Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой...

Глава 4. Организация микроконтроллеров


6. Лекция: Процессорное ядро и память микроконтроллеров

1 | 2 | 3 | вопросы | » для печати и PDA


Если Вы увидели ошибку - сообщите нам либо выделите ее и нажмите Ctrl+Enter

Включить комменты || Помощь


В этой лекции рассказывается о структуре Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... процессорного ядра и особенностях системы команд микроконтроллеров, функциях и организации памяти программ и данных, об использовании стека и наружной памяти микроконтроллеров.


Основной особенностью современного шага развития МПС является окончание перехода от систем Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., выполненных на базе нескольких огромных ИС, к однокристальным МК, которые объединяют в одном кристалле все главные элементы МПС: центральный микропроцессор (ЦП), неизменное запоминающее устройство (ПЗП), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), порты ввода/вывода, таймеры Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой....

4.1. Систематизация и структура микроконтроллеров


В текущее время выпускается целый ряд типов МК. Все эти приборы можно условно поделить на три главных класса:

8-разрядные МК для встраиваемых приложений;

16- и 32-разрядные МК;

цифровые сигнальные микропроцессоры (DSP Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой...).


Более всераспространенным представителем семейства МК являются 8-разрядные приборы, обширно применяемые в индустрии, бытовой и компьютерной технике. Они прошли в собственном развитии путь от простых устройств с относительно слаборазвитой периферией до современных функциональных Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... контроллеров, обеспечивающих реализацию сложных алгоритмов управления в реальном масштабе времени. Предпосылкой жизнеспособности 8-разрядных МК является внедрение их для управления реальными объектами, где используются, в главном, методы с доминированием логических Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... операций, скорость обработки которых фактически не находится в зависимости от разрядности микропроцессора.


Росту популярности 8-разрядных МК содействует неизменное расширение номенклатуры изделий, выпускаемых такими известными фирмами, как Motorola, Microchip, Intel, Zilog, Atmel и многими Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... другими. Современные 8-разрядные МК владеют, обычно, рядом отличительных признаков. Перечислим главные из их:

модульная организация, при которой на базе 1-го процессорного ядра (центрального микропроцессора) проектируется ряд (линейка) МК, различающихся объемом и типом памяти Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... программ, объемом памяти данных, набором периферийных модулей, частотой синхронизации;

внедрение закрытой архитектуры МК, которая характеризуется отсутствием линий магистралей адреса и данных на выводах корпуса МК. Таким макаром, МК представляет собой законченную систему Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... обработки данных, наращивание способностей которой с внедрением параллельных магистралей адреса и данных не подразумевается;

внедрение типовых многофункциональных периферийных модулей (таймеры, микропроцессоры событий, контроллеры поочередных интерфейсов, аналого-цифровые преобразователи и др.), имеющих Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... малозначительные отличия в методах работы в МК разных производителей;

расширение числа режимов работы периферийных модулей, которые задаются в процессе инициализации регистров особых функций МК.


При модульном принципе построения все МК 1-го семейства содержат процессорное Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... ядро, однообразное для всех МК данного семейства, и изменяемый многофункциональный блок, который отличает МК различных моделей. Структура модульного МК приведена на рис. 4.1.


Процессорное ядро содержит в себе:

центральный микропроцессор;

внутреннюю Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... контроллерную магистраль (ВКМ) в составе шин адреса, данных и управления;

схему синхронизации МК;

схему управления режимами работы МК, включая поддержку режимов пониженного энергопотребления, исходного пуска (сброса) и т.д.


Изменяемый многофункциональный Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... блок содержит в себе модули памяти разного типа и объема, порты ввода/вывода, модули тактовых генераторов (Г), таймеры. В относительно обычных МК модуль обработки прерываний заходит в состав процессорного ядра. В более Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... сложных МК он представляет собой отдельный модуль с развитыми способностями. В состав изменяемого многофункционального блока могут заходить и такие дополнительные модули как компараторы напряжения, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и другие. Каждый модуль Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... проектируется для работы в составе МК с учетом протокола ВКМ. Данный подход позволяет создавать различные по структуре МК в границах 1-го семейства.





Рис. 4.1. Модульная организация МК.


4.2. Процессорное ядро микроконтроллера

4.2.1. Структура процессорного ядра МК


Основными чертами Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., определяющими производительность процессорного ядра МК, являются:

набор регистров для хранения промежных данных;

система команд микропроцессора;

методы адресации операндов в пространстве памяти;

организация процессов подборки и выполнения команды.


Исходя из убеждений системы команд и Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... методов адресации операндов процессорное ядро современных 8-разрядных МК реализует один из 2-ух принципов построения микропроцессоров:

микропроцессоры с CISC-архитектурой, реализующие так именуемую полную систему команд (Complicated Instruction Set Computer);

микропроцессоры с Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... RISC-архитектурой, реализующие сокращенную систему команд (Reduced Instruction Set Computer).


CISC-процессоры делают большой набор команд с развитыми способностями адресации, давая разработчику возможность избрать более подходящую команду для выполнения нужной операции. В Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... применении к 8-разрядным МК микропроцессор с CISC-архитектурой может иметь однобайтовый, двухбайтовый и трехбайтовый (изредка четырехбайтовый) формат команд. При всем этом система команд, обычно, неортогональна, другими словами не все команды могут использовать хоть какой Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... из методов адресации применительно к хоть какому из регистров микропроцессора. Подборка команды на выполнение осуществляется побайтно в течение нескольких циклов работы МК. Время выполнения команды может составлять от 1 до 12 циклов. К МК Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... с CISC-архитектурой относятся МК компании Intel с ядром MCS-51, которые поддерживаются в текущее время целым рядом производителей, МК семейств НС05, НС08 и НС11 конторы Motorola и ряд других.


В Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... микропроцессорах с RISC-архитектурой набор исполняемых команд сокращен до минимума. Для реализации более сложных операций приходится сочетать команды. При всем этом все команды имеют формат фиксированной длины (к примеру, 12, 14 либо 16 бит), подборка команды из Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... памяти и ее выполнение осуществляется за один цикл (такт) синхронизации. Система команд RISC-процессора подразумевает возможность равноправного использования всех регистров микропроцессора. Это обеспечивает дополнительную упругость при выполнении ряда операций. К МК с Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... RISC-процессором относятся МК AVR компании Atmel, МК PIC16 и PIC17 компании Microchip и другие.


На 1-ый взор, МК с RISC-процессором обязаны иметь более высшую производительность по сопоставлению с CISC МК Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... при одной и той же тактовой частоте внутренней магистрали. Но на практике вопрос о производительности более сложен и многозначен.


Во-1-х, оценка производительности МК по времени выполнения команд разных Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... систем (RISC и CISC) не совершенно корректна. Обычно производительность МП и МК принято оценивать числом операций пересылки "регистр-регистр", которые могут быть выполнены в течение одной секунды. В МК с CISC-процессором Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... время выполнения операции "регистр-регистр" составляет от 1 до 3 циклов, что, казалось бы, уступает производительности МК с RISC-процессором. Но рвение к сокращению формата команд при сохранении ортогональности системы команд RISC-процессора приводит к принужденному Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... ограничению числа доступных в одной команде регистров. Так, к примеру, системой команд МК PIC16 предусмотрена возможность пересылки результата операции исключительно в один из 2-ух регистров — регистр-источник операнда f либо рабочий регистр Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... W. Таким макаром, операция пересылки содержимого 1-го из доступных регистров в другой (не источник операнда и не рабочий) востребует использования 2-ух команд. Такая необходимость нередко появляется при пересылке содержимого 1-го из регистров Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... общего предназначения (РОН) в один из портов МК. В то же время, в системе команд большинства CISC-процессоров находятся команды пересылки содержимого РОН в один из портов ввода/вывода. Другими словами более Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... непростая система команд время от времени позволяет воплотить более действенный метод выполнения операции.


Во-2-х, оценка производительности МК по скорости пересылки "регистр-регистр" не учитывает особенностей определенного реализуемого метода управления. Так Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., при разработке быстродействующих устройств автоматического управления основное внимание следует уделять времени выполнения операций умножения и деления при реализации уравнений разных передаточных функций. А при реализации пульта дистанционного управления домашней техникой следует Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... оценивать время выполнения логических функций, которые применяются при опросе клавиатуры и генерации поочередной кодовой посылки управления. Потому в критичных ситуациях, требующих высочайшего быстродействия, следует оценивать производительность на огромном количестве тех операций, которые в большей Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... степени употребляются в методе управления и имеют ограничения по времени выполнения.


В-3-х, нужно еще учесть, что обозначенные в справочных данных на МК частоты синхронизации обычно соответствуют частоте подключаемого кварцевого резонатора, в то Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... время как продолжительность цикла центрального микропроцессора определяется частотой обмена по ВКМ. Соотношение этих частот персонально для каждого МК и должно быть принято в расчет при сопоставлении производительности разных моделей Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... контроллеров.


Исходя из убеждений организации процессов подборки и выполнения команды в современных 8-разрядных МК применяется одна из 2-ух уже упоминавшихся архитектур МПС: фон-неймановская (принстонская) либо гарвардская.


Основной особенностью фон-неймановской архитектуры является внедрение общей Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... памяти для хранения программ и данных, как показано на рис. 4.2.




Рис. 4.2. Структура МПС с фон-неймановской архитектурой.


Основное преимущество архитектуры Фон-Неймана – упрощение устройства МПС, потому что реализуется воззвание Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... только к одной общей памяти. Не считая того, внедрение единой области памяти позволяло оперативно перераспределять ресурсы меж областями программ и данных, что значительно увеличивало упругость МПС исходя из убеждений разработчика программного обеспечения. Размещение стека Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... в общей памяти облегчало доступ к его содержимому. Неслучайно потому фон-неймановская архитектура стала основной архитектурой универсальных компов, включая индивидуальные компы.


Основной особенностью гарвардской архитектуры является внедрение раздельных адресных пространств для хранения команд Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... и данных, как показано на рис. 4.3.




Рис. 4.3. Структура МПС с гарвардской архитектурой.


Гарвардская архитектура практически не использовалась до конца 70-х годов, пока производители МК не сообразили, что она дает определенные достоинства Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... разработчикам автономных систем управления.


Дело в том, что, судя по опыту использования МПС для управления разными объектами, для реализации большинства алгоритмов управления такие достоинства фон-неймановской архитектуры как упругость и универсальность не имеют Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... огромного значения. Анализ реальных программ управления показал, что нужный объем памяти данных МК, применяемый для хранения промежных результатов, обычно, на порядок меньше требуемого объема памяти программ. В этих критериях Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... внедрение одного адресного места приводило к повышению формата команд за счет роста числа разрядов для адресации операндов. Применение отдельной маленький по объему памяти данных содействовало сокращению длины команд и ускорению поиска инфы в памяти Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... данных.


Не считая того, гарвардская архитектура обеспечивает потенциально более высшую скорость выполнения программки по сопоставлению с фон-неймановской за счет способности реализации параллельных операций. Подборка последующей команды может происходить сразу Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... с выполнением предшествующей, и нет необходимости останавливать микропроцессор на время подборки команды. Этот способ реализации операций позволяет обеспечивать выполнение разных команд за однообразное число тактов, что дает возможность более просто найти время выполнения циклов и Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... критических участков программки.


Большая часть производителей современных 8-разрядных МК употребляют гарвардскую архитектуру. Но гарвардская архитектура является недостаточно гибкой для реализации неких программных процедур. Потому сопоставление МК, выполненных по различным архитектурам, следует Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... проводить применительно к определенному приложению.

4.2.2. Система команд микропроцессора МК


Так же, как и в хоть какой микропроцессорной системе, набор команд микропроцессора МК содержит в себе четыре главные группы команд:

команды пересылки данных Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой...;

арифметические команды;

логические команды;

команды переходов.


Для реализации способности независящего управления разрядами портов (регистров) в большинстве современных МК предусмотрена также группа команд битового управления (булевый либо битовый микропроцессор). Наличие команд битового микропроцессора позволяет Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... значительно уменьшить объем кода управляющих программ и время их выполнения.


В ряде МК выделяют также группу команд управления ресурсами контроллера, применяемую для опции режимов работы портов ввода/вывода, управления таймером и т Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой....п. В большинстве современных МК внутренние ресурсы контроллера показываются на память данных, потому для целей управления ресурсами употребляются команды пересылки данных.


Система команд МК по сопоставлению с системой команд универсального МП имеет Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., обычно, наименее развитые группы арифметических и логических команд, зато более массивные группы команд пересылки данных и управления. Эта особенность связана со сферой внедрения МК, требующей, сначала, контроля окружающей обстановки и формирования Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... управляющих воздействий.

4.2.3. Схема синхронизации МК


Схема синхронизации МК обеспечивает формирование сигналов синхронизации, нужных для выполнения командных циклов центрального микропроцессора, также обмена информацией по внутренней магистрали. Зависимо от выполнения центрального микропроцессора командный цикл может Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... включать в себя от 1-го до нескольких (4 — 6) тактов синхронизации. Схема синхронизации сформировывает также метки времени, нужные для работы таймеров МК. В состав схемы синхронизации входят делители частоты, которые сформировывают нужные последовательности синхросигналов.


4.3. Память программ Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... и данных МК


В МК употребляется три главных вида памяти. Память программ представляет собой постоянную память (ПЗП), созданную для хранения программного кода (команд) и констант. Ее содержимое в процессе выполнения программки Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... не меняется. Память данных создана для хранения переменных в процессе выполнения программки и представляет собой ОЗУ. Регистры МК — этот вид памяти содержит в себе внутренние регистры микропроцессора и регистры, которые служат для управления Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... периферийными устройствами (регистры особых функций).

4.3.1. Память программ


Главным свойством памяти программ является ее энергонезависимость, другими словами возможность хранения программки при отсутствии питания. Исходя из убеждений юзеров МК следует различать последующие типы энергонезависимой Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... памяти программ:

ПЗП масочного типа — mask-ROM. Содержимое ячеек ПЗП этого типа заносится при ее изготовлении при помощи масок и не может быть потом заменено либо допрограммировано. Потому МК с таким типом памяти программ Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... следует использовать только после довольно долговременной опытнейшей эксплуатации. Главным недочетом данной памяти является необходимость значимых издержек на создание нового комплекта фотошаблонов и их внедрение в создание. Обычно таковой процесс Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... занимает 2-3 месяца и является экономически прибыльным только при выпуске 10-ов тыщ устройств. ПЗП масочного типа обеспечивают высшую надежность хранения инфы из-за программирования в промышленных критериях с следующим контролем результата.

ПЗП, программируемые Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... юзером, с ультрафиолетовым стиранием — EPROM (Erasable Programmable ROM). ПЗП данного типа программируются электронными сигналами и стираются при помощи ультрафиолетового облучения. Ячейка памяти EPROM представляет собой МОП-транзистор с "плавающим" затвором, заряд на который Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... переносится с управляющего затвора при подаче соответственных электронных сигналов. Для стирания содержимого ячейки она облучается ультрафиолетовым светом, который докладывает заряду на плавающем затворе энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера и стекания Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... на подложку. Этот процесс может занимать от нескольких секунд до нескольких минут. МК с EPROM допускают неоднократное программирование и выпускаются в глиняном корпусе с кварцевым окошком для доступа ультрафиолетового света. Таковой корпус Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... стоит достаточно недешево, что существенно наращивает цена МК. Для уменьшения цены МК с EPROM его заключают в корпус без окошка (версия EPROM с однократным программированием).

ПЗП, однократно программируемые юзером, — OTPROM (One-Time Programmable ROM). Представляют Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... собой версию EPROM, выполненную в корпусе без окошка для уменьшения цены МК на его базе. Сокращение цены при использовании таких корпусов так существенно, что в ближайшее время эти версии EPROM нередко употребляют Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... заместо масочных ПЗП.

ПЗП, программируемые юзером, с электронным стиранием — EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM). ПЗП данного типа можно считать новым поколением EPROM, в каких стирание ячеек памяти делается также электронными сигналами за Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... счет использования туннельных устройств. Применение EEPROM позволяет стирать и программировать МК, не снимая его с платы. Таким методом можно создавать отладку и модернизацию программного обеспечения. Это дает большой выигрыш на исходных стадиях Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... разработки микроконтроллерных систем либо в процессе их исследования, когда много времени уходит на поиск обстоятельств неработоспособности системы и выполнение циклов стирания-программирования памяти программ. По стоимости EEPROM занимают среднее положение Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... меж OTPROM и EPROM. Разработка программирования памяти EEPROM допускает побайтовое стирание и программирование ячеек. Невзирая на тривиальные достоинства EEPROM, исключительно в редчайших моделях МК такая память употребляется для хранения программ. Связано это с тем Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., что, во-1-х, EEPROM имеют ограниченный объем памяти. Во-2-х, практически сразу с EEPROM появились Flash-ПЗП, которые при схожих потребительских свойствах имеют более низкую цена;

ПЗП с электронным стиранием типа Flash Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... — Flash-ROM. Функционально Flash-память не много отличается от EEPROM. Основное различие состоит в методе стирания записанной инфы. В памяти EEPROM стирание делается раздельно для каждой ячейки, а во Flash-памяти стирать Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... можно только целыми блоками. Если нужно поменять содержимое одной ячейки Flash-памяти, будет нужно перепрограммировать весь блок. Упрощение декодирующих схем по сопоставлению с EEPROM привело к тому, что МК Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... с Flash-памятью становятся конкурентоспособными по отношению не только лишь к МК с однократно программируемыми ПЗП, да и с масочными ПЗП также.

4.3.2. Память данных


Память данных МК производится, обычно, на базе статического ОЗУ. Термин "статическое" значит Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., что содержимое ячеек ОЗУ сохраняется при понижении тактовой частоты МК до сколь угодно малых значений (с целью понижения энергопотребления). Большая часть МК имеют таковой параметр, как "напряжение хранения инфы Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..." — USTANDBY. При понижении напряжения питания ниже мало допустимого уровня UDDMIN, но выше уровня USTANDBY работа программки МК производиться не будет, но информация в ОЗУ сохраняется. При восстановлении напряжения питания можно будет скинуть МК Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... и продолжить выполнение программки без утраты данных. Уровень напряжения хранения составляет обычно около 1 В, что позволяет в случае необходимости перевести МК на питание от автономного источника (батареи) и сохранить в этом Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... режиме данные ОЗУ.


Объем памяти данных МК, обычно, невелик и составляет обычно 10-ки и сотки б. Это событие нужно учесть при разработке программ для МК. Так, при программировании МК константы, если может быть Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., не хранятся как переменные, а заносятся в ПЗП программ. Очень употребляются аппаратные способности МК, а именно, таймеры. Прикладные программки должны ориентироваться на работу без использования огромных массивов данных.

4.3.3. Регистры МК


Как и все Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... МПС, МК имеют набор регистров, которые употребляются для управления его ресурсами. В число этих регистров входят обычно регистры микропроцессора (аккумулятор, регистры состояния, индексные регистры), регистры управления (регистры управления прерываниями, таймером), регистры Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., обеспечивающие ввод/вывод данных (регистры данных портов, регистры управления параллельным, поочередным либо аналоговым вводом/выводом). Воззвание к этим регистрам может выполняться по-разному.


В МК с RISC-процессором все регистры (нередко и аккумулятор) размещаются Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... по очевидно задаваемым адресам. Это обеспечивает более высшую упругость при работе микропроцессора.


Одним из принципиальных вопросов является размещение регистров в адресном пространстве МК. В неких МК все регистры и память Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... данных размещаются в одном адресном пространстве. Это значит, что память данных совмещена с регистрами. Таковой подход именуется "отображением ресурсов МК на память".


В других МК адресное место устройств ввода/вывода отделено от общего места памяти Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.... Отдельное место ввода/вывода дает некое преимущество микропроцессорам с гарвардской архитектурой, обеспечивая возможность считывать команду во время воззвания к регистру ввода/вывода.

4.3.4. Стек МК


В микроконтроллерах ОЗУ данных употребляется также для организации вызова Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... подпрограмм и обработки прерываний. При этих операциях содержимое программного счетчика и главных регистров (аккумулятор, регистр состояния и другие) сохраняется и потом восстанавливается при возврате к основной программке.


В фон-неймановской Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... архитектуре единая область памяти употребляется, в том числе, и для реализации стека. При всем этом понижается производительность устройства, потому что одновременный доступ к разным видам памяти неосуществим. А именно, при выполнении команды вызова подпрограммы Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... последующая команда выбирается после того, как в стек будет помещено содержимое программного счетчика.


В гарвардской архитектуре стековые операции выполняются в специально выделенной для этой цели памяти. Это значит, что при выполнении Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... программки вызова подпрограмм микропроцессор с гарвардской архитектурой производит несколько действий сразу.


Нужно держать в голове, что МК обеих архитектур имеют ограниченную емкость памяти для хранения данных. Если в микропроцессоре имеется отдельный Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... стек и объем записанных в него данных превосходит его емкость, то происходит повторяющееся изменение содержимого указателя стека, и он начинает ссылаться на ранее заполненную ячейку стека. Это значит, что после очень огромного количества вызовов Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... подпрограмм в стеке окажется неверный адресок возврата. Если МК употребляет общую область памяти для размещения данных и стека, то существует опасность, что при переполнении стека произойдет запись в область данных Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... или будет изготовлена попытка записи загружаемых в стек данных в область ПЗП.

4.3.5. Наружняя память


Невзирая на существующую тенденцию по переходу к закрытой архитектуре МК, в неких случаях появляется необходимость подключения дополнительной наружной памяти (как памяти Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... программ, так и данных).


Если МК содержит особые аппаратные средства для подключения наружной памяти, то эта операция делается штатным методом (как для МП).


2-ой, более универсальный, метод состоит в том Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., чтоб использовать порты ввода/вывода для подключения наружной памяти и воплотить воззвание к памяти программными средствами. Таковой метод позволяет использовать обыкновенные устройства ввода/вывода без реализации сложных шинных интерфейсов, но приводит к Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... понижению быстродействия системы при воззвании к наружной памяти.


Глава 4. Организация микроконтроллеров


7. Лекция: Организация связи микроконтроллера с наружной средой и временем

1 | 2 | 3 | вопросы | » для печати и PDA


Если Вы увидели ошибку - сообщите нам либо выделите ее и нажмите Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... Ctrl+Enter

Включить комменты || Помощь


В этой лекции рассказывается о структуре и организации портов ввода/вывода инфы микроконтроллеров, режимах работы таймеров и микропроцессоров событий, также об организации обработки прерываний.

4.4. Порты ввода Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.../вывода


Каждый МК имеет некое количество линий ввода/вывода, которые объединены в многоразрядные (почаще 8-разрядные) параллельные порты ввода/вывода. В памяти МК каждому порту ввода/вывода соответствует собственный адресок регистра данных. Воззвание к регистру Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... данных порта ввода/вывода делается теми же командами, что и воззвание к памяти данных. Не считая того, в почти всех МК отдельные разряды портов могут быть опрошены либо установлены командами битового Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... микропроцессора.


Зависимо от реализуемых функций различают последующие типы параллельных портов:

однонаправленные порты, предназначенные только для ввода либо только для вывода инфы;

двунаправленные порты, направление передачи которых (ввод либо вывод) определяется в процессе инициализации Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... МК;

порты с другой функцией (мультиплексированные порты). Отдельные полосы этих портов употребляются вместе со встроенными периферийными устройствами МК, такими как таймеры, АЦП, контроллеры поочередных интерфейсов;

порты с программно управляемой схемотехникой входного/выходного буфера Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой....


Порты делают роль устройств временного согласования функционирования МК и объекта управления, которые в общем случае работают асинхронно. Различают три типа алгоритмов обмена информацией меж МК и наружным устройством через параллельные порты ввода Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.../вывода:

режим обычного программного ввода/вывода;

режим ввода/вывода со стробированием;

режим ввода/вывода с полным набором сигналов доказательства обмена.


Обычная схема двунаправленного порта ввода/вывода МК приведена на рис Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.... 4.4.





Рис. 4.4. Типовая схема двунаправленного порта ввода/вывода МК.


Триггер управления разрешает вывод данных на наружный вывод. В современных МК, обычно, обеспечивается личный доступ к триггерам данных и управления, что позволяет использовать каждую Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... линию независимо в режиме ввода либо вывода.


Нужно направить повышенное внимание на то, что при вводе данных считывается значение сигнала, поступающее на наружный вывод, а не содержимое триггера данных. Если к Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... наружному выводу МК подключены выходы других устройств, то они могут установить собственный уровень выходного сигнала, который и будет считан заместо ожидаемого значения триггера данных.


Другим всераспространенным вариантом схемотехнической организации порта ввода/вывода является вывод с Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... "открытым истоком", именуемый еще "квазидвунаправленным". Такая организация вывода позволяет создавать шины с объединением устройств по схеме "монтажное И".


Далее »


4.5. Таймеры и микропроцессоры событий


Большая часть задач управления, которые реализуются при помощи МК Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., требуют выполнения их в реальном времени. Под этим понимается способность системы получить информацию о состоянии управляемого объекта, выполнить нужные расчетные процедуры и выдать управляющие воздействия в течение интервала времени, достаточного для хотимого Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... конфигурации состояния объекта.


Ложить функции формирования управления в реальном масштабе времени лишь на центральный микропроцессор неэффективно, потому что это занимает ресурсы, нужные для расчетных процедур. Потому в большинстве современных МК употребляется Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... аппаратная поддержка работы в реальном времени с внедрением таймера (таймеров).


Модули таймеров служат для приема инфы о времени пришествия тех либо других событий от наружных датчиков событий, также для формирования управляющих воздействий во Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... времени.


Модуль таймера 8-разрядного МК представляет собой 8-ми либо 16-разрядный счетчик со схемой управления. Схемотехникой МК обычно предусматривается возможность использования таймера в режиме счетчика наружных событий, потому его нередко именуют Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... таймером/счетчиком. Структура обычного 16-разрядного таймера/счетчика в составе МК приведена на рис. 4.5.





Рис. 4.5. Структура модуля таймера/счетчика.


В памяти МК 16-разрядный счетчик отображается 2-мя регистрами: TH — старший б счетчика, TL — младший б Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.... Регистры доступны для чтения и для записи. Направление счета — только прямое, другими словами при поступлении входных импульсов содержимое счетчика инкрементируется. Зависимо от опции счетчик может использовать один из источников входных сигналов:

импульсную Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... последовательность с выхода управляемого делителя частоты fBUS;

сигналы наружных событий, поступающие на вход TOCKI контроллера.


В первом случае молвят, что счетчик работает в режиме таймера, во 2-м — в режиме счетчика событий. При переполнении счетчика Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... устанавливается в "единицу" триггер переполнения TF, который генерирует запрос на прерывание, если прерывания от таймера разрешены. Запуск и останов таймера могут осуществляться только под управлением программки. Программным методом можно Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... также установить старший и младший биты счетчика в случайное состояние либо прочесть текущий код счетчика.


Рассмотренный "традиционный" модуль таймера/счетчика обширно применяется в разных моделях относительно обычных МК. Он может употребляться для измерения временных Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... интервалов и формирования последовательности импульсов. Основными недочетами "традиционного" таймера/счетчика являются:

утраты времени на выполнение команд запуска и останова таймера, приводящие к возникновению ошибки при измерении временных интервалов и ограничивающие наименьшую Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... продолжительность измеряемых интервалов времени единицами мс;

трудности при формировании временных интервалов (меток времени), хороших от периода полного коэффициента счета, равного (Kдел/fBUS) · 216;

невозможность одновременного обслуживания (измерения либо формирования импульсного сигнала) сходу Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... нескольких каналов.


1-ые из 2-ух перечисленных недочетов были устранены в улучшенном модуле таймера/счетчика, применяемом в МК семейства MCS-51 (Intel). Дополнительная логика счетного входа позволяет тактовым импульсам поступать на вход счетчика, если уровень Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... сигнала на одной из линий ввода равен "1". Такое решение увеличивает точность измерения временных интервалов, потому что запуск и останов таймера делается аппаратно. Также в улучшенном таймере реализован режим перезагрузки счетчика произвольным кодом в Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... момент переполнения. Это позволяет сформировывать временные последовательности с периодом, хорошим от периода полного коэффициента счета.


Но эти усовершенствования не избавляют головного недочета модуля "традиционного" таймера — одноканального режима работы. Улучшение подсистемы Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... реального времени МК ведется по последующим фронтам:

повышение числа модулей таймеров/счетчиков. Этот путь характерен для компаний, выпускающих МК со структурой MCS-51, также для МК компаний Митсубиши и Hitachi;

модификация структуры модуля Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... таймера/счетчика, при которой повышение числа каналов достигается не за счет роста числа счетчиков, а за счет введения дополнительных аппаратных средств входного захвата (input capture — IC) и выходного сопоставления (output compare — OC). Таковой подход Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... употребляется, а именно, в МК компании Motorola.


Принцип деяния канала входного захвата таймера/счетчика иллюстрирует рис. 4.6.





Рис. 4.6. Структурная схема канала входного захвата таймера.


Схема сенсора действия "следит" за уровнем напряжения Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... на одном из входов МК. В большинстве случаев это одна из линий порта ввода/вывода. При изменении уровня логического сигнала с "0" на "1" и напротив вырабатывается строб записи, и текущее состояние счетчика таймера записывается Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... в 16-разрядный регистр входного захвата. Описанное действие в микропроцессорной технике именуют событием захвата. Предусмотрена возможность выбора типа сигнала на входе, и это воспринимается как событие:

положительный (фронтальный) фронт сигнала;

отрицательный (задний) фронт Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... сигнала;

хоть какое изменение логического уровня сигнала.


Выбор типа действия захвата устанавливается в процессе инициализации таймера и может не один раз изменяться в процессе выполнения программки. Каждое событие захвата приводит к установке в "1" триггера Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... входного захвата и возникновению на его выходе флага (признака) входного захвата ICF. Состояние триггера входного захвата может быть считано программно, а если прерывания по событию захвата разрешены — формируется запрос на прерывание Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... INT IC.


Внедрение режима входного захвата позволяет исключить ошибки измерения входного интервала времени, связанные с течением времени перехода к подпрограмме обработки прерывания, потому что копирование текущего состояния счетчика осуществляется аппаратными Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., а не программными средствами. Но время перехода на подпрограмму обработки прерывания накладывает ограничение на продолжительность измеряемого интервала времени, потому что подразумевается, что 2-ое событие захвата произойдет позднее, чем код первого действия будет считан МК Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой....


Структура аппаратных средств канала выходного сопоставления представлена на рис. 4.7.


Цифровой компаратор безпрерывно ассоциирует текущий код счетчика таймера с кодом, который записан в 16-разрядном регистре выходного сопоставления. В момент равенства кодов на Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... одном из выходов МК (Pxj на рис. 4.7) устанавливается данный уровень логического сигнала. Обычно предвидено три типа конфигурации сигнала на выходе Pxj в момент действия выходного сопоставления:

установка высочайшего логического уровня;

установка Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... низкого логического уровня;

инвертирование сигнала на выходе.


При пришествии действия сопоставления инсталлируются в "1" триггер выходного сопоставления и соответственный ему признак выходного сопоставления OCF. Аналогично режиму входного захвата состояние триггера выходного сопоставления может быть считано программно Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., а если прерывания по событию сопоставления разрешены — формируется запрос на прерывание INT OC.


Режим выходного сопоставления предназначен, сначала, для формирования временных интервалов данной продолжительности. Продолжительность сформированного временного интервала определяется только разностью кодов Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., поочередно загружаемых в регистр выходного сопоставления, и не находится в зависимости от программного обеспечения МК. Время, нужное для записи нового значения кода в регистр канала сопоставления, ограничивает наименьшую продолжительность создаваемого временного интервала Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой....





Рис. 4.7. Структурная схема канала выходного сопоставления таймера.


Модули улучшенного таймера употребляются в составе МК в разных модификациях. При всем этом число каналов входного захвата и выходного сопоставления в модуле Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... может быть разным. Так, в МК семейства HC05 компании Motorola типовыми решениями являются модули 1IC+1OC либо 2IC+2OC, а модуль таймера в составе МК только один. В ряде модулей каналы могут Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... быть произвольно настроены на функцию входного захвата либо выходного сопоставления средством инициализации. Счетчик модуля улучшенного таймера может не иметь функции программного останова. В данном случае состояние счетчика нельзя синхронизировать с любым моментом Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... работы МК, и таковой счетчик характеризуется как свободно считающий (free counter).


Аппаратные средства улучшенного таймера позволяют решить многие задачки управления в реальном времени. Но по мере роста трудности алгоритмов управления ясно появляются ограничения модулей Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... улучшенного таймера, а конкретно:

недостающее число каналов захвата и сопоставления, принадлежащих одному счетчику временной базы. Это не позволяет сформировать синхронизированные меж собой многоканальные импульсные последовательности;

совершенно точно определенная конфигурация канала (либо захват Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... либо сопоставление) нередко не удовлетворяет потребностям решаемой задачки;

формирование сигналов по способу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) просит программной поддержки, что понижает очень достижимую частоту выходного сигнала.


Потому последующим шагом развития модулей подсистемы реального Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... времени МК стали модули микропроцессоров событий. В первый раз модули микропроцессоров событий были применены компанией Intel в МК семейства 8xC51Fx. Этот модуль получил заглавие программируемого счетного массива (Programmable Counter Array — PCA Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой...).


РСА обеспечивает более широкие способности работы в реальном масштабе времени и в наименьшей степени расходует ресурсы центрального микропроцессора, чем стандартный и улучшенный таймеры/счетчики. К преимуществам РСА также можно отнести более Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... обычное программирование и поболее высшую точность. Например, РСА может обеспечить наилучшее временное разрешение, чем таймеры 0, 1 и 2 МК семейства MCS-51, потому что счетчик РСА способен работать с тактовой частотой, в три раза большей Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., чем у этих таймеров. РСА также может решать многие задачки, выполнение которых с внедрением таймеров просит дополнительных аппаратных издержек (к примеру, определение фазового сдвига меж импульсами либо генерация ШИМ-сигнала). РСА Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... состоит из 16-битного таймера-счетчика и 5 16-битных модулей сравнения-защелки, как показано на рис. 4.8.


Таймер-счетчик РСА употребляется в качестве базисного таймера для функционирования всех 5 модулей сравнения-защелки. Вход таймера-счетчика РСА может быть Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... запрограммирован на счет сигналов от последующих источников:

выход делителя на 12 тактового генератора МК;

выход делителя на 4 тактового генератора МК;

сигнал переполнения таймера 0;

наружный входной сигнал на выводе ЕСI (P1.2).





Рис Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.... 4.8. Структура микропроцессора событий МК семейства Intel 8xC51Fx.


Хоть какой из модулей сравнения-защелки может быть запрограммирован для работы в последующих режимах:

защелкивания по фронту и/либо спаду импульса на входе Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... CEXi;

программируемого таймера;

скоростного выхода;

широтно-импульсного модулятора.


Модуль 4 может быть также запрограммирован как сторожевой таймер (Watchdog Timer – WDT).


Режим защелкивания по импульсу на входе МК эквивалентен режиму входного захвата (IC ) улучшенного таймера Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.... Режимы программируемого таймера и скоростного выхода близки по своим многофункциональным способностям к режиму выходного сопоставления (OC).


В режиме ШИМ на соответственном выводе МК формируется последовательность импульсов с периодом, равным периоду базисного Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... таймера/счетчика PCA. Значение 8-разрядного кода, записанное в младший б регистра-защелки соответственного модуля задает скважность создаваемого сигнала. При изменении кода от 0 до 255 скважность изменяется от 100 % до 0,4 %.


Режим ШИМ очень прост исходя Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... из убеждений программного обслуживания. Если конфигурации скважности не подразумевается, то довольно один раз занести соответственный код в регистр данных модуля, проинициализировать режим ШИМ, и импульсная последовательность будет воспроизводиться с данными параметрами без вмешательства программки.


Предназначение Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... и особенности работы сторожевого таймера подвергнутся рассмотрению дальше раздельно.


При работе модуля сравнения-защелки в режиме защелки, программируемого таймера либо скоростного выхода модуль может сформировать сигнал прерывания. Сигналы от всех Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... 5 модулей сравнения-защелки и сигнал переполнения таймера РСА делят один вектор прерывания. Другими словами, если прерывания разрешены, то и сигнал переполнения таймера PCA и сигнал от хоть какого из модулей вызывают одну и Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... ту же подпрограмму прерываний, которая должна сама идентифицировать источник, вызвавший ее.


Для работы с наружными устройствами таймер-счетчик РСА и модули сравнения-защелки употребляют выводы P1 порта МК. Если какой-нибудь Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... вывод порта не применяется при работе РСА, либо РСА не задействован, порт может применяться стандартным образом.


Реализованный в 8xC51FX PCA оказался так удачным, что архитектура данных МК стала фабричным эталоном де-факто Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., а сам PCA неоднократно воспроизводился в разных модификациях микроконтроллеров различных компаний.


Тенденция развития подсистемы реального времени современных МК находит свое отражение в увеличении числа каналов микропроцессоров событий и расширении их Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... многофункциональных способностей.


Далее »


4.6. Модуль прерываний МК


Обработка прерываний в МК происходит в согласовании с общими положениями обработки прерываний в МПС. Модуль прерываний воспринимает запросы прерывания и организует переход к выполнению определенной прерывающей программки. Запросы прерывания Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... могут поступать как от наружных источников, так и от источников, расположенных в разных внутренних модулях МК. В качестве входов для приема запросов от наружных источников в большинстве случаев употребляются выводы параллельных портов Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... ввода/вывода, для которых эта функция является другой. Источниками запросов наружных прерываний также могут быть любые конфигурации наружных сигналов на неких специально выделенных линиях портов ввода/вывода.


Источниками внутренних запросов прерываний Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... могут служить последующие действия:

переполнение таймеров/счетчиков;

сигналы от каналов входного захвата и выходного сопоставления таймеров/счетчиков либо от микропроцессора событий;

готовность памяти EEPROM;

сигналы прерывания от дополнительных модулей МК, включая Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... окончание передачи либо приема инфы по одному из поочередных портов и другие.


Хоть какой запрос прерывания поступает на обработку, если прерывания в МК разрешены и разрешено прерывание по данному запросу. Адресок, который загружается Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... в программный счетчик при переходе к обработке прерывания, именуется "вектор прерывания". Зависимо от организации модуля прерываний определенного МК разные источники прерываний могут иметь различные векторы либо использовать некие из их вместе. Внедрение Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... разными прерываниями 1-го вектора обычно не вызывает заморочек при разработке программного обеспечения, потому что аппаратная часть МК фиксирована, а контроллер в большинстве случаев делает одну-единственную программку.


Вопрос о ценностях при одновременном Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... поступлении нескольких запросов на прерывание решается в разных МК по-разному. Есть МК с одноуровневой системой ценностей (все запросы равноценны), многоуровневой системой с фиксированными ценностями и многоуровневой программируемой системой ценностей.


Раздельно нужно обрисовать Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... аппаратные прерывания, связанные с включением питания, подачей сигнала "сброс" и переполнением сторожевого таймера. Они имеют немаскируемый нрав и в большинстве случаев делят один общий вектор прерывания. Это полностью разумно, так как Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... результатом каждого из событий является исходный сброс МК.


8. Лекция: Вспомогательные аппаратные средства микроконтроллера

1 | 2 | 3 | вопросы | » для печати и PDA


Если Вы увидели ошибку - сообщите нам либо выделите ее и нажмите Ctrl+Enter

Включить комменты || Помощь


В этой Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... лекции рассказывается о режимах пониженного энергопотребления микроконтроллера, также о структуре и организации таких вспомогательных аппаратных средств как тактовые генераторы, схемы контроля напряжения питания, сторожевые таймеры и дополнительные модули микроконтроллера.

4.7. Минимизация энергопотребления в Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... системах на базе МК


Низкий уровень энергопотребления является часто определяющим фактором при выборе метода реализации цифровой управляющей системы. Современные МК предоставляют юзеру огромные способности в плане экономии энергопотребления и имеют, обычно Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., последующие главные режимы работы:

активный режим (Run mode) — основной режим работы МК. В этом режиме МК исполняет рабочую программку, и все его ресурсы доступны. Потребляемая мощность имеет наибольшее значение PRUN. Большая часть Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... современных МК выполнено по КМОП-технологии, потому мощность употребления в активном режиме очень находится в зависимости от тактовой частоты;

режим ожидания (Wait mode, Idle mode либо Halt mode). В этом режиме Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... прекращает работу центральный микропроцессор, но продолжают работать периферийные модули, которые держут под контролем состояние объекта управления. По мере надобности сигналы от периферийных модулей переводят МК в активный режим, и рабочая программка сформировывает нужные управляющие воздействия Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.... Перевод МК из режима ожидания в рабочий режим осуществляется по прерываниям от наружных источников либо периферийных модулей, или при сбросе МК. В режиме ожидания мощность употребления МК PWAIT понижается по Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... сопоставлению с активным режимом в 5…10 раз;

режим останова (Stop mode, Sleep mode либо Power Down mode). В этом режиме прекращает работу как центральный микропроцессор, так и большая часть периферийных модулей. Переход МК из состояния Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... останова в рабочий режим вероятен, обычно, только по прерываниям от наружных источников либо после подачи сигнала сброса. В режиме останова мощность употребления МК PSTOP понижается по сопоставлению с активным режимом Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... приблизительно на три порядка и составляет единицы микроватт.


Два последних режима именуют режимами пониженного энергопотребления. Минимизация энергопотребления системы на МК получается из-за оптимизации мощности употребления МК в активном режиме, также использования режимов Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... пониженного энергопотребления. При всем этом нужно подразумевать, что режимы ожидания и останова значительно отличаются временем перехода из режима пониженного энергопотребления в активный режим. Выход из режима ожидания обычно происходит в Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... течение 3…5 периодов синхронизации МК, в то время как задержка выхода из режима останова составляет несколько тыщ периодов синхронизации. Не считая понижения динамики работы системы существенное время перехода в активный режим является предпосылкой дополнительного Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... расхода энергии.


Мощность употребления МК в активном режиме является одной из важных черт контроллера. Она в значимой степени находится в зависимости от напряжения питания МК и частоты тактирования.


Зависимо от спектра питающих напряжений Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... все МК можно поделить на три главные группы:

МК с напряжением питания 5,0 В±10%. Эти МК предусмотрены, обычно, для работы в составе устройств с питанием от промышленной либо бытовой сети, имеют развитые Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... многофункциональные способности и высочайший уровень энергопотребления.

МК с расширенным спектром напряжений питания: от 2,0…3,0 В до 5,0-7,0 В. МК данной группы могут работать в составе устройств как с сетевым, так и с автономным питанием.

МК Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... с пониженным напряжением питания: от 1,8 до 3 В. Эти МК созданы для работы в устройствах с автономным питанием и обеспечивают экономичный расход энергии частей питания.


Зависимость тока употребления от напряжения питания МК практически Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... прямо пропорциональная. Потому понижение напряжения питания очень значительно понижает мощность употребления МК. Нужно, но, подразумевать, что для многих типов МК с снижением напряжения питания миниатюризируется очень допустимая частота тактирования, другими словами выигрыш в Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... потребляемой мощности сопровождается понижением производительности системы.


Большая часть современных МК выполнено по технологии КМОП, потому мощность употребления в активном режиме PRUN фактически прямо пропорциональна тактовой частоте. Потому, выбирая частоту Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... тактового генератора, не следует стремиться к максимально высочайшему быстродействию МК в задачках, которые этого не требуют. Нередко определяющим фактором оказывается разрешающая способность измерителей либо формирователей временных интервалов на базе таймера либо скорость передачи Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... данных по поочередному каналу.


В большинстве современных МК употребляется статическая КМОП-технология, потому они способны работать при сколь угодно низких тактовых частотах прямо до нулевых. В справочных данных при всем этом указывается, что малая Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... частота тактирования равна dc (direct current). Это значит, что может быть внедрение МК в пошаговом режиме, к примеру, для отладки. Мощность употребления МК при низких частотах тактирования обычно отражает значение тока употребления Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... при fOSC = 32768 Гц (часовой кварцевый резонатор).

4.8. Тактовые генераторы МК


Современные МК содержат интегрированные тактовые генераторы, которые требуют малого числа наружных времязадающих частей. На практике употребляются три главных метода определения тактовой частоты генератора Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой...: при помощи кварцевого резонатора, глиняного резонатора и наружной RC-цепи.


Типовая схема подключения кварцевого либо глиняного резонатора приведена на рис. 4.9а.





Рис. 4.9. Тактирование с внедрением кварцевого либо глиняного резонаторов (а) и Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... с внедрением RC-цепи (б).


Кварцевый либо глиняний резонатор Q подключается к выводам XTAL1 и XTAL2, которые обычно представляют собой вход и выход инвертирующего усилителя. Номиналы конденсаторов C1 и C2 определяются производителем Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... МК для определенной частоты резонатора. Время от времени требуется включить резистор порядка нескольких мегаом меж выводами XTAL1 и XTAL2 для размеренной работы генератора.


Внедрение кварцевого резонатора позволяет обеспечить высшую точность и стабильность тактовой частоты Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... (разброс частот кварцевого резонатора обычно составляет наименее 0,01%). Таковой уровень точности требуется для обеспечения четкого хода часов реального времени либо организации интерфейса с другими устройствами. Основными недочетами кварцевого резонатора являются Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... его низкая механическая крепкость (высочайшая хрупкость) и относительно высочайшая цена.


При наименее жестких требованиях к стабильности тактовой частоты может быть внедрение более стойких к ударной нагрузке глиняних резонаторов. Многие глиняние резонаторы имеют интегрированные Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... конденсаторы, что позволяет уменьшить количество наружных подключаемых частей с 3-х до 1-го. Глиняние резонаторы имеют разброс частот порядка нескольких 10-х толикой процента (обычно около 0,5 %).


Самым дешевеньким методом задания тактовой частоты МК является внедрение Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... наружной RС-цепи, как показано на рис. 4.9б. Наружняя RC-цепь не обеспечивает высочайшей точности задания тактовой частоты (разброс частот может доходить до 10-ов процентов). Это неприемлемо для многих приложений, где требуется Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... четкий подсчет времени. Но имеется масса практических задач, где точность задания тактовой частоты не имеет огромного значения.


Зависимость тактовой частоты МК от номиналов RC-цепи находится в зависимости от определенной Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... реализации внутреннего генератора и приводится в руководстве по применению контроллера.


Фактически все МК допускают работу от наружного источника тактового сигнала, который подключается ко входу XTAL1 внутреннего усилителя. С помощью наружного тактового генератора можно Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... задать всякую тактовую частоту МК (в границах рабочего спектра) и обеспечить синхронную работу нескольких устройств.


Некие современные МК содержат интегрированные RC либо кольцевые генераторы, которые позволяют контроллеру работать без наружных цепей синхронизации. Работа внутреннего Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... генератора обычно разрешается методом программирования соответственного бита регистра конфигурации МК.


В большинстве моделей МК частота времязадающего элемента (резонатора либо RC-цепи) и частота тактирования fBUS агрессивно связаны коэффициентом деления встроенного делителя частоты Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.... Потому изменение частоты программным методом не представляется вероятным. Но ряд последних семейств МК (к примеру, HC08 компании Motorola) имеют в собственном составе схему тактирования, основанную на принципе синтезатора частоты с контуром Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... фазовой автоподстройки (PLL — phase loop lock). Такая схема работает как умножитель частоты и позволяет задавать тактовую частоту при помощи низкочастотного кварцевого резонатора, что понижает уровень электрического излучения МК. Коэффициенты деления контура PLL могут Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... быть изменены программным методом, что позволяет понизить тактовую частоту (и, соответственно, потребляемую мощность) в промежутки времени, когда высочайшее быстродействие не требуется.


В неких МК семейства AVR конторы Atmel тактовая Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... частота контроллера, задаваемая внутренней RC-цепью, также может изменяться программными средствами.


Далее »


4.9. Аппаратные средства обеспечения надежной работы МК


Прикладная программка, записанная в память программ МК, должна обеспечивать его надежную работу при всех композициях входных сигналов. Но Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... в итоге электрических помех, колебаний напряжения питания и других наружных причин предусмотренный разработчиком ход выполнения программки может быть нарушен. С целью обеспечения надежного пуска, контроля работы МК и восстановления работоспособности системы в Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... отсутствие оператора все современные МК снабжаются аппаратными средствами обеспечения надежной работы. К ним относятся:

схема формирования сигнала сброса МК;

модуль мониторинга напряжения питания;

сторожевой таймер.

4.9.1. Схема формирования сигнала сброса Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... МК


При включении напряжения питания МК должен начать делать записанную в памяти программку работы. На шаге нарастания напряжения питания МК принудительно переводится в изначальное состояние, которое именуют состоянием сброса. При всем этом инсталлируются в Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... начальное состояние внутренние магистрали МК, сигналы управления и регистры особых функций. Последние определяют изначальное состояние периферийных модулей МК, которое в большинстве случаев по дефлоту неактивно.


С целью обеспечения надежного пуска от Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... всех источников питания с различной динамикой нарастания напряжения большая часть современных МК содержат интегрированный сенсор напряжения питания (схема Power-On-Reset — POR), который сформировывает сигнал сброса при нарастании напряжения питания. А именно, входящий Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... в состав МК семейства PIC16 таймер установления питания (PWRT) начинает отсчет времени после того, как напряжение питания пересекло уровень около 1,2…1,8 В. По истечении выдержки около 72 мс считается, что напряжение достигнуло номинала.


Сходу после выхода Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... из состояния сброса МК делает последующие деяния:

запускает генератор синхронизации МК. Для стабилизации частоты тактирования внутренними средствами формируется задержка времени;

считывает энергонезависимые регистры конфигурации в надлежащие регистры ОЗУ (если Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... нужно);

загружает в счетчик команд адресок начала рабочей программки;

производит подборку первой программки из памяти программ и приступает к выполнению программки.


Адресок ячейки памяти, в какой хранится код первой исполняемой команды, именуют вектором исходного Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... пуска либо вектором сброса. В неких МК этот адресок совершенно точно определен и приведен в техническом описании. Про такие МК молвят, что они имеют фиксированный вектор сброса. В других МК вектор Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... сброса может быть произвольно определен юзером. На шаге программирования МК нужный вектор исходного пуска записывается в ячейки с фиксированными адресами, и при выходе МК из сброса автоматом загружается в счетчик команд Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.... О таких МК молвят, что они имеют загружаемый вектор сброса. Загружаемый вектор сброса имеют все 8-разрядные МК конторы Motorola, выполненные по структуре с единым адресным местом команд и данных.


Для перевода МК Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... в состояние сброса при установившемся напряжении питания довольно подать сигнал высочайшего либо малого уровня (в согласовании со спецификацией МК) на вход сброса (RESET). Обычно для формирования сигнала сброса при включении напряжения питания и Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... нажатии кнопки сброса употребляют RC-цепь. Типовые схемы формирования сигнала сброса представлены на рис. 4.10.


Кнопка Кн создана для "ручного" сброса МК при отладке. Диодик VD препятствует попаданию на вход RESET отрицательного напряжения Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... при выключении питания. Номиналы R и C определяют задержку времени, нужную для окончания всех переходных процессов при сбросе (указываются в техническом описании на МК). Триггер Шмитта на входе допускает подачу сигнала сброса Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... с ненормированной продолжительностью фронта. При отсутствии триггера Шмитта на входе приходится использовать специальную внешнюю схему формирователя.


В современных МК линия RESET обычно является двунаправленной и имеет маленький активный уровень. При нажатии кнопки "сброс" либо Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... включении питания буфер полосы устанавливается в режим ввода и реализует так именуемый наружный сброс. МК может перейти в состояние сброса также по сигналам устройств контроля состояния, которые имеются в Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... составе контроллера. В данном случае молвят, что МК находится в состоянии внутреннего сброса. При всем этом буфер полосы RESET устанавливается в состояние вывода с низким логическим уровнем на выходе. Данный сигнал может Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... быть применен для установки в изначальное состояние периферийных ИС.





Рис. 4.10. Типовые схемы формирования сигнала наружного сброса для МК с высочайшим активным уровнем сигнала сброса (а) и низким активным уровнем сигнала сброса (б).


Порядок выхода Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... МК из состояний наружного и внутреннего сброса в целом схож.

4.9.2. Блок детектирования пониженного напряжения питания


В реальных критериях эксплуатации может сложиться такая ситуация, при которой напряжение питания МК опустится ниже мало Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... допустимого, но не достигнет порога отпускания схемы POR. В этих критериях МК может "зависнуть". При восстановлении напряжения питания до номинального значения МК остается неработоспособным.


Для восстановления работоспособности системы после "просадки" напряжения питания МК нужно опять Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... скинуть. Для этой цели в современных МК реализован дополнительный блок детектирования пониженного напряжения питания. Таковой модуль употребляется в МК семейства HC08 компании Motorola, аналогичный модуль имеется в составе семейства PIC17 конторы Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... Microchip. Рассматриваемый модуль генерирует сигнал внутреннего сброса при понижении напряжения питания до уровня чуток ниже мало допустимого. Уровень срабатывания блока детектирования пониженного напряжения питания существенно превосходит напряжение сохранения данных в ОЗУ МК Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.... Событие сброса по сигналу блока пониженного напряжения питания отмечается особым битом в одном из регистров МК. Как следует, программно анализируя этот бит после сброса МК, можно установить, что данные целы, и продолжить Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... выполнение программки.

4.9.3. Сторожевой таймер


Если, невзирая на все принятые меры, МК все таки "завис" , то на случай выхода из этого состояния все современные контроллеры имеют интегрированный модуль сторожевого таймера. Принцип деяния сторожевого Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... таймера показан на рис. 4.11.





Рис. 4.11. Принцип деяния сторожевого таймера.


Базу сторожевого таймера составляет многоразрядный счетчик. При сбросе МК счетчик обнуляется. После перехода МК в активный режим работы значение счетчика начинает возрастать независимо Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... от выполняемой программки. При достижении счетчиком наибольшего кода генерируется сигнал внутреннего сброса, и МК начинает делать рабочую программку поначалу.


Для исключения сброса по переполнению сторожевого таймера рабочая программка МК должна временами сбрасывать счетчик Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.... Сброс счетчика сторожевого таймера осуществляется методом выполнения специальной команды (к примеру, CLRWDT) либо средством записи некого обозначенного кода в один из регистров особых функций. Тогда при обычном, предусмотренном разработчиком, порядке Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... выполнения рабочей программки переполнения счетчика сторожевого таймера не происходит, и он не оказывает воздействия на работу МК. Но, если выполнение рабочей программки было нарушено, к примеру, вследствие "зависания", то велика возможность того Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., что счетчик не будет сброшен впору. Тогда произойдет сброс по переполнению сторожевого таймера, и обычный ход выполнения рабочей программки будет восстановлен.


Модули сторожевых таймеров определенных МК могут иметь разные особенности:

в ряде Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... МК векторы наружного сброса и сброса по переполнению сторожевого таймера совпадают. Это не позволяет выявить причину сброса программным методом и затрудняет написание рабочей программки. Более высокоуровневые МК имеют или разные векторы сброса Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., или отмечают событие сброса по переполнению сторожевого таймера установкой специального бита в одном из регистров особых функций;

в неких МК при переходе в один из режимов пониженного энергопотребления, когда рабочая программка не производится Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., автоматом приостанавливается работа сторожевого таймера. В других МК сторожевой таймер имеет независящий тактовый генератор, который продолжает работать и в режиме ожидания. В данном случае нужно временами выводить МК из состояния ожидания Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... для сброса сторожевого таймера. В PIC-контроллерах компании Microchip выработка таких сбросов может быть запрещена методом записи нуля в особый бит конфигурации WDTE.


Внедрение сторожевого таймера значительно увеличивает способность к самовосстановлению системы на Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... базе МК.


Далее »


4.10. Дополнительные модули МК


Описанные выше модули составляют так именуемый базисный набор МК и входят в состав хоть какого современного контроллера. Явна необходимость включения в состав МК дополнительных модулей, состав и Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... способности которых определяются определенной решаемой задачей. Посреди таких дополнительных модулей следует, сначала, отметить:

модули поочередного ввода/вывода данных;

модули аналогового ввода/вывода.

4.10.1. Модули поочередного ввода/вывода


Наличие в составе 8-разрядного МК модуля контроллера поочередного ввода Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.../вывода стало в ближайшее время обыденным явлением. Задачки, которые решаются средствами модуля контроллера поочередного ввода/вывода, можно поделить на три главные группы:

связь интегрированной микроконтроллерной системы с системой управления верхнего уровня, к Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... примеру, с компьютером. В большинстве случаев для этой цели употребляются интерфейсы RS-232C и RS-485;

связь с наружными по отношению к МК периферийными ИС, также с датчиками физических величин с поочередным выходом Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.... Для этих целей употребляются интерфейсы I2C, SPI, также неординарные протоколы обмена;

интерфейс связи с локальной сетью в мультимикроконтроллерных системах. В системах с числом МК до 5 обычно употребляются сети на базе интерфейсов Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... I2C, RS-232C и RS-485 с своими сетевыми протоколами высочайшего уровня. В более сложных системах все более пользующимся популярностью становится протокол CAN.


Исходя из убеждений организации обмена информацией Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... упомянутые типы интерфейсов поочередной связи отличаются режимом передачи данных (синхронный либо асинхронный), форматом кадра (число бит в посылке при передаче б полезной инфы) и временными диаграммами сигналов на линиях (уровни сигналов и положение фронтов Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... при переключениях).


Число линий, по которым происходит передача в поочередном коде, обычно равно двум (I2C, RS-232C, RS-485) либо трем (SPI, некие неординарные протоколы). Данное событие позволяет спроектировать модули контроллеров поочередного обмена Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... таким макаром, чтоб с помощью их на аппаратном уровне можно было воплотить несколько типов поочередных интерфейсов. При всем этом режим передачи (синхронный либо асинхронный) и формат кадра поддерживаются на уровне Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... логических сигналов, а реальные физические уровни сигналов для каждого интерфейса получают при помощи особых ИС, которые именуют приемопередатчиками, конверторами, трансиверами.


Посреди разных типов интегрированных контроллеров поочередного обмена, которые входят в состав Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... тех либо других 8-разрядных МК, сложился эталон "де-факто" — модуль UART (Universal Asynchronous Receiver and Transmitter). UART — это универсальный асинхронный приемопередатчик. Но большая часть модулей UART, не считая асинхронного режима обмена, способны Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... также воплотить режим синхронной передачи данных.


Не все производители МК употребляют термин UART для обозначения типа модуля контроллера поочередного обмена. Так, в МК конторы Motorola модуль асинхронной приемопередачи, который поддерживает те же режимы асинхронного обмена Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой..., что и UART, принято именовать SCI (Serial Communication Interface). Необходимо подчеркнуть, что модуль типа SCI обычно реализует только режим асинхронного обмена, другими словами его многофункциональные способности уже по сопоставлению Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... с модулями типа UART. Но бывают и исключения: под этим же именованием SCI в МК МС68НС705В16 прячется модуль синхронно-асинхронной передачи данных.


Модули типа UART в асинхронном режиме работы позволяют воплотить протокол Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... обмена для интерфейсов RS-232C, RS-422А, RS-485, в синхронном режиме — неординарные синхронные протоколы обмена, и в неких моделях — SPI. В МК компании Motorola обычно предусмотрены два модуля поочередного обмена: модуль SCI Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... с возможностью реализации только протоколов асинхронной приемопередачи для интерфейсов RS-232C, RS-422A, RS-485 и модуль контроллера синхронного интерфейса в эталоне SPI.


Протоколы интерфейсов локальных сетей на базе МК (I Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой...2C и CAN) отличает более непростая логика работы. Потому контроллеры CAN интерфейса всегда производятся в виде самостоятельного модуля. Интерфейс I2C с возможностью работы как в ведущем, так и ведомом режиме, также обычно Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... поддерживается особым модулем (модуль поочередного порта в МК 89С52 конторы Philips). Но если реализуется только ведомый режим I2C, то в МК PIC16 компании Microchip он удачно смешивается с SPI: настройка 1-го и такого Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... же модуля на один из протоколов осуществляется методом инициализации.


В ближайшее время появилось огромное количество МК со встроенными модулями контроллеров CAN и модулями универсального поочередного интерфейса устройств перифирии USB (Universal Serial Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... Bus). Любой из этих интерфейсов имеет довольно сложные протоколы обмена, для ознакомления с которыми нужно обращаться к специальной литературе.

4.10.2. Модули аналогового ввода/вывода


Необходимость приема и формирования аналоговых сигналов просит наличия в МК Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... модулей аналогового ввода/вывода.


Простым устройством аналогового ввода в МК является интегрированный компаратор напряжения. Компаратор ассоциирует входное аналоговое напряжение с опорным потенциалом VREF и устанавливает на выходе логическую "1", если входное Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... напряжение больше опорного. Компараторы удобнее всего использовать для контроля определенного значения входного напряжения, к примеру, в термостатах. В композиции с наружным генератором линейно изменяющегося напряжения интегрированный компаратор позволяет воплотить на МК интегрирующий Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... аналого-цифровой преобразователь (АЦП).


Но более широкие способности для работы с аналоговыми сигналами дает АЦП, интегрированный в МК. В большинстве случаев он реализуется в виде модуля многоканального АЦП, созданного для ввода в МК Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... аналоговых сигналов с датчиков физических величин и преобразования этих сигналов в двоичный код. Структурная схема типового модуля АЦП представлена на рис. 4.12.





Рис. 4.12. Структура модуля АЦП.


Многоканальный аналоговый коммутатор К служит для подключения Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... 1-го из источников аналоговых сигналов (PTx0...PTx7) ко входу АЦП. Выбор источника сигнала для преобразования осуществляется средством записи номера канала коммутатора в надлежащие разряды регистра управления АЦП.


Два вывода модуля АЦП употребляются для Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... задания опорного напряжения Uоп: VREFH — верхний предел Uоп, VREFL — нижний предел. Разность потенциалов на входах VREFH и VREFL и составляет Uоп. Разрешающая способность АЦП составляет Uоп/2n, где n — число Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... двоичных разрядов в слове результата. Наибольшее значение опорного напряжения, обычно, равно напряжению питания МК. Если измеряемое напряжение Uизм > VREFH, то итог преобразования будет равен FF, код 00 соответствует напряжениям Uизм < VREFL. Для заслуги наибольшей точности Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... измерения следует избрать очень допустимое значение Uоп. В данном случае напряжение смещения нуля входного буфера и нелинейность передаточной свойства АЦП будут заносить относительно малые погрешности.


Фактически аналого-цифровой преобразователь выполнен по способу поочередного Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... приближения. Фактически во всех моделях 8-разрядных МК разрядность АЦП также составляет 8 разрядов. Соответственно, формат представления результатов измерения АЦП — однобайтовый. Исключение составляют только модули АЦП микроконтроллеров для управления преобразователями частоты для Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... электроприводов, разрешающая способность которых равна 10 разрядам. Два младших разряда результата получают при помощи дополнительного емкостного делителя, не связанного с регистром поочередного приближения.


Продолжительность такта преобразования задает генератор синхронизации: один цикл равен двум периодам Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... частоты генератора tADC. Время преобразования для типовых модулей АЦП микроконтроллеров составляет от единиц до 10-ов микросекунд.


Источником синхронизации модуля АЦП может служить интегрированный RC-генератор (Г) либо импульсная последовательность тактирования Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... межмодульных магистралей МК. В первом случае частота синхронизации АЦП непременно окажется хорошей, другими словами той, которая рекомендуется в техническом описании. Во 2-м случае избранная по другим суждениям fBUS возможно окажется неподходящей для модуля АЦП. На Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... этот случай в составе неких модулей предусмотрен программируемый делитель частоты fBUS.


Момент окончания каждого цикла преобразования отмечается установкой триггера готовности данных. Если прерывания от модуля АЦП разрешены, то генерируется запрос на Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... прерывания. Обычно, чтение регистра результата сбрасывает триггер готовности.


Большая часть модулей АЦП имеют только режим программного пуска: установка 1-го из битов регистра режима запускает еще одно измерение. Более универсальные модули АЦП имеют Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... также режим автоматического пуска, при котором после окончания 1-го цикла преобразования немедля начинается последующий. Но данные измерения каждого цикла должны быть считаны программным методом.


Цифро-аналоговые преобразователи в составе МК являются большой редкостью Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой.... Функция цифро-аналогового преобразователя реализуется средствами модуля программируемого таймера в режиме ШИМ. На одном из выводов МК формируется частотная импульсная последовательность с регулируемой продолжительностью импульса. Приобретенный сигнал сглаживается фильтром Глава 4. Организация микроконтроллеров - Лекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой... нижних частот на операционном усилителе. Разрешающая способность такового ЦАП определяется дискретностью регулирования коэффициента наполнения в режиме ШИМ.




glava-4-nalogovaya-baza-po-ndfl-prakticheskoe-posobie-po-ndfl-chast-i-obshie-polozheniya-glava-fizicheskie-lica.html
glava-4-narusheniya-normalnih-funkcij-zheludochno-kishechnogo-trakta.html
glava-4-nazad-v-budushee.html