-
Теоретическая часть
-
настоящее время в микропроцессорной технике выделился самостоятельный класс больших интегральных схем, называемых микроконтроллеры. Микроконтроллеры
предназначены для построения "интеллектуального" оборудования различного назначения.
Микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде одной большой интегральной схемы и включающие в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации: процессор, оперативное запоминающее устройство данных, постоянное запоминающее устройство команд, внутренний генератор тактовых сигналов, а также программируемые периферийные схемы для связи с внешними устройствами.
Использование микроконтроллеров в системах управления и измерения обеспечивает исключительно высокие показатели эффективности при достаточно низкой стоимости. Низкая стоимость объясняется возможностью построения многих систем на одной большой интегральной схеме.
Микроконтроллеры обладают значительными функционально логическими возможностями и представляют собой эффективное средство автоматизации на основе применения цифровых средств и методов обработки данных и цифрового управления разнообразных объектов и процессов.
Часто микроконтроллеры называют однокристальными микро -ЭВМ. Это обосновывается тем, что такие микросхемы имеют ограниченный объем памяти для построения значительных контрольно-измерительных и вычислительных комплексов; логическое разделение адресного пространства памяти программ (ПЗУ) и памяти данных (ОЗУ); несколько упрощенную и ориентированную на задачи управления систему команд и различные методы адресации команд и данных.
Специфическая организация ввода/вывода информации, структурная организация, набор команд микроконтроллеров лучше всего приспособлены для решения задач управления и регулирования в приборах, устройствах и системах автоматики.
Начало развитию семейства однокристальных микроконтроллеров положил выпуск фирмой INTEL микросхемы 8048, которая вначале восьмидесятых годов была заменена микросхемой 8051, положившей начало семейству MCS-51.
В настоящее время микроконтроллер устарел и вытеснен более современными устройствами совместимыми с 8051, производимыми более чем 20 независимыми производителями, такими как Atmel, Maxim IC (дочерняя компания DallasSemiconductor), NXP (ранее PhilipsSemiconductor), Winbond, SiliconLaboratories, TexasInstruments и CypressSemiconductor. При сохранении основной структуры 8-разрядного арифметико-логического устройства в системе команд произошли изменения, позволившие значительно повысить производительность микроконтроллера. Применение огромного количества битовых операций позволило говорить о реализации битового процессора. Увеличилось количество команд пересылки без участия аккумулятора, были введены команды умножения, деления и новые команды вычитания. Появились усовершенствования при работе со стеком.
Изменения в структуре временного цикла микроконтроллера привели к значительному ускорению работы с внешней памятью программ и данных. Было расширено адресное пространство внутренней памяти программ и увеличено пространство внешней памяти программ и данных до 64 Кбайт. 16-битные регистры счетчика команд и указателя данных позволили напрямую обращаться ко всему диапазону адресов, что дало возможность реализации быстрой обработки больших массивов данных. Все программно-доступные узлы микроконтроллера сведены в специальную область
6
памяти данных (SFR - SpecialFunctionRegister), что позволило обращаться к ним как к обычным ячейкам резидентного ОЗУ.
Для расширения функциональных возможностей периферийных систем были введены:
-
два 16-ти разрядных многофункциональных таймера/счетчика;
-
последовательный порт с синхронным и асинхронным режимами передачи;
-
2-х уровневая система прерываний;
-
четыре параллельных порта ввода-вывода.
При сохранении потребления кристаллов была значительно увеличена максимальная тактовая частота микроконтроллеров до 12-16 МГц.
Дальнейшее применение более совершенной и низко потребляющей CHMOS технологии позволило также снизить потребление кристаллов микроконтроллера.
Для реализации микропроцессорной системы заданной в курсовой работе используется МК КР1830ВЕ51 который содержит масочное ПЗУ, программируемое в процессе изготовления кристалла (память программ емкостью 4096 байт) и рассчитан на применение в массовой продукции. За счет использования внешних микросхем памяти общий объем памяти программ может быть расширен до 64 Кбайт.
Данные микроконтроллеры представляют собой восьмиразрядные высокопроизводительные однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ) семейства МК51 выполнены по высококачественной n-МОП технологий (серия 1816) и КМОП технологии
(серия 1830).
7