Потапов Л.А., Максимцев Е.И. Основы промышленной электроники - файл n1.doc

Потапов Л.А., Максимцев Е.И. Основы промышленной электроники
скачать (4286 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc4286kb.19.11.2012 19:10скачать

n1.doc

1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   17

4.3.1. Структура однокристальных контроллеров



Выделим некоторые черты архитектуры и системы команд, общие для всех современных ОМК:

Как и большинство современных микросистем, ОМК строятся по магистрально-модульному принципу, когда все модули подключаются к единой внутрисистемной магистрали. ОМК включает центральный процессор (ЦП), постоянное и оперативное запоминающие устройства, цифровое и аналоговое устройства ввода/вывода (ЦВВ, ABB), таймер (Т) и устройство прерываний (УПР). Центральный процессор выполняет две задачи: организует пересылку информации между всеми модулями ОМК и осуществляет преобразование информации на арифметико-логическом устройстве. Запоминающее устройство служит для хранения программ и констант (ПЗУ) и оперативно изменяющихся данных (ОЗУ). В отличие от универсальных ЭВМ ОЗУ ОМК имеет небольшой объем, не превышающий, как правило, нескольких сот байт. Цифровое устройство ввода/вывода осуществляет связь ОМК с цифровыми блоками объекта управления через последовательные и параллельные интерфейсы. К ним относятся клавишные пульты, устройства отображения и печати, вспомогательные вычислители и микроЭВМ. По линии цифрового ввода/вывода передаются также сигналы воздействия релейного типа, устанавливающие факт наличия или отсутствия какого-либо события (тумблер/кнопка в положении включено, индикаторный светодиод горит и т.д.). Аналоговые устройства ввода/вывода служат для контроля состояния аналоговых блоков объекта управления (напряжение, ток, температура, давление, перемещение и др.) и выработки сигналов управления непрерывными процессами (скорость вращения двигателя, мощность калорифера, перемещение механической заслонки и др.). Таймер используется для организации управления в реальном масштабе времени. Он фиксирует время возникновения отдельных событий, формирует временные интервалы между событиями, осуществляет счет событий. Таймер является, по существу, внутренними часами микроконтроллера. Устройство прерывания оптимизирует процесс управления с учетом возникновения непредсказуемых событий: изменяет процесс обмена и обработки данных, фиксирует и исправляет сбои, восстанавливает работоспособность ОМК при кратковременном пропадании питания и многое другое.

Построение контроллеров на базе ОМК отличается от построения контроллеров на базе микропроцессорных комплектов (в комплект входят: микросхемы КР580ВМ80А, КР580ВИ53, КР580ВН59, КР580ВВ55, КР580ВВ51 и другие). На основе микропроцессорных комплектов разработаны одноплатные контроллеры серии МС1200 и МС1212. Для таких контроллеров программы и данные располагаются в едином адресном пространстве памяти (архитектура фон Неймана) и никаких признаков, указывающих на тип информации, не несут. Содержимое ячейки памяти интерпретируется оператором обработки, в качестве которого выступает код операции команды. Таким образом, память программ и память данных для архитектуры фон Неймана являются совмещенными; ячейки памяти адресуются единым кодом адреса, размер которого определяется объемом этой памяти. Как показывает практика, это обстоятельство уменьшает эффективность использования адресной части команды, увеличивает объем программ и уменьшает скорость их выполнения.

Поскольку в однокристальных микроконтроллерах используется так называемая гарвардская архитектура, то память программ и память данных имеют раздельные адресные пространства, при обращении к которым используются различные механизмы адресации. Это позволяет реализовать компактное кодирование набора машинных команд и, следовательно, экономно использовать память данных. В соответствии с требованиями Гарвардской архитектуры находящаяся на кристалле физическая память МК делится на постоянную (для записи программ) и оперативную (для хранения изменяющихся данных.

4.3.2. Основные серии однокристальных

микроконтроллеров



Несмотря на непрерывное развитие и появление новых 16- и 32-разрядных микроконтроллеров и микропроцессоров, наибольшая доля мирового микропроцессорного рынка и по сей день остается за 8-разрядными устройствами. В настоящее время семейство MCS-51 является несомненным чемпионом среди других семейств 8-разрядных микроконтроллеров по числу разновидностей и числу компаний, выпускающих его модификации. Оно получило свое название от первого представителя этого семейства – микроконтроллера 8051, изготовленного в 1980 году на базе технологии HMOS. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке.

Такая высокая популярность микроконтроллеров семейства МСS-51 была достигнута благодаря открытой политике фирмы Intel, родоначальницы архитектуры 8051. Политика фирмы направлена на широкое распространение лицензий на ядро 8051 среди большого количества ведущих полупроводниковых компаний мира.

В результате ее проведения в настоящее время существует более 200 модификаций микроконтроллеров семейства МСS-51, выпускаемых почти 20 компаниями. Эти модификации включают кристаллы с широчайшим спектром периферии: от простых 20-выводных устройств с одним таймером и 1 Кбайт программной памяти до сложнейших 100-выводных кристаллов с 10-разрядными АЦП, массивами таймеров/счетчиков, аппаратными 16-разрядными умножителями и 64 Кбайт программной памяти на кристалле. Каждый год появляются все новые варианты представителей этого семейства.

Основными направлениями совершенствования ОМК являются увеличение быстродействия (повышение тактовой частоты и переработка архитектуры), снижение напряжения питания и потребления, увеличение объема ОЗУ и флэш-памяти на кристалле с возможностью внутрисхемного программирования, введение в состав периферии микроконтроллера сложных устройств типа системы управления приводами, CAN- и USB-интерфейсов и т.п. Все микроконтроллеры семейства MCS-51 имеют общую систему команд. Наличие дополнительного оборудования влияет только на число регистров специального назначения.

Микроконтроллер семейства 8051 имеет следующие аппаратные особенности [5]:

Функциональная схема микроконтроллера семейства 8051 представлена на рис. 4.4. Микроконтроллер имеет выводы:





Рис. 4.4. Функциональная схема микроконтроллера семейства 8051
На базе микроконтроллеров семейства MCS-51 фирмы Intel разработаны отечественные однокристальные микроконтроллеры семейства МК51. Они выполнены по высококачественной n-МОП-технологии (серия 1816) и КМОП-технологии (серия 1830).
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   17


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации