Типовая структура микроконтроллера.




Понятие встроенной системы. Назначение и основные функции.

Встра́иваемая систе́ма(встро́енная систе́ма, англ. embedded system) — специализированная микропроцессорная система управления, контроля и мониторинга, концепция разработки которой заключается в том, что такая система будет работать, будучи встроенной непосредственно в устройство, которым она управляет.

Областью применения встроенных систем являются:

средства автоматического регулирования и управления техпроцессами, например авионика, контроль доступа;

станки с ЧПУ;

банкоматы, платёжные терминалы;

телекоммуникационное оборудование.

Типовая структура микроконтроллера.

  1. Организация памяти микроконтроллера. Расширение памяти.

Большинство современных микроконтроллеров имеют Гарвардскую архитектуру и содержат 3 вида памяти:

память программ FLASH;

оперативная память (ОЗУ) SRAM (Static RAM);

энергонезависимая память данных EEPROM.

Адресные пространства указанных видов памяти, как правило, разделены. Способы адресации и доступа к этим областям памяти также различны. Такая структура позволяет центральному процессору работать одновременно как с памятью программ, так и с памятью данных, что существенно увеличивает производительность. Каждая из областей памяти данных (SRAM и EEPROM) также расположена в своем адресном пространстве.

Несмотря на существующую тенденцию по переходу к закрытой архитектуре МК, в некоторых случаях возникает необходимость подключения дополнительной внешней памяти (как памяти программ, так и данных).

Если МК содержит специальные аппаратные средства для подключения внешней памяти, то эта операция производится штатным способом (как для МП).

Второй, более универсальный, способ заключается в том, чтобы использовать порты ввода/вывода для подключения внешней памяти и реализовать обращение к памяти программными средствами. Такой способ позволяет задействовать простые устройства ввода/вывода без реализации сложных шинных интерфейсов, однако приводит к снижению быстродействия системы при обращении к внешней памяти.

 

  1. Таймеры. Функции и организация.

Определение. Зависанием называют зацикливание программы в результате ошибки, допущенной программистом, либо в результате действия внешней помеxu.

Для каждой микросхемы нужен всего один сторожевой таймер. В любом мик­роконтроллере АVR такой таймер имеется.

Назначение: таймеры общего назначения используются для формирования различных интервалов времени и прямоугольных импульсов заданной частоты. Кроме того, они могут работать в режиме счетчика и подсчитывать тактовые импульсы заданной частоты, измеряя, таким образом, длительность внешних сигналов, а также при необходимости подсчитывать количество любых внеш­них импульсов.

  1. Реализация больших временных интервалов.

Исходя из этого, для реализации интервала времени заданной продолжительности T, сек, необходимо выполнить такие действия:

1. Проверить возможность реализации заданного интервала. Должно выполняться условие

[ T / Ti ] < Nmax,

где Ti - период следования подсчитываемых импульсов, (импульсы ГТИ МК51);

Nmax - максимальное число, которое может быть записано в таймерный регистр в конкретной конфигурации; [ ] - операция взятия целой части.

В случае невыполнения условия надо выбрать другой режим работы таймера или осуществить измерение на каскаде из двух (или больше) таймеров.

2. В таймерные регистры необходимо загрузить стартовое число, от которого будет начинаться счет; значение стартового числа определяется формулой

Ns = Nmax - [ T / Ti ].

После этого таймер может быть включен (например, командой SETB TRx), и через T секунд (с точностью Ti) при переполнении будет сформированный сигнал прерывания TFx, то есть процессор получит информацию о завершении заданного интервала. Процесс реализации интервала иллюстрируется схемой (рис. 14.6):

  1. Цифро-аналоговые преобразователи.

Цифро-аналоговые преобразователи

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) предназначен для преобразования числа, определенного, как правило, в виде двоичного кода, в напряжение или ток, пропорциональные значению цифрового кода. Схемотехника цифро-аналоговых преобразователей весьма разнообразна. На рис. 1 представлена классификационная схема ЦАП по схемотехническим признакам. Кроме этого, ИМС цифро-аналоговых преобразователей классифицируются по следующим признакам:

По виду выходного сигнала: с токовым выходом и выходом в виде напряжения

По типу цифрового интерфейса: с последовательным вводом и с параллельным вводом входного кода

По числу ЦАП на кристалле: одноканальные и многоканальные

По быстродействию: умеренного и высокого быстродействия

https://www.studfiles.ru/preview/4268829/

  1. ШИМ модуляция.

Широтно-импульсная модуляция — процесс управления мощностью, подводимой к нагрузке, путём изменения скважности импульсов, при постоянной частоте. Различают аналоговую ШИМ и цифровую ШИМ, двоичную (двухуровневую) ШИМ и троичную (трёхуровневую) ШИМ.

  1. Аналого-цифровые преобразователи.

АЦП преобразуют входной аналоговый сигнал в последовательность цифровых кодов. В общем случае микросхему АЦП можно представить в виде блока, имеющего один аналоговый вход, один или два входа для подачи опорного (образцового) напряжения, а также цифровые выходы для выдачи кода, соответствующего текущему значению аналогового сигнала.

Часто микросхема АЦП имеет также вход для подачи тактового сигнала CLK, сигнал разрешения работы CS и сигнал, говорящий о готовности выходного цифрового кода RDY. На микросхему подается одно или два питающих напряжения и общий провод. В целом микросхемы АЦП сложнее, чем микросхемы ЦАП, их разнообразие заметно больше, и поэтому сформулировать для них общие принципы применения сложнее.

Системы прерываний.

Системой прерывания называется комплекс аппаратных и программных

средств,обеспечивающих выявление запросов прерывания и эффективное их обслуживание.

Процесс прерывания схематически иллюстрирован на рис XI.1.

Основными функциями системы прерывания являются следующие.

1. Запоминание состояния процессора, которое определяется состоянием его основных регистров на момент прерывания текущей программы.

2. Осуществление передачи управления на процедуру обслуживания прерывания.

3. Восстановление состояния процессора после окончания выполнения процедуры обслуживания прерывания.

4. Передача управления на продолжение выполнения текущей программы.

Таким образом, после появления запроса прерывания и возможности осуществления самого процесса прерывания, процессор прерывает выполнение текущей программы, автоматически запоминая в стеке адрес возврата (CS и IP), а также содержимое регистра флагов Flags. В стек может, также, передаваться и сохраняться содержимое тех регистров, которые могут понадобиться при исполнении процедуры обслуживания прерывания и, следовательно, могут быть искажены.

https://www.studfiles.ru/preview/2566995/

  1. Приборные интерфейсы (SPI).

SPI (англ. Serial Peripheral Interface, SPI bus — последовательный периферийный интерфейс, шина SPI) — последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, предназначенный для обеспечения простого и недорогого высокоскоростного сопряжения микроконтроллеров и периферии. SPI также иногда называют четырёхпроводным (англ. four-wire) интерфейсом.

В отличие от стандартного последовательного порта (англ. standard serial port), SPI является синхронным интерфейсом, в котором любая передача синхронизирована с общим тактовым сигналом, генерируемым ведущим устройством (процессором). Принимающая (ведомая) периферия синхронизирует получение битовой последовательности с тактовым сигналом. К одному последовательному периферийному интерфейсу ведущего устройства-микросхемы может присоединяться несколько микросхем. Ведущее устройство выбирает ведомое для передачи, активируя сигнал «выбор кристалла» (англ. chip select) на ведомой микросхеме. Периферия, не выбранная процессором, не принимает участия в передаче по SPI.

  1. Приборные интерфейсы (I2C).

Основные технические характеристики

Интерфейс I 2 C (Inter IС Bus - шина соединения микросхем) — синхронная последовательная шина, обеспечивающая двустороннюю передачу данных между подключенными устройствами по двум сигнальным линиям.

Шина ориентирована на 8-битныепередачи.

Передача данных может быть как одноадресной, к выбранному устройству, так и широковещательной. Для выборки устройств используется 7-битнаяили10-битнойадресация.

Уровни сигналов — совместимые с логикой ТТЛ, КМОП, n-МОП,как с традиционным питанием +5 В так и с низковольтным (+3,3 В и ниже).

Скорость передачи данных до 3,4 Мбит/с. Поддержка подключения нескольких устройств.

Поддержка «горячего» подключения/ отключения и технологии РnР.

Интерфейс мультиплексный – во время обмена данными один «мастер» и один или несколько «подчиненных» устройств.

https://www.studfiles.ru/preview/4445293/

https://fb.ru/article/250512/i-c-interfeys-opisanie-na-russkom

  1. Приборные интерфейсы (UART).

Универсальный асинхронный приёмопередатчик (УАПП, англ. Universal Asynchronous Receiver-Transmitter, UART) — узел вычислительных устройств, предназначенный для организации связи с другими цифровыми устройствами. Преобразует передаваемые данные в последовательный вид так, чтобы было возможно передать их по одной физической цифровой линии другому аналогичному устройству. Метод преобразования хорошо стандартизован и широко применяется в компьютерной технике (особенно во встраиваемых устройствах и системах на кристалле (SoC)).

Представляет собой логическую схему, с одной стороны подключённую к шине вычислительного устройства, а с другой имеющую два или более выводов для внешнего соединения.+ https://voltiq.ru/wiki/uart-interface/

  1. Приборные интерфейсы (CAN).

CAN (Controller Area Network) - это последовательный протокол связи с эффективной поддержкой распределения контроля в реальном времени и очень высоким уровнем безопасности.
Основное назначение: организация передачи информации в сложных условиях, таких как среды с высоким уровнем различного рода помех. Этот протокол передачи применяется в автомобильной электронике, машинных устройствах управления, датчиках при передаче информации со скоростями до 1 Мбит/сек.

Протокол CAN можно разделить на следующие уровни:

объектный уровень

канальный уровень

физический уровень

Объектный и канальный уровни включают весь сервис и функции передачи данных определяемых ISO/OSI моделью. Область объектного уровня включает:

Поиск сообщений для передачи.

Фильтрация сообщений, полученных от канального уровня

Обеспечение связи между прикладным уровнем и аппаратными средствами.

Объектный уровень можно реализовывать различными способами.

Область канального уровня главным образом - протокол передачи, т.е. управление кадрами, выполнение арбитража, проверка и сигнализация ошибок, типизация ошибок. Внутри канального уровня решается, является ли шина свободной для начала новой передачи. Все что находится внутри канального уровня, не имеет ни какой свободы к модификации.

Область физического уровня - фактическая передача бит между различными узлами. Внутри одной сети физический уровень должен быть одинаков для всех узлов. Физический уровень можно реализовать различными способами.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-07-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: