Файл: Курс лекций по микроконтроллерам.pdf

8

Важную роль в системах ЦАП играют устройства отчета времени – таймера, они определяют интервал измерения и выдачи управляемых сигналов в системе.

1.6.Гарвардская и Фон-Неймовская архитектура памяти контроллера (ОМК)

Главными отличительными чертами Гарвардской архитектуры организации памяти контроллера является:

–реализация в виде различных устройств памяти для программ и памяти для данных.

–использование двух параллельно работающих независимых шин для чтения данных и команд.

Замечание: Объем ПД как правило значительно меньше объема ПП. Основные преимущества Фон-Неймоновской архитектуры:

–простота аппаратной реализации

–универсальность исполнения команд

Внастоящее время используются обе архитектуры памяти: Гарвардская в несложных восьми - разрядных контроллерах, Фон-Неймоновская в универсальных 16разрядных и выше.

1.7.Общая структура микропроцессорного устройства для систем управления

следующий вид:

В микропроцессорных устройствах используются магистрально – модульная структура, т.е. к единой системной магистрали (СМ) подключены все основные блоки:

МПМ–микропроцессорный модуль реализуется на основе однокристального процессора или микроконтроллера.

СС–схема синхронизации, обеспечивает генерацию тактовой частоты процессора и сигнала «Сброс».

9

БФСМ–блок формирования системной магистрали, преобразует сигналы управления микропроцессора в сигналы шин системной магистрали.

БЗУ–блок запоминающих устройств, включает ОЗУ, ПЗУ, часто энергонезависимую память.

БОП–блок обработки прерывания от основных модулей микропроцессорного устройства.

БФИ–блок формирования времени интервалов, используется как для подсчета времени, так и для подсчета внешних импульсов; реализуется в виде таймера-счетчика.

СТ (WDT)–Watch Dog Timer-сторожевой таймер, предназначен для устранения аварийных зацикливаний программ микропроцессорного устройства.

УВВ АС–устройство ввода/вывода аналоговых сигналов, предназначенных для измерения и генерации напряжений различной амплитуды, как правило, находящейся в диапазоне 0…10 В. При этом как устройство ввода используется АЦП, а как устройство вывода аналогового сигнала ЦАП или ШИМ.

УВВ DC–устройство ввода/вывода дискретных сигналов, предназначенных для измерения и выдачи логических сигналов, как правило, ТТЛ-уровней.

БПС–блок последовательной связи, предназначен для приема и передачи информации из МПУ на ЭВМ ВУ, или на другое устройство. Представляет собой либо последовательный интерфейс, либо промышленную сеть.

ККИ–контроллер клавиатуры и индикаторов, предназначен для подключения к устройству клавиатуры и линейки семи сегментных или жидкокристаллических индикаторов.

БФИ–блок формирования интерфейса, предназначен для усиления сигналов СМ и выдачи их на разъем.

Определение. МПУ называется с открытой архитектурой, если сигналы СМ выдаются на разъем и могут быть использованы для подключения внешних устройств. Иначе-с закрытой архитектурой.

Иные периферийные устройства–в качестве них может быть использованы контроллеры различных последовательных и параллельных интерфейсов(для подключения приборов, внешней дисковой памяти, специальных устройств управления и т.д.).

Часто в промышленных МПУ используется накопители на «твердых» дисках. По сути дела это Flash-память, но с файловой организацией, как у диска.

Тема 2. - 2 часа (у.з.-2). Системное программное обеспечение (ПО) микропроцессорных систем.

Состав и структура ПО микропроцессорной системы. Общая структура и

основные функции управляющей программы “монитор”. Общая характеристика

10

тестовых процедур основных узлов микропроцессорного контроллера. Библиотеки стандартных прикладных программ.

1.8.Структура программного обеспечения МПУ

Программное обеспечение можно разбить на три основные части:

–резидентное системное ПО

–резидентное прикладное ПО

–инструментальный кросс системы разработки ПО. Резидентное системное ПО включает:

–операционные системы реального времени ОСРВ для МПУ (RTX, X11, QHS, LINUX,…). Основная функция ОСРВ - минимизация времени ответа прикладного ПО на внешние запросы, а также упрощение взаимодействия прикладных программ с основными узлами МПУ. В простейшем случае ОС реального времени может заменяться программой–монитором;

–тестовые программные процедуры;

–библиотеки прикладных подпрограмм, предназначены для упрощения написания прикладного программного обеспечения. Программа-монитор предназначена для упрощения взаимодействия с

пользователем через клавиатуру или последовательный интерфейс. К основным командам монитора относится:

–просмотр и модификация ячеек памяти устройства (S-команды);

–запуск программы с введенного адреса (G-команды);

–просмотр и модификация портов ввода/вывода контроллера (I/O- команды);

–пошаговое выполнение программы контроллера (J-команды) и т.д. Тестовые процедуры предназначены для поиска неисправностей и

проверке работоспособности основных узлов МПУ.

Стандартные библиотеки прикладных программ могут иметь различный состав в зависимости от области применения МПУ.

Инструментальные кросс системы разработки ПО представляют собой совокупность программ для инструментальной ЭВМ.

Замечание. Основным отличием ОС реального времени от универсальных ОС является то, что их главная цель-минимизация задержки для ответа на внешний запрос. Основная цель универсальных ОС - оптимальное распределение ресурсов ЭВМ при выполнении программ.

11

Тема 3.- 10 часов (у.з.-3) Разработка микропроцессорных систем на базе однокристальных микроконтроллеров c RISCархитектурой .

Особенности разработки микропроцессорных систем на базе контроллеров с RISC-архитектурой. Программируемые периферийные контроллеры. Основные

технические характеристики контроллера серии PIC16C5X. Общая архитектура и обозначение выводов. Организация памяти контроллера семейства PIC16C5X.

Регистры ввода-вывода, внутренний таймер и схемы синхронизации. Система команд контроллера семейства PIC16C5X. Особенности контроллеров с AVRархитектурой. Средства разработки PIC-контроллеров.

2.Проектирование МПУ на основе периферийных ОМК

2.1.Основные особенности периферийных ОМК

Предназначены для реализации простейших алгоритмов управления объектами или реализации вспомогательных функций в сложных схемах управления. Отличительными особенностями их является:

–реализуются на основе Гарвардской архитектуры.

–система команд не предназначена для реализации сложных математических вычислений (отсутствует умножение и деление).

–практически исключают аппаратное расширение, т.к. не поддерживают реализацию внешней СМ.

–имеют малые габаритные размеры.

–используется восьмиразрядный процессор обработки данных.

В настоящее время используются следующие типы периферийных контроллеров:

-PIC(Peripherial Interface Controller) фирмы MicroChip,

-I8042(Intel), UPI-42(NEC), К1835ВЕ49 (РОССИЯ),

-К1878ВЕ1(Тесей) на основе RISC-архитектуры и т.д.

2.2.Семейства однокристальных PICконтроллеров

Выделяют четыре основных семейства восьмиразрядных PICконтроллеров с RISC-архитектурой:

1)PIC16C5*-основное или базовое семейство контроллеров с двенадцатиразрядными командами. Это имеет простейшую архитектуру.

12

2)PIC16C6*/7*/8*-усовершенствованное семейство средней производительности с четырнадцатиразрядными командами. Данное семейство характеризуется большой номенклатурой встроенных устройств в контроллер(АЦП,ЦАП,ШИМ).

3)PIC17C**-высокопроизводительное семейство с шестнадцатиразрядными командами. По своим возможностям приближающиеся к восьмиразрядным универсальным контроллерам.

4)PIC18C**-модифицированное высокопроизводительное семейство контроллеров с четырнадцати и шестнадцатиразрядными командами. По сравнению с предыдущими семействами имеет встроенную Flash-память (перепрограммируемое ПЗУ);систему

команд адаптированную под компилятор языка С (Си) и линейно адресное пространство (в отличие от страничного, используемого ранее).

Замечание. Все перечисленные PIC-контроллеры обладают полной командной совместимостью на уровне ассемблерных мнемоник.

* −любая цифра

2.3. PIC-контроллер PIC16C58

Данный контроллер относится к базовому семейству контроллеров с двенадцатиразрядными командами и построен на основе RISC-архитектуры. Основные технические характеристики:

1)Тактовая частота контроллера-20 МГц (быстродействие при этом –5 MIPS). Контроллер является полностью ????? устройством, т.к. он может работать при любой тактовой частоте от 0 до 20 МГц.

2)Объем внутреннего ПЗУ (памяти программ) 2Кдвенадцатиразрядных слов (ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, либо однокристальным программируемым ПЗУ).

3)Объем внутреннего ОЗУ (памяти данных) 73-восмиразрядных ячеек или регистра общего назначения.

4)Система команд включает 33 однословных команды (т.к. RISCархитектура). Каждая команда выполняется за один машинный цикл (200нс), исключение составляет лишь одна команда перехода, выполняемая за два машинных цикла.

5)Имеется встроенный восьмиразрядный таймер-счетчик (tmv0) с восьмиразрядными предварительным делителем частоты.

6)Имеется двухуровневый аппаратный стек. Т.о. вложенность подпрограмм не может превышать 2.