Архитектура и принцип работы микроконтроллеров

Современные микроконтроллеры (МК).

Перспектива развития микропроцессорной техники

Лекция

Определение и классификация микроконтроллеров.

Микроконтроллер – самостоятельная микропроцессорная система, которая содержит центральный микропроцессор (ЦМП), вспомогательные схемы (буферные регистры, контроллер) и устройства ввода/вывода, размещенные в общем корпусе (одном чипе).

Это определение справедливо для восьмиразрядных микроконтроллеров, но недостаточно для шестнадцатиразрядного и тридцатидвухразрядного микроконтроллеров (МК), так как эти МК содержат больше одного чипа (программаторы, дисплеи и т.д.).

МК классифицируются:

• По архитектуре

а) Принстонская архитектура (или фон Неймоновская).

Например, МК КР 580ВМ80, Z80.

В данном МК программы, память данных и стековая память хранятся в общем запоминающем устройстве (общая адресация памяти), и данные поступают в МП через одну шину данных.

Преимущества архитектуры: простота технической реализации, гибкость выполнения некоторых программных процедур.

б) Гарвардская архитектура. В ней хранение программ, данных и стека осуществляется в отдельных блоках запоминающего устройства и данные поступают по отдельным шинам.

Эта архитектура сложна в технической реализации. Преимущества архитектуры: меньшее количество тактов на выполнение команды (процессор точно знает, в каком блоке какая информация). Пример такой архитектуры: микроконтроллеры фирмы “Atmel”.

• По функциональному назначению

а) встраиваемые восьмиразрядные микроконтроллеры.

б) шестнадцатиразрядные и тридцатидвухразрядные микроконтроллеры.

в) цифровые сигнальные микроконтроллеры (DSP). Их предназначение: для построения цифровых фильтров, вокодеров.

МК относится к числу встраиваемых с Гарвардской структурой микроконтроллеров.

Чтобы ввести в действие МК нужно на «Ассемблере» или «С» разработать программу, отладить с помощью отладчика (например, Studio 4.528) и записать с помощью программатора программу в МК. Подать питание, подключить тактовые сигналы, подсоединить порты и МК - составная часть управления в аппарате.

Основное назначение МК: обеспечить гибкое управление объектами с учетом сложившейся ситуации или режимов работы.

В состав МК входят следующие элементы:

· схема начального пуска МК (Reset);

· генератор тактовых импульсов (внешний или внутренний);

· процессор;

· память программ;

· память данных. RAM (ОЗУ) и ROM (ПЗУ);

· устройства ввода/вывода данных;

· таймеры, фиксирующие количество командных циклов.

Эту структуру можно представить следующем виде:

Тактовая частота МК 2…40 МГц. Более сложные МК содержат встроенные мониторы, отладчики программ, компараторы АЦП/ЦАП, подключение внешней памяти, параллельные и последовательные порты ввода/вывода.

Особенности построения МК AVR фирмы «Atmel»

МК серии AVR относятся к классу восьмиразрядных микроконтроллеров. Это значит, что большинство операций процессор производит с восьмиразрядными двоичными числам. Поэтому шина данных у этих МК восьмиразрядная. Все ячейки памяти и большинство регистров (например, РОН) восьми разрядные.

Для обработки 16-ти разрядных чисел некоторые регистры могут объединятся попарно.

Большинство команд МК выполняется за один такт. Поэтому быстродействие контроллеров может достигать 1млн. операций в секунду при тактовой частоте 1МГц.

Дата добавления: 2014-01-04