7.4. Управление микроконтроллерами
Микроконтроллеры (МК) – микропроцессорные системы, выполняющие функции логического анализа и управления, реализуемые на одной или нескольких БИС. В данном разделе рассматривается организация управления процессами (объектами) на основе одного из современных, наиболее совершенных микроконтроллеров AVR для встраиваемых приложений модели ATmega128L. Стартовый набор на базе этого МК - плата ASmega (STK500) представлен на рис. 7.11. На печатной плате помимо МК размещены интерфейсные схемы, внешнее ОЗУ, компоненты питания, индикаторы, кнопки управления и разъемы. Плата предназначена для разработки (макетирования) проектов на базе МК ATmega128L и для непосредственного управления процессами (объектами).
Рис.
7.11
7.4.1. Архитектура мк aTmega128l.
МК
AVR
семейства Mega
являются 8-разрядными МК, имеющими
электричски стираемые памяти программ
(FLASH)
и данных (EEPROM),
а
Рис. 7.12
также разнообразные периферийные устройства. Упрощенная функциональная структурная схема МК ATmega128L представлена на рис.7.12. Обозначение и назначение большинства функциональных компонентов являются общепринятыми для МПС:
- арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций, операций с битами, операций пересылки данных и некоторых других операций;
- регистры общего назначения (РОН), объединенные в регистровый файл быстрого доступа, предназначены для временного хранения операндов и результатов операции, все РОН непосредственно доступны АЛУ;
- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения переменных программы помимо РОН;
- регистр состояния (SREG), содержит набор флагов (бит), показывающих текущее состояние МК, большинство флагов автоматически устанавливаются в «1» или сбрасываются в «0» при наступлении определенных событий (нулевой результат операции, отрицательный результат операции т. д.);
- программный счетчик (PC) – регистр МК, используемый для адресации памяти программ, в обычном режиме содержимое программного счетчика автоматически наращивается после выполнения каждой команды;
указатель стека (SP) – 16-разрядный регистр для хранения начального адреса магазинной памяти (стека), организуемой в ОЗУ, стек применяется для хранения адреса следующей команды при переходе к подпрограмме;
- регистр команд предназначен для записи кода команды, извлекаемой из FLASH-памяти программ;
- дешифратор команд анализирует отдельные поля кода команды и передает код операции в устройство управления (на рис. не показано);
- модуль прерываний формирует адрес вектора прерывания при возникновении прерывания (прерывание прекращает нормальный ход программы для выполнения приоритетной задачи, определяемой внутренним или внешним событием МК);
- регистр управления МК (MCUCR) содержит ряд флагов (бит) для общего управления МК; после сброса МК установкой соответствующих регистров в «1» назначаются режимы пониженного энергопотребления, условия генерации внешних прерываний, управление размещением таблицы внешних прерываний и др.;
- последовательный периферийный интерфейс (SPI) служит для обмена данными между микроконтроллером и различными периферийными устройствами, в том числе для программирования микроконтроллера в последовательном режиме;
- устройство синхронизации формирует временные сигналы, определяющие необходимое взаимодействие по времени компонентов МК;
- порты ввода-вывода обеспечивают прием и передачу цифровых сигналов.