern über Pin&nbsp;14 (SER) in den Expander. Acht Takte später erscheint das Bit wieder an Pin&nbsp;9 (QH*) und damit am SER-Eingang des folgenden Expanders.
+;Das umstrichelte Modul: kann einfach so oft nach rechts wiederholt werden, bis es soviele Ausgänge hat, wie gewünscht. Die Bits wandern über Pin&nbsp;14 (SER) in den Expander. Acht Takte später erscheint das Bit wieder an Pin&nbsp;9 (QH*) und damit am SER-Eingang des folgenden Expanders.
 ;R1: ist ein Pullup-Widerstand, der während des ISP-Programmierens dafür sorgt, daß RCK nicht floatet, denn während der Programmierung sind die AVR I/O-Leitungen hochohmig. Dadurch bleiben die Ausgänge der Expander stabil (MOSI und SCK wackeln natürlich beim Programmierern).
 ;R2, R3: entkoppeln den ISP-Adapter. Ansonsten stören sie nicht weiter, denn beim Proggen muss praktisch kein Strom fliessen &ndash; abgesehen vom minimalen Leckstrom der Ports und Füllen der Portkapazität von ein paar pF.
-; Eingang G (Pin13): ist hier auf LOW verdrahtet. Falls gewünscht, kann er verwendet werden, um die Ausgänge der Expander hochohmig zu schalten (high-Z). Dann braucht man natürlich einen weiteren µC-Port, um das zu tun. Falls an den Expandern [[LED]]s zum EInsatz kommen sollen, kann man G auch mit einem [[PWM]]-Ausgang des µC verdrahten, um die Anzeige dimmen zu können. Im Falle eines PWM-Betriebs ist darauf zu achten, daß durch das gleichzeitige Schalten vieler Ausgänge/Lasten die Betriebsspannung "sauber" bleibt, indem man etwa auf ausreichend große Abblock-Kondensatoren an den Expandern achtet oder andere Maßnahmen zur hinreichenden Stabilisierung der Versorgungsspannung ergreift.
+; Eingang G (Pin13): ist hier auf LOW verdrahtet. Falls gewünscht, kann er verwendet werden, um die Ausgänge der Expander hochohmig zu schalten (high-Z). Dann wird natürlich einen weiteren µC-Port benötigt, um das zu tun. Falls an den Expandern [[LED]]s zum Einsatz kommen sollen, kann G auch mit einem [[PWM]]-Ausgang des µC verdrahtet werden, um die Anzeige dimmen zu können. Im Falle eines PWM-Betriebs ist darauf zu achten, daß durch das gleichzeitige Schalten vieler Ausgänge/Lasten die Betriebsspannung "sauber" bleibt, indem man etwa auf ausreichend große Abblock-Kondensatoren an den Expandern achtet oder andere Maßnahmen zur hinreichenden Stabilisierung der Versorgungsspannung ergreift.
 =Ports=
-Ohne Nutzung der SPI-Hardware hat man die freie Auswahl, welche Ports man verwendet. Natürlich ist auch die Verwendung der SPI/ISP-Ports in jeder beliebigen Anordnung möglich und das Signal "SCK" muss nicht an Port "SCK" angeschlossen sein. Einzig auf das Signal '''RCK''' sollte man achten, denn falls es zugleich durch den ISP verwendet wird, flattern beim Programmieren möglicherweise die Expander-Ausgänge.
+Ohne Nutzung der SPI-Hardware gibt es die freie Auswahl, welche Ports verwendet werden sollen. Natürlich ist auch die Verwendung der SPI/ISP-Ports in jeder beliebigen Anordnung möglich und das Signal "SCK" muss nicht an Port "SCK" angeschlossen sein. Einzig auf das Signal '''RCK''' sollte man achten, denn falls es zugleich durch den ISP verwendet wird, flattern beim Programmieren möglicherweise die Expander-Ausgänge.
 Bei der Hardware-Version ist man auf die SPI-Pins
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 festgelegt, mit Ausnahme von '''RCK'''. Das kann irgendein Port sein (ausser '''MISO''', das bei aktiviertem SPI immer Input ist). Im Beispiel ist '''RCK''' an '''SS''' (SPI Slave Select) angeschlossen.
 {{FarbigerRahmen |
-Falls man '''SS''' nicht in dieser Weise verwendet, muss man auf jeden Fall dafür sorgen, daß '''SS''' ''entweder'' auf OUT steht, oder ''nie'' auf LOW geht, da sonst SPI in den Slave-Modus schaltet!
+Falls '''SS''' nicht in dieser Weise verwendet wird, muss auf jeden Fall dafür gesorgt werden, daß '''SS''' ''entweder'' auf OUT steht, oder ''nie'' auf LOW geht, da sonst SPI in den Slave-Modus schaltet!
 }}
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 == Mit SPI-Hardware ==
-Das Senden erfolgt ohne den SPI-Interrupt zu nutzen. Allein der ISR-Prolog/Epilog dauert schon so lange wie ein Schleifendurchlauf.
+Das Senden erfolgt, ohne den SPI-Interrupt zu nutzen. Allein der ISR-Prolog/Epilog dauert schon so lange, wie ein Schleifendurchlauf.
 '''serpa.c'''

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 Von den meisten Expandern gibt es auch Unterversionen, wie 74HC (Highspeed CMOS), 74HTC (Highspeed CMOS, TTL-Compatible), etc. Hier tut's z.B. 74HC. Pro Expander fallen Kosten von ca 30-40 Cent an ([[Bezugsquellen#Elektronikbauteile|Reichelt]]). Ungelatchte Register wie 74*164 sind übrigens nicht zu empfehlen, weil bei deren Verwendung wäherend des Schiebens die Ausgänge flattern.
-Die Verwendete SPI-Frequenz ist unkritisch und kann natürlich auch langsamer eingestellt werden. Taktfrequenzen von 100MHz sind für die ICs normalerweise kein Problem.
+Die Verwendete SPI-Frequenz ist unkritisch und kann natürlich auch langsamer eingestellt werden. Taktfrequenzen von 50MHz sind für die ICs normalerweise kein Problem. Die steilen Flanken können aber ein Problem bei längeren Kabeln werden.
 ;8-Bit Schieberegister mit Ausgangs-Latch:

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 * Hardware bzw. Code der Version ohne Hardware-Unterstützung ist auch auf anderen Controllertypen als AVR verwendbar (sofern die Ausgangspegel passen).
 * Test der Schaltung direkt am PC möglich, falls man Zugriff auf den Parallelport oder [[RS232]] ('''Pegelanpassung erforderlich!''' z.B MAX232, Widerstände & [[Diode#Zenerdiode|Zenerdiode]]) hat. In diesem Fall verwendet man die Software PC-seitig und setzt/resettet die 3 Portleitungen, an die man die Expander angeschlossen hat.
-* Indem die Enable-Leitung des Latches per PWM angesteuert wird, können die Ausgänge einfach une effizient gedimmt werden. Das ist interessant, wenn die Portexpander [[LED]]s treiben.
+* Indem die Enable-Leitung des Latches per PWM angesteuert wird, können die Ausgänge einfach und effizient gedimmt werden. Das ist interessant, wenn die Portexpander [[LED]]s treiben.
 ;Nachteile