1.3.Микроконтроллеры
Необходимость иметь вычислительные ресурсы в непосредственной близости к объектам контроля или управления, с одной стороны, а также успехи микроэлектроники (миниатюризация и снижение стоимости элементов)привели к появлению МК- электронного устройства, объединяющего большую часть МПС в одном кристалле.
Такие устройства почти идеальны как средства промышленной и бытовой автоматизации. Они способны автоматически решать частные задачи – от простых логических, до усложненных алгоритмов с математической обработкой данных.
Наиболее полное представление о МК можно получить из технических описаний фирм-производителей или из популярной технической литературы по их применению [1] –[5]. Пример типовой схемы МК приведен на рис.1.7.
Цикл практических занятий и лабораторных работ по данной дисциплине позволит подробно ознакомиться с конкретными микроконтроллерами фирмы «MicroChip», их техническими характеристиками и средствами разработки программного обеспечения.
2.Встроенные периферийные устройства микроконтроллеров
В составе МК(рис.2.1), кроме центрального процессора, выполняющего основные алгоритмы обработки данных, присутствуют так называемые периферийные устройства, также выполняющие функции обработки данных, но только по специализированным алгоритмам, освобождая основной процессор от многочисленных вспомогательных процедур.
К ним можно отнести следующие устройства:
-модуль скоростного ввода/ вывода данных (встроенный процессор событий);
встроенные многоканальные ШИМ-генераторы;
встроенный аналого-цифровой преобразователь;
последовательные порты обмена данными;
встроенный контроллер прерываний;
сервер периферийных транзакций.
Далее будут рассмотрены более подробные описания и схемотехнические решения перечисленных модулей на примере реализаций в МК фирмы «Intel» MCS-196 [1]. В МК других производителей эти модули также могут присутствовать в аналогичном или в модифицированном виде.
2.1.Порты ввода/вывода
Порты ввода/вывода представляют собой 8-разрядные регистры специального назначения, связанные с внешними ножками (pin) микросхемы и встроенными периферийными устройствами МК. Каждый бит регистров специального назначения связан с определенной функцией периферийных устройств.Все порты подразделяются на три вида: порты только для ввода данных; порты только для вывода данных и порты ввода/вывода.
Внутренние структуры соответствующих портов, в целях упрощения, приведены на рис.2.2 одноразрядными.
Порт ввода данных соединяет входы микросхемы МК и внутреннюю шину через последовательно соединенные защитный согласующий резистор, буфер преобразования уровня входного сигнала, регистр данных порта и буфер. Транзисторные ключи Q1-Q4являются частью схемы защиты и программной настройки порта, необходимой для установки одного из альтернативных режимов работы: ввод аналоговых сигналов или ввод дискретных сигналов.
В случае установки режима ввода аналоговых сигналов информация после входного резистора направляется к аналоговому мультиплексору и затем к АЦП, схема которого будет рассмотрена далее.
В случае установки режима ввода дискретных сигналов буфер преобразователя уровня усиливает или ослабляет входной сигнал, в зависимости от соотношений уровня сигнала на входе с соответствующими пороговыми значениями, принятыми для уровней «0» или «1» дискретных сигналов.
В регистр данных по сигналу «строб» будет занесена информация в виде «0» или «1», после чего по команде «чтение из порта» информация поступит на внутреннюю шину МК.
Порт вывода данных получает данные с внутренней шины МК и с помощью схемы комбинационной логики подсоединяет вывод микросхемы к питанию или к общей точке в соответствии с выводимой информацией.
Порт ввода/вывода может осуществлять передачу информации в одном из двух направлений, в зависимости от потребности разработчика системы в конкретном проекте. Для установки режима ввода или вывода все универсальные порты должны быть проинициализированы, т. е. должным образом настроены до начала их использования целевой программой МК.
Обычно это делается в начальных блоках программы, называемых блоками инициализации.
