Базовая структура разряда двунаправленного порта
Каждый из разрядов порта ввода-вывода состоит из триггера защелки, вентиля В1, формирователя выходных сигналов порта и входного буфера В2. Запись данных в триггер защелку осуществляется под управлением внутреннего сигнала «запись в защелку» при выполнении команд, в которых порт является приёмником. При выводе данных, данные с внутренней ШД записываются в триггер защелку порта и из него поступают на внешние выводы порта с последующей записью результата обратно в защелку. При вводе данных работу порта поддерживает вентиль В2, управляемый сигналом чтения вывода. Данные с внешнего контакта порта при поступлении сигнала «чтение вывода», через вентиль В2, поступают на внутреннюю шину МК и далее обрабатываются ЦПУ.В режиме ввода так же могут выполняться операции по битовой обработке. Все порты МК являются двунаправленными. Некоторые порты должны обеспечивать возможность динамического переключения из режима вывода в режим ввода и наоборот. Важной особенностью параллельных портов является возможность программирование отдельных линий для выполнения альтернативных функций, для выполнения стандартного ввода-вывода, либо для выдачи-приёма специальных функциональных сигналов управляющих внутренними или внешними периферийными устройствами. В современных МК в дополнение к стандартному вводу-выводу с помощью параллельных портов обработка входных и формирование выходных сигналов часто осуществляется с помощью специальных периферийных устройств называемых блоками быстрого ввода-вывода. Отличительной особенностью быстрого ввода вывода является то, что он осуществляется без непосредственного участия процессора.
19.09.11
Последовательные порты
Обмен данными между МК и удаленными датчиками, исполнительными устройствами осуществляется по последовательному каналу с помощью встроенных в структуру микроконтроллера последовательных портов (SP). Обычно в МК встраивается асинхронный, последовательный приёмопередатчик UART, поддерживающий протокол стандарта RS-232. Кроме протокола RS-232C, в микроконтроллерах используют RS-485, RS-432A, межконтроллерный сетевой интерфейс CAN и другие. Важным назначением последовательного порта является не только обеспечение связи с удаленными датчиками и исполнительными устройствами собственного контроллера, но и организация связи с другими вычислительными машинами. Мощные микроконтроллеры как правило содержат несколько последовательных портов, в том числе специальный порт поддерживающий такую связь. Вычислительная мощность и состав внутренней периферии современных МК позволяет строить систему управления даже для таких сложных объектов как бортовые воздушные, транспортные морские системы и другие. В подобных системах регулируемые параметры являются сильно связанными между собой, в связи с чем требуется их совместное регулирование. Системы выполненные на базе одного МК упрощают алгоритмы управления таких объектов, но информация о состоянии объекта в таких системах передаётся на большие расстояния. Такая передача проходит в условии сильных помех, а регулируемые величины не редко связаны между собой. Применение централизованного управления на базе одного микроконтроллера упрощает реализацию сложных алгоритмов управления для таких объектов. Стоимость помехоустойчивых средств для таких систем соизмерима со стоимостью самого цифрового регулятора. Для устранения этого недостатка в сложных системах управления объектами используют рассредоточенные средства регулирования: каждая подсистема на отдельном МК.
26.09.11
Встроенные средства ввода-вывода аналоговых сигналов
Для преобразования аналоговых величин в цифровой код в состав микроконтроллеров интегрируется аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Современные МК обычно содержат в своём составе восьмиканальный АЦП, обеспечивающий преобразование аналоговых сигналов напряжения в диапазоне от 0В до 5В, 12В в цифровой 8ми или 10ти-разрядный код.
Функциональная схема АЦП
Схема состоит из 8ми-канального аналогового мультиплексора, устройства выборки и хранения, входного аналогового сигнала, собственного аналогового преобразователя последовательного приближения, блока формирования внутренних опорных напряжений и устройства управления. Аналоговый мультиплексор позволяет использовать АЦП для преобразования аналоговых сигналов от нескольких датчиков. Устройство выборки и хранения формирует из непрерывно меняющегося аналогово сигнала U от T последовательность отдельных выборок U от n (где n=0;1;2 и т.д) которые с помощью АЦП преобразуются в цифровой код. Блок формирования эталонных напряжений используется для задания опорных напряжений сравнения. Для преобразования аналогово сигнала в цифровой код чаще всего используется АЦП реализующие метод поразрядного уравновешивания, называемый так же методом последовательного приближения. В соответствии с этим методом осуществляется последовательное сравнение входного аналогово сигнала с рядом эталонных напряжений и выбирается такое напряжение, которое наиболее близко к значению входного сигнала. Результат аналого-цифрового преобразования фиксируется в регистре результата АЦП. Формирование эталонных напряжений реализуется с помощью внутреннего цифра-аналогово преобразователя, который преобразует цифровой n-разрядный код на выходе регистра результата в эталонный аналоговый сигнал.
История и перспектива развития микроконтроллеров
Сначала появились 4-х разрядные микроконтроллеры с объемом памяти и ROM меньше 1 Кб и RAM от 16 до 64 ячеек. Число команд 50, 2-4 параллельных порта. Иногда в них был контроллер ЖК индикатора. Потом появились 8-ми разрядные МК. MCS51 с более 200 модификациями выпускается уже почти 20ю компаниями. Распространены МК AVR фирмы ATMEL. МК PIC Micro. 16-ти зазрядными представителями являются MCS91, в состав входят более 30 моделей МК. 32-х разрядные МК, например МК intel 386ex.
Интегрированная среда отладки программ МК а микроконтроллерных ВС
Программная среда AVR-studio о компании ATMEL — это очень полезный инструмент для ввода в эксплуатацию собственноручно написанных программ для микроконтроллеров семейства AVR. Эта среда получило название «интегрированное программное обеспечение», потому что пользователь на своё усмотрение может вводить программу в действие, тестировать её, исправлять возможные ошибки. Он может целенаправленно управлять ходом выполнения программы, останавливать её в любых местах с целью контроля, например проверять внесённые в содержимое регистров данные или команды, проверять содержимое регистров периферийных устройств, приёмопередатчика UART, таймера и т. д. AVR-studio моджет работать как программная оболочка для внутрисистемных эмуляторов, реализованных в компании ATMEL. Среда AVR-studio версии 2.0 будет изучена на практических занятиях.