Структура микроконтроллера.

Общая классификация микропроцессорных средств .

Микропроцессоры с аппаратным принципом управления характеризуются фиксированной разрядностью шин адреса и данных и неизменяемой системой команд. Последняя характеристика подразумевает, что набор возможных элементарных действий процессора образует конечное фиксированное множество, причем каждому действию соответствует конкретный управляющий код - код команды. Указанное свойство определяется тем, что в состав процессора входит блокдешифрации команд, функционирующий по жесткой аппаратной логике.

Микропроцессорный комплект (МПК) - набор СБИС и БИС с общими конструктивно-технологическими принципами и электрическими характеристиками (уровни сигналов, быстродействие), предназначенных для построения функционально полнофункциональной микропроцессорной системы (МПС) для задач вычислений или управления. В состав МПК входят собственно центральный процессор (ЦП), или микропроцессор, арифметический сопроцессор - средство эффективной реализации вычислительных действий под управлением ЦП, а также контроллеры периферийных функций с программной настройкой режимов: порты параллельной и последовательной связи, таймеры - средства реализации временных интервалов, контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти.Микросхемы ПЗУ и ОЗУ не входят в состав МПК и образуют самостоятельные функциональные группы.

Функциональная классификация микропроцессоров.

· Классификация микропроцессоров по числу больших интегральных схем.

· Классификация микропроцессоров по назначению.

· Классификация микропроцессоров по виду обрабатываемых сигналов.

· Классификация микропроцессоров по характеру временной организации.

· Классификация микропроцессоров по организации структуры.

· Классификация микропроцессоров по количеству выполняемых программ.

Промышленные компьютеры.

Промышленный компьютер — компьютер, в аспекте технического средства предназначенного для обеспечения работы программных средств в промышленном производственном процессе на предприятии: например АСУ ТП в рамках автоматизации технологических процессов. Первым промышленным компьютером принято считать выпущенный в 1984 году IBM 5531 IndustrialComputer. Промышленный компьютер — универсальный термин который может обозначать любой компьютер, не обязательно IBM PC-совместимый, не обязательно с архитектурой x86 и не обязательно адаптированный к неблагоприятным условиям. Его характеристики определяются потребностями конкретной задачи и конкретного заказчика. Промышленный ПК является частным, но наиболее распространенным видом промышленных компьютеров, являясь более сложным решением по сравнению с программируемым контроллером или встраиваемыми системами.

Область применения:

· Применяется в составе управляющих, контролирующих и измерительных комплексов в промышленности;

· для создания систем SCADA управленчески взаимодействует с ПЛК;

· в качестве составных частей диагностических комплексов в медицине;

· в качестве аппаратной платформы для реализации визуализации и человеко-машинного интерфейса (например в информационных и платежных терминалах).

Структура микроконтроллера.

Микроконтроллер представляет собой вычислительную систему, реализованную в виде одной интегральной схемы, и включает следующие основные блоки: ядро, память программ и память данных, периферийные устройства.

Ядро микроконтроллера реализует процесс управления, задаваемый программой. На базе микроконтроллерного ядра фирмами-производителями интегральных схем разрабатываются изделия, различные по номенклатуре модулей памяти и

периферийных устройств, но совместимые между собой по системе команд и циклам

обмена данными. Множество совместимых по этому признаку МК носит название

семейства микроконтроллеров.

Память программ предназначена для хранения управляющих программ.

Необходимые для процесса управления данные располагаются в памяти данных.

Периферийные устройства предназначены для обеспечения сопряжения

МК с внешними объектами и аппаратной реализации ряда управляющих функций.

Микроконтроллеры, как и вычислительные машины других классов, реализуются на основе гарвардской или принстонской архитектур. В микроконтроллерах, выполненных на основе гарвардской архитектуры, программы и данные

располагаются в логически независимых блоках памяти с различными методами

доступа. В микроконтроллерах, выполненных на основе принстонской архитектуры,

программы и данные могут располагаться в общем блоке памяти; для обращения

используется единый метод доступа.

Ядро микроконтроллера.

В состав ядра МК входят процессор, тактовый генератор и контроллер ши-

ны (рис. 1-3). Процессор непосредственно осуществляет процесс переработки ин-

формации, представленной в виде двоичных кодов, и управление этим процессом в

соответствии с программой, представляющей собой последовательность команд.

Тактовый генератор осуществляет формирование последовательности опорных сиг-

налов, синхронизирующих протекание процессов в узлах МК, на основе внешней по-

следовательности опорных импульсов. Контроллер шины осуществляет формиро-

вание распространяемой по внутренней шине многофазной импульсной последова-

тельности, тактирующей различные стадии выполнения команд в МК, и необходимой

для организации обмена данными с периферийными устройствами МК.

Команды располагаются по заданным адресам (номерам ячеек) в памяти

команд и представляют собой управляющие коды, описывающие выполняемую опе-

рацию и задающие операнды (данные, над которыми выполняется операция).

Каждый МК обладает определенной системой команд, характеризуемой

списком команд и их форматом. Список команд представляет собой набор операций,

выполнение которых предусмотрено на процессоре данного МК. В списке команд

любого МК можно выделить четыре группы операций:

- операции передачи данных (между ячейками памяти МК, а также други-

ми программно доступными элементами МК);

- арифметические операции (сложение, вычитание, умножение, деление);

- логические операции ("И", "ИЛИ", инверсия, исключающее "ИЛИ", раз-

личные сдвиги);

- операции передачи управления (безусловный переход по заданному

адресу, переход по условию равенства или неравенства операндов, переход на под-

программу и возврат из нее и т.п.).

Формат команды позволяет определить тип выполняемой на очередном

шаге программы операции, входные и выходные операнды, а также адрес команды,

подлежащей выполнению на следующем шаге программы.

Тип выполняемой команды задается кодом операции (КОП).

Для задания операндов применяются следующие методы указания их ло-

кализации (способы адресации):

- неявная: операнд не указывается в связи с однозначностью доступа к

нему (например, в связи с единственно возможным его размещением);

- непосредственная: входной операнд помещается в тело команды (на-

пример, с целью задания констант);

- прямая: в команде указывается адрес в памяти данных, по которому

расположен операнд;

- косвенная: в команде указывается адрес ячейки в памяти данных, со-

держащей адрес ячейки в памяти данных, по которому расположен операнд (напри-

мер, при организации доступа к последовательно расположенным данным при неод-

нократном повторении участка программы удобно изменять значение операнда ко-

манды, тем самым меняя адрес искомого данного);

- относительная: в команде указывается адрес ячейки в памяти данных,

содержимое которой, будучи сложенное с некоторой величиной (например, зада-

ваемой неявно), даст адрес ячейки в памяти данных, по которой расположен иско-

мый операнд (например, при обращении к элементу таблицы данных, удобно опре-

делять искомый операнд по смещению относительно начала таблицы).

Адрес следующей исполняемой команды задается неявно как адрес памя-

ти программ, следующий за адресом выполняемой в данный момент команды, что

объясняется преобладанием в большинстве программ линейных участков последо-

вательностей команд. Для его явного задания при организации циклов, подпро-

грамм, ветвлений по условиям и т.п., применяют команды, КОП которых кодирует

определенную операцию передачи управления.

В состав систем команд большинства МК включены (по количеству адре-

суемых в одной команде операндов) одно-, двух-, трех- и безадресные команды.

Процедура выполнения команд в МК сводится к следующему.

По окончании действия импульса сброса проводится инициализация реги-

стров ядра МК. В указатель команды заносится адрес начального пуска.

По адресу, содержащемуся в указателе команды, из области памяти про-

грамм под воздействием управляющих сигналов, формируемых контроллером ши-

ны, в регистр команд загружается очередная команда исполняемой контроллером

программы.

Выполнение любой команды представляет собой последовательность

элементарных действий (микроопераций): определение количества требуемых для

операции операндов, определение локализации необходимых операндов, их извле-

чение, формирование кода действия для исполнительного блока, ожидание оконча-

ния исполнения операции, определение локализации результатов, занесение ре-

зультатов, определение адреса следующей команды и ряд других. Конкретный

перечень микроопераций, реализуемый при выполнении очередной команды, опре-

деляется ее КОП.

Память микроконтроллера.

На кристалл микроконтроллера интегрированы два блока памяти: память

программ и память данных. В связи с ориентацией МК на функционирование в авто-

номном режиме память программ должна сохранять содержимое в отсутствие на-

пряжения питания (т.е. являться энергонезависимой), а для упрощения внутренней

архитектуры МК и возможности работы в широком диапазоне частот тактового гене-

ратора память данных должна обладать статической архитектурой (т.е. не требовать

регенерации).

Обобщенная структура модуля памяти показана на рис. 1-4. Модуль памя-

ти состоит из матрицы запоминающих элементов, организованной в виде N m-

разрядных строк, дешифратора адреса ячейки и буферного каскада.

Разрядность шины адреса такого модуля памяти составляет n=log2N, а

разрядность шины данных – m. Информация о номере подлежащей выборке ячейки

в виде кода адреса поступает на дешифратор, активизирующий одну из строк мат-

рицы запоминающих элементов генерацией высокого логического уровня на одном

из своих выходов. При этом (в зависимости от поступающих сигналов управления)

логические уровни всех запоминающих элементов выбранной строки поступают че-

рез буферный усилительный каскад на шину данных (ситуация чтения состояния

ячейки), либо передаются с шины данных через буферный усилительный каскад на

запоминающие элементы выбранной строки (ситуация записи состояния ячейки). Ло-

гические состояния запоминающих элементов прочих строк не изменяются и не ока-

зывают влияния на выходные логические уровни.

Энергонезависимая память программ является постоянным запоминаю-

щим устройством (ПЗУ). Каждый запоминающий элемент ПЗУ находится в том логи-

ческом состоянии, в которое он был переведен при занесении информации в ПЗУ

(программировании).

В зависимости от количества допустимых циклов записи управляющей

программы в ПЗУ различаются однократно и многократно программируемые модули.

В однократно программируемых ПЗУ каждый запоминающий элемент мат-

рицы допускает только одну смену состояния. Запись программы в ПЗУ может про-

изводиться либо в условиях промышленного производства при изготовлении кри-

сталла микроконтроллера ("по маске"), либо пользователем с помощью программа-

тора. ПЗУ такого типа наиболее дешевы, так как каждый элемент матрицы предель-

но прост.

68. Параллельные порты ввода-вывода предназначаются для обмена микро-контроллера и внешнего объекта данными, представленными в виде логических сигналов, передаваемыми через линии ввода-вывода микросхемы. В общем случае с каждым портом связаны регистр данных (для хранения выводимой Из МК на объект информации или для хранения информации, введенной в МК с объекта), система управления (для задания режимов работы порта ) и выходной каскад, решающий Задачи усиления и сопряжения сигналов

.

Структура порта показана на рис. 1-8.

69.

70.

71.

72.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: