- •Программируемые цифровые устройства (часть 1) содержание
- •1 Микропроцессор. Основные сведения
- •Основные характеристики мп
- •1.2 Архитектура микропроцессора. Основные понятия
- •1.2.2 Состав типичного микроконтроллера
- •1.3 Структура мп устройства.
- •1.3.1 Мп с микропрограммным управлением (микропрограммируемая архитектура)
- •Структурная схема устройства микропрограммного управления
- •Структура микро эвм с микропрограммным управлением
- •1.4 Запоминающие устройства.
- •1.4.1 Оперативное запоминающее устройство
- •Статическое озу на биполярных и полевых транзисторах
- •1.4.2 Постоянные зу
- •Однократно программируемое пзу
- •1.5 Команды, форматы команд, система команд
- •1.6 Принцип работы микропроцессора.
- •1.6.1 Модель программирования микропроцессора.
- •1.7 Способы адресации
- •1.8 Основы программирования. Ассемблер.
- •1.9 Организация передачи информации в мпс. Интерфейс.
- •2 Архитектура 8- разрядных микроконтроллеров.
- •2.1 Последовательные интерфейсы микропроцессорных систем
- •2.1.1 Последовательный интерфейс rs-232c
- •2.1.2 Шина 1-Wire
- •Формат команды 1-Wire протокола
- •2.1.3 Интерфейс can4
- •Топология сети can.
- •Data frame стандарта can 2.0a.
- •Побитовый арбитраж на шине can.
- •2.2 Организация портов ввода/вывода
- •2.3 Таймеры и процессоры событий
- •2.4 Ввод/вывод аналоговых сигналов
- •Структурная схема типового модуля ацп
- •Цап на основе таймера в режиме шим
- •2.5 Контроллеры последовательного ввода/вывода
- •2.5.1 Модуль последовательного обмена uart
- •Упрощенная структура модуля uart.
- •2.5.2 Последовательный периферийный интерфейс spi
- •2.5.3 Синхронный последовательный интерфейс i2c
- •Временные диаграммы шины i2c
- •Взаимосинхронизация на шине i2c
- •2.6 Минимизация потребления энергии
- •2.7 Повышение надежности работы мк
- •2.7.1 Мониторинг напряжения питания мк
- •Временные диаграммы работы схемы por
- •Переход мк в состояние сброса по сигналам схемы por и модуля пониженного напряжения питания
- •2.7.2 Сторожевой таймер
- •Структурная схема сторожевого таймера
- •Принцип действия сторожевого таймера
- •3 Периферийные устройства
- •3.1 Генератор и схема начального сброса
- •3.2 Кнопки и датчики
- •3.3 Подключение светодиодных индикаторов
- •3.4 Подключение жидкокристаллических индикаторов
- •3.5 Комбинированное использование портов
- •3.6 Подключение реле и электромагнитных исполнительных устройств
- •3.7 Подключение мк к компьютеру через последовательный порт
- •3.8 Подключение интегрального датчика температуры с интерфейсом 1- Wire
- •4 Микроконтроллеры с архитектурой mcs-51
- •4.1 Особенности архитектуры mcs-51
- •4.2 Структура микроконтроллеров mcs-51
- •4.2.1 Внутренняя структура mcs-51
- •Структура микроконтроллера mcs-51
- •4.2.2 Организация памяти и программно доступные ресурсы
- •Организация памяти в микроконтроллерах семейства 8051
- •4.2.3 Система команд и методы адресации
- •4.3 Современные мк с архитектурой mcs-51
- •5 Микроконтроллеры с risc- архитектурой
- •5.2 Однокристальные risc- контроллеры avr
- •5.2.1 Способы адресации в микроконтроллерах avr
- •5.3 Микроконтроллеры семейства msp430
- •5.3.1 Архитектура
- •5.3.2 Система тактирования
- •5.3.3 Встроенная эмуляция
- •5.3.4 Адресное пространство
- •5.4 Сравнение микроконтроллеров различных семейств
- •6 Разработка систем на бис программируемых цифровых устройств
- •6.1 Основы проектирования систем на микроконтроллерах и плис
- •6.2 Технология разработки микропроцессорных контроллеров
- •6.2.1 Основные этапы цикла разработки микропроцессорного контроллера
- •Литература
Временные диаграммы шины i2c
На одной шине одновременно могут работать устройства старого и быстрого режимов. Выравнивание длительности общего сигнала SCL по самому медленному устройству (самосинхронизация) возможно благодаря подключению устройств-передатчиков к линии по схеме "монтажное И".
Взаимосинхронизация на шине i2c
2.6 Минимизация потребления энергии
Миниатюризация МП - систем требует не только повышения степени интеграции элементной базы с целью сокращения числа ИС системы, но и снижения потребляемой этими ИС мощности. Малая энергия потребления часто является определяющим фактором целесообразности реализации устройства.
Современные МК имеют несколько режимов работы, которые различаются как алгоритмами функционирования МК, так и мощностью потребления:
Активный режим (Run mode) – основной режим работы МК. В этом режиме МК выполняет прикладную программу, т.е. управляет объектом. В активном режиме функционируют все ресурсы МК, он потребляет максимальную мощность PRUN
Режим ожидания (Wait mode, или Idle mode, или Halt mode). В этом режиме прекращает работу центральный процессор, но продолжают работу периферийные модули, которые отслеживают поведение объекта управления. При необходимости периферийные модули переводят МК в активный режим работы, и программа управления вычисляет корректирующие воздействия для управления объектом. В режиме ожидания мощность потребления МК РWAIT снижается по сравнению с PRUN в 5... 10 раз.
Режим останова (Stop mode или Sleep mode, иногда Power Down mode). В этом режиме прекращает работу, как центральный процессор, так и большинство периферийных модулей. Переход МК из режима останова в рабочий режим возможен только по запросам на прерывание от внешних источников или после подачи активного уровня сигнала на вход сброса. В режиме останова мощность потребления МК PSTOP составляет единицы мкВт.
Два последних режима – режимы пониженного энергопотребления МК. Минимизация энергии потребления МП- системы достигается оптимизацией мощности потребления МК в активном режиме, а также чередованием во времени активного режима работы МК и режимов пониженного энергопотребления. Мощность потребления МК в активном режиме не является величиной постоянной и зависит от напряжения питания МК, режимов работы с внешними устройствами и частоты тактирования. Переход МК из режима пониженного энергопотребления в активный требует дополнительных временных затрат.
МК имеют три группы исполнения по напряжению питания. К первой группе относятся МК с напряжением питания 5,0 В ± 10%. Эти МК предназначены для работы в составе устройств с питанием от промышленной или бытовой сети. Как правило, это МК средней или высшей группы сложности, с достаточно высоким уровнем потребляемой мощности вследствие развитых функциональных возможностей. Вторая группа – МК с расширенным диапазоном напряжения питания: от 2.0...3.0 В до 5.0...7.0 В. МК второй группы могут работать в составе устройств с сетевым или с автономным питанием. Возможно их использование в изделиях со встроенным источником бесперебойного питания, которые автоматически переходят на питание от аккумуляторов при снижении напряжения сети. К третьей группе относятся МК с пониженным напряжением питания – от 1.8 до 3.0 В Эти МК предназначены для работы в переносных изделиях с автономным питанием и обеспечивают экономный расход энергии элемента питания.
Т.к. для вторичных источников питания обычно приводится значение максимального тока нагрузки при заданном уровне напряжения, а запас энергии автономных источника оценивается в Ач, мощность потребления МК косвенно характеризуют током потребления при заданных значениях напряжения питания и частоты синхронизации. Зависимость тока потребления от напряжения питания МК в первом приближении можно рассматривать как прямо пропорциональную. Поэтому снижение напряжения питания существенно понижает мощность потребления МК. Однако с понижением напряжения питания уменьшается максимально допустимая частота тактирования, т.е. выигрыш в потребляемой мощности оборачивается снижением производительности системы. Так, переход от напряжения питания с 5.0 В к 3.0 В сопровождается снижением допустимой частоты тактирования в два раза, а при напряжении 1.8 В – в восемь раз. При одном и том же напряжении питания ток потребления МК значительно зависит от частоты тактирования. Поэтому не следует стремиться к предельно высокому быстродействию МК в задачах, которые этого не требуют. Выбор частоты тактирования МК часто определяется разрешающей способностью измерителей временных интервалов на основе таймера или скоростью передачи последовательного интерфейса. Сначала следует оценить требуемую частоту тактирования, а затем выбрать fBUS с некоторым запасом.
Современные МК не имеют нижней границы частоты тактирования. В справочных данных указывают, что минимальная частота тактирования равна dc (direct current), т.е. сколь угодно низкая. Это также означает, что при отладке системы пользователь может тактировать МК от кнопки с антидребезговым устройством, выполняя программу по шагам. Мощность потребления МК при низких частотах тактирования в справочных данных отражает ток потребления при fOSC = 32,768 кГц (частота "часового" кварца).