- •А.В. Шарапов
- •Часть 1. Микроконтроллеры мк51
- •Предисловие
- •1 Принципы построения цифровых устройств управления
- •2 Общая характеристика микроконтроллеров семейства мк51
- •3 Программная модель и система команд мк51 ( лабораторная работа №1)
- •Программная модель микроконтроллера мк51
- •Система команд микроконтроллера
- •Команды микроконтроллера семейства мк51
- •Команды, влияющие на флаги результата
- •Запись программы на языке ассемблера и ее трансляция
- •Загрузка программы в эмулятор и управление его работой
- •Программа работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •4 Таймеры и система прерываний mк51 (лабораторная работа №2)
- •Таймеры/счетчики событий mcs-51
- •Система прерываний mк51
- •Программа работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •Машинные коды команд mк51
- •5 Упражнения по решению задач
- •6 Примеры программ обработки данных
- •7 Последовательный порт мк51
- •8 Организация линий портов мк51. Подключение внешних устройств
- •9 Направление развития элементной базы 8-разрядных микроконтроллеров Отличительные признаки современной элементной базы
- •Направления развития 8-разрядных мк
- •Модульный принцип построения
- •Резидентная память мк
- •Таймеры и процессоры событий
- •Сторожевой таймер
- •Контроллеры последовательного ввода/вывода
- •Минимизация потребления энергии в системах с мк
- •10 Микроконтроллеры семейства ат89 фирмы Atmel
- •Микроконтроллер at89c4051
- •Микроконтроллер at89s51
- •11 Примеры вопросов компьютерной контрольной работы
- •Литература
- •Часть 2. Микроконтроллеры avr
- •Предисловие
- •1 Общая характеристика микроконтроллеров avr, программная модель и система команд
- •2 Директивы ассемблера
- •Include — Вложить другой файл
- •Форматы представления чисел
- •3 Программный пакет avrStudio
- •4 Микроконтроллер aTtiny15l(лабораторная работа №3)
- •Таймеры aTtiny15l
- •Энергонезависимая память данных еeprom
- •Аналоговый компаратор
- •Аналого-цифровой преобразователь
- •Программа работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •Перечень команд микроконтроллера aTtiny15l
- •5 Микроконтроллер aTmega8 (лабораторная работа № 4)
- •Порты ввода-вывода
- •Регистры таймера т1
- •Режимы работы таймера т1
- •Нормальный режим работы (Normal)
- •Режим сброса таймера при совпадении (стс)
- •Режим быстрой шим (Fast pwm)
- •Режим шим с фазовой коррекцией
- •Режим шим с фазовой и частотной коррекцией
- •Прерывания от таймеров /счетчиков
- •Программа работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •6 Средства разработки программы на языке си, компиляторы и симуляторы
- •7 Язык си для микроконтроллеров
- •Структура программы на языке Си
- •Пункт 4. Объявление переменных
- •8 Загрузка программы в микроконтроллер
- •9 Моделирование работы микроконтроллера avrс помощью симулятораvmlab (лабораторная работа №5)
- •Программа работы
- •Содержание отчета
- •10 Моделирование работы микроконтроллера avr с помощью симулятора proteus vsm
- •11 Измеритель частоты сети
- •Обоснование алгоритма решения задачи
- •Разработка прикладной программы
- •Моделирование работы устройства с помощью vmlab
- •Моделирование работы устройства с помощью симулятора
- •Литература
Предисловие
Термин «контроллер» образовался от английского слова to control — управлять. Наиболее распространенными на сегодняшний день схемами управления являются схемы, построенные на основе цифровых микросхем.
Основные требования, которые предъявляются к таким устройствам, можно сформулировать следующим образом:
низкая стоимость;
высокая надежность;
высокая степень миниатюризации;
малое энергопотребление;
работоспособность в жестких условиях эксплуатации;
достаточная производительность для выполнения всех требуемых функций.
В отличие от универсальных компьютеров к управляющим контроллерам, как правило, не предъявляются высокие требования к производительности и программной совместимости.
Выполнение всех этих довольно противоречивых условий одновременно затруднительно, поэтому совершенствование и развитие техники пошло по пути специализации и в настоящее время количество различных моделей управляющих контроллеров чрезвычайно велико.
Однако можно выделить некоторые черты архитектуры и системы команд, общие для всех современных микроконтроллеров, это:
так называемая Гарвардская архитектура — то есть раздельные области памяти для хранения команд (программы) и данных. Они могут иметь различную разрядность, в системе команд для этого предусмотрены различные команды и т.д.;
интеграция в одном корпусе микросхемы (на одном кристалле) практически всех блоков, характерных для полнофункционального компьютера — процессора, ПЗУ, ОЗУ, устройств ввода/вывода, тактового генератора, контроллера прерываний. Поэтому в русскоязычной литературе подобные устройства часто называют однокристальными ЭВМ.
Микроконтроллеры (МК) обычно классифицируют по разрядности обрабатываемых чисел:
четырехразрядные — самые простые и дешевые;
восьмиразрядные — наиболее многочисленная группа (оптимальное сочетание цены и возможностей), к этой группе относятся микроконтроллеры семейства MCS-51 (Intel) и совместимые с ними AT89 (Atmel) и отечественные МК51 (серии К1816ВЕ51 и К1830ВЕ51), микроконтроллеры AVR (Atmel), PIC (MicroChip), HC08 (Motorola);
шестнадцатиразрядные — MCS-96 (Intel) и др. — более производительные, но более дорогостоящие;
тридцатидвухразрядные — обычно являющиеся модификациями универсальных микропроцессоров (i80186 или i386EX).
С точки зрения классификации различают микроконтроллеры двух типов:
МК с СISC-архитектурой — с полной системой команд (Complicated Instruction Set Computer);
МК с RISC-архитектурой — с сокращенной системой команд (Reduced Instruction Set Computer), отличающиеся меньшим временем выполнения команд.
8-разрядные СISC-микроконтроллеры архитектуры MCS-51, разработанной фирмой Intel, уже много лет лидируют на мировом рынке, как по количеству разновидностей, так и по количеству выпускающих их фирм. Основными производителями их являются Philips, Atmel, Siemens, Intel, Dallas и ряд других. Пожалуй, не менее популярными являются RISC-микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel.
Микроконтроллерам семейства MCS-51 уделено основное внимание при изучении первой части данной дисциплины. Изложение лекционного курса сочетается с выполнением двух компьютерных лабораторных работ. Микроконтроллеры семейства AVR изучаются во второй части дисциплины.