Файл: Описание МК и стенда.doc

Аналого-цифровой преобразователь (ADC, АЦП) Как показано ниже, А/Ц преобразование начинается с изменения бита в соответствующем РСН. Напряжение на входе измеряется (дискретизация занимает несколько микросекунд) и загружается в другой РСН в виде цифры.

Если АЦП 8- битовый и опорное напряжение – 5В, то вся шкала напряжения делится на 256 делений, минимальный шаг напряжения 19.53мВ (5В / 256 = 19.53мВ).

Порты ввода/вывода Для подключения периферии МК имеет несколько регистров (портов, которые могут быть как входами так и выходами).

Тактовый (опорный) генератор задает скорость работы МК. В качестве генератора может использоваться кварцевый кристалл или керамический резонатор.

!Важно! Инструкции выполняются с частотой в несколько раз меньше чем частота генератора. например, если используется кварцевый резонатор с частотой 20MHz, время выполнения одной команды может составлять 200, 400 или 800 нс, а не 50 нс.

Таймеры - электронные часы используются большинством программ. использует эти миниатюрные. Обычно это 8 или 16- битные регистры, чья величина автоматически возрастает за 1 тактовый импульс. Если таймер работает от внутреннего тактового генератора МК, он может использоваться для измерения времени между двумя событиями (регистрировать время в начале измерения T1, и в конце T2, интервал T2-T1). Если таймер работает от внешнего источника, то он работает как счетчик.

В обоих случаях, при достижении числа, записанного в регистр, счетчик сбрасывается и в РСН записывается бит (флаг переполнения). Это позволяет измерять более длинные периоды времени. Также, если это разрешено программой, данный флаг может вызвать прерывание выполняющая подпрограмм.

Сторожевой таймер (Watchdog Timer)

Это - таймер с вводом, подключенным к независимому генератору МК. Если сторожевой таймер сработал по переполнению, программа МК выполняется заново (как будто мощность только что была включена).

Сигнал прерывания - сигнал, который прерывает ход выполнения программы. При поступлении на МК сигнала прерывания МК прекращает выполнять основную программу в точке останова и определяет источник прерывания. Если требуется выполнение определенного действия, текущее значение счетчика программ записывается в стек и начинает выполняться новая подпрограмма (программа прерывания).

Стек – часть ОЗУ для хранения текущего значения счетчика программ. Запоминать его нужно для того, чтобы программа могла вернуться к той точке, где была прервана при обработке внешнего прерывания.

Цепи питания МК имеет внутреннюю и внешнюю защиту.

Внутренняя защита предохраняет МК от неконтролируемого поведения , вызванного помехами, колебаниями напряжений или снижением напряжения питания ниже допустимого предела. Если напряжения для высоковольтных элементов внутри МК падают ниже определенной величины, происходит принудительный «сброс» всей электроники в исходное состояние.
Внешний сброс – вывод «Reset» используется для "внешнего" восстановления МК (на этот вывод подается «1» или «0» в зависимости от типа МК.

Краткое описание МК AT89S8253.

В лабораторном стенде easy8051 используется 8-разрядный мк at89s8253.

AT89S8253 - маломощный, высокопроизводительный КМОП 8-разрядный МК с внутрисистемно-программируемой флэш-памятью программ и ЭСППЗУ памяти данных. Построен на основе технологии энергонезависимой памяти высокой плотности и совместим по расположению выводов и набору инструкций со стандартными промышленными МК серии MCS-51. Встроенная флэш-память перепрограммируется внутрисистемно через последовательный интерфейс SPI или с помощью программатора обычной энергонезависимой памяти.

AT89S8253 работает с использованием статической логики и поддерживает два программно выбираемых экономичных режима работы.

В режиме холостого хода останавливается ЦПУ, при этом продолжают работу ОЗУ, таймер-счетчики, последовательный порт и система прерываний.
В режиме выключения (Power-down) сохраняется содержимое ОЗУ, но останавливается генератор, отключаются все остальные функции микроконтроллера до следующего внешнего прерывания или аппаратного сброса.

Доступ к встроенной флэш-памяти и ЭСППЗУ организован через последовательный интерфейс SPI. При переводе входа сброса в активное состояние интерфейс SPI переходит в режим последовательного программирования и позволяет считать или запрограммировать память программ при условии незапрограммированности битов защиты.

Технические характеристики мк at89s8253

Совместимость с семейством MCS-51.
12 кбайт внутрисистемно-программируемой флэш-памяти программ

- Загрузка программного кода через последовательный интерфейс SPI

- Износостойкость: 10 тысяч циклов записи/стирания.

2 кбайт ЭСППЗУ памяти данных (износостойкость: 100 тысяч циклов записи/стирания).
64 байтный массив сигнатуры пользователя.
Напряжение питания 2.7В...5.5В.
Полностью статическая работа в диапазоне частот 0 Гц ... 24 МГц.
Трехуровневая защита памяти программ.
Внутреннее ОЗУ с организацией памяти 256 x 8 бит.
32 программируемые линии ввода-вывода.
Три 16-разрядных таймера-счетчика.
Девять источников прерываний.
Расширенный последовательный порт УАПП с детекцией ошибки кадра и автоматическим распознаванием адреса.
Расширенный последовательный интерфейс SPI (двойная буферизация чтения/записи).
Маломощные режимы холостого хода (Idle) и выключения (Power-down).
Возобновление работы в режиме выключения (Power-down) при возникновении прерывания.
Программируемый сторожевой таймер.
Два указателя данных.
Флаг снятия питания.
Гибкое внутрисистемное программирование (байтный и страничный режимы). Страничный режим: 64 байт/страницу для памяти программ, 32 байт/страницу для памяти данных.
Четырехуровневый расширенный контроллер прерываний.
Опциональное удвоение быстродействия.
Внутренняя схема сброса при подаче питания.
42-выводной корпус PDIP для снижения электромагнитных излучений.

Структурная схема мк at89s8253

Рисунок 8. Расположение выводов МК:

Рисунок 9. Назначение выводов МК

Номер вывода	Название вывода/аль-тернативной функции	Функция вывода /альтернативная функция
Порт 1 (Р1) выводы 1-8	Р1.0…Р1.7	Каждый из этих выводов может быть использован как ввод или выход согласно вашим потребностям, а выводы младших разрядов P1.0 и P1.1 имеют дополнительные специальные функции, связанные с работой Таймера 2.
9	Сигнал сброса (RST)	высокое логическое состояние на этом входе –«1» останавливает работу МК (сбрасывает его) и очищает все регистры. При подаче на этот вывод логического «0» программа запускается заново с первой команды (так же как и при включении питания МК). В зависимости от цели устройства и окрестностей, этот вывод подключается к кнопке ручного сброса (оператором) или с цепи автоматического сброса.
Порт 3 (Р3): 10	Р3.0…Р3.7 Р3.0/RXD	Как и Порт 1 (Р1), каждый из этих выводов может быть использован как универсальный ввод или выход. Тем не менее, каждый вывод Р3 имеет альтернативную функцию: последовательный ввод для асинхронной связи или последовательный выход для синхронной связи.
11	Р3.1/TXD	последовательный выход для асинхронной связи или выхода тактового сигнала для синхронной связи.
12	Р3.2/INT0	ввод для прерывания 0.
13	Р3.3/INT1	ввод для прерывания 1.
14	Р3.4/T0	вход тактового сигнала счетчика 0.
15	Р3.5/T1	ввод часов счетчика 1.
16	Р3.6/WR	сигнал для записи во внешнее ОЗУ (при расширении памяти).
17	Р3.7/RD	сигнал для чтения из внешней ОЗУ.
18 19	XTAL2 XTAL1	Вход (XTAL1) и выход (XTAL2) инвертирующего усилителя внутреннего генератора. К этим выводам подключается кварцевый резонатор, задающий частоту работы МК. К обоим выводам резонатора подключаются конденсаторы (емкостью около 30 пФ. При использовании керамического резонатора рекомендуемая емкость может быть выше (от 27пФ до47 пФ).
20	GND	Заземление (земля).
Порт 2 (Р2): 21- 28	Р2.0…Р2.7	Если к выводам Р2 не подключена внешняя память они работают как универсальный ввод/выход. Если внешняя память присутствует, то на него подается старший байт адреса (A8 - A15). !Важно! Если не все 8 битов используются для адресации памяти (то есть память меньше чем 64Кб), остальная часть неиспользованных битов не доступна как ввод/выход.
29	PSEN	МК активирует этот бит (приводит в низком состоянии) при каждом чтении байта (инструкция) из программной памяти. Если для хранения программы используется внешняя ПЗУ, PSEN напрямую подключается к ее управляющим выводам.
30	ALE/PROG	Перед каждым чтением внешней памяти, МК выдает младший байт регистра адреса (A0 - A7) в порт P0 и активизирует выходной сигнал ALE. Внешний регистр запоминают состояние порта P0 , получая сигнал с вывода ALE, и использует его как часть адреса для чипа памяти. Когда ALE переводится в «0» порт P0 используется как шина данных. Таким образом порт Р0 - мультиплексированный (может использоваться для передачи адреса и данных), режим работы порта управляется сигналом ALE. Во время программирования флэш на этот вывод поступает импульс PROG.
31	EA\|VPP	Установка этого вывода в «0» (подключение к земле) определяет использование портов P2 и P3 для передачи адресов независимо от присутствия внутренней памяти. Это означает, что даже если бы программа загружалась в МК, она не будет выполняться, но будут считываться данные из внешнего ПЗУ. И наоборот, установка вывода в «1» приводит к использованию сначала внутренней памяти и только затем (если есть) внешней.
Порт 0 (Р0): 32-39	Р0.0…Р0.7	Аналогично Р2, выводы Р0 могут быть использованы как универсальный ввод/выход, если не подключена внешняя память. Если она есть, P0 ведет себя как выход младшего байта адреса (A0 - A7) когда вывод ALE – и «1», или как выход данных (ШД), когда ALE –«0».
40	VCC	Напряжение питания - 5В.

Вопросы по составу лабораторного стенда easy8051

1 Сколько портов ввода/вывода имеет стенд и МК?

2 Для чего нужен последовательный порт SPI?

3 Что такое мультиплексированный режим?

4 Какое устройство задает тактовый сигнал для МК?

5 Для чего в МК используются таймеры?

6 Для чего применяется ПЗУ и ОЗУ?

7 Что такое стабилизатор напряжения?

Приложение

Сокращения, используемые в тексте

ОЗУ (RAM) – оперативное запоминающее устройство.

ПЗУ (ROM) – постоянное запоминающее устройство.

МК – микроконтроллер.

РСН – регистр специального назначения.

АЦП – аналого-цифровой преобразователь.

ЦАП – цифроаналоговый преобразователь.

Z – высокоимпедансное состояние, сопротивление выхода стремится к бесконечности.

MSВ- Самый левый бит - наиболее значимый бит.

LSВ - Самый правый бит - наименее значимый бит.

ЭСППЗУ – электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство.

ЦПУ – центральное процессорное устройство.

Маркировка микросхем atmel

Все производимые Atmel микросхемы имеют префикс AT Следующие 4-9 цифр обозначают номер партии, в суффиксе, следующем за дефисом, указывается быстродействие, тип корпуса, диапазон рабочих температур и наличие военной приемки 883C level B. Ниже дан пример маркировки микросхем ф.Atmel:

AT	XXXXX -	X	X	X	X

						Исполнение Не заполнено = стандартное /883 = полностью соответствующее MIL-STD-883, Class B B = не соответствующее MIL-STD-883, Class B
					Температурный диапазон A = автомобильное применение (-40°C ... 125°C) C = коммерческое применение (0°C ... 70°C) I = промышленное применение (-40°C ... 85°C) M = военное применение (-55°C ... 125°C)
				Тип корпуса A = TQFP B = Ceramic Side Braze Dual Inline C = CBGA D = Cerdip F = Flatpack G = Cerdip, One Time Programmable J = Plastic J-Lead Chip Carrier K = Ceramic J-Lead Chip Carrier L = Leadless Chip Carrier M = MSOP N = Leadless Chip Carrier, One Time Programmable Plastic DIP Q = Plastic Quad Flatpack R = SOIC S = SOIC T = TSOP (TSSOP for Serial EEPROM) U = μBGA V = VSOP (Small TSOP) W = Die X = TSSOP Y = Cerpack Z = Ceramic Multi-Chip Module
			Быстродействие
		Группа
	Продукция корпорации Atmel