- •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
3.5 Комбинированное использование портов
Часто при проектировании микропроцессорных систем для управления внешними устройствами у МК не хватает линий портов. В этом случае можно использовать такую особенность, как разную скорость обмена с различными устройствами.
За время нажатия клавиши МК успевает выполнить множество операций, в том числе, связанных с опросом линий порта ввода/вывода. Благодаря этому можно использовать одни и те же линии порта для разных операций. Это позволяет использовать более простые и дешевые МК. Наиболее просто такое совмещение можно выполнить при согласовании МК с клавиатурой и индикаторами. Например, для взаимодействия с клавиатурой 16х16 и четырьмя семисегментными светодиодными индикаторами достаточно 12 линий порта6. При комбинированном использовании линий порта необходимо выбирать подтягивающие резисторы в цепях подключения кнопок с номиналом значительно большим номиналов резисторов, включенных в цепи подключения светодиодов. Это необходимо, чтобы нажатие на клавишу не влияло на свечение индикаторов.
3.6 Подключение реле и электромагнитных исполнительных устройств
Для управления мощной нагрузкой, питающейся большим напряжением или повышенным током, используются дополнительные транзисторы, включаемые между линией порта и нагрузкой.
Параллельно соленоиду и сирене (индуктивные нагрузки) подключены диоды, они защищают транзисторы контроллера от перенапряжений, возникающих в индуктивных нагрузках после выключения тока, протекающего через них.
К транзистору предъявляются следующие основные требования:
UКЭ.mx 1,4(ЕПИТ)
IK 1,4Iнагрузки
Iнагрузки / Iвых. порта
3.7 Подключение мк к компьютеру через последовательный порт
Связь МК с компьютером позволяет обеспечить управление контроллером, накопление данных и их обработку в реальном масштабе времени, обработку, хранение и документирование данных. Универсальным средством обеспечения связи МК с компьютером является интерфейс RS-232. Для поддержки связи по каналу RS-232 в МК используется модуль UART (Universal Asynchronous Receiver and Transmitter – универсальный асинхронный приемопередатчик).
В компьютере для организации СОМ- порта используется только асинхронный способ обмена и только часть сигналов стандарта RS-232. Модули UART в микроконтроллерах обычно поддерживают только две линии: линию приема данных RxD и линию передачи – TxD.
На линиях RxD и TxD микроконтроллера действуют уровни сигналов ТТЛ- логики. При организации связи МК по каналу RS-232 необходимо обеспечить согласование логических уровней (в RS-232 "0"= +3…+15 В, "1"= -3…-15 В). Наиболее просто преобразование уровней реализуется с помощью специальных ИС, содержащих преобразователи отрицательных напряжений. Наиболее часто встречаются ИС с двумя или четырьмя преобразователями, а также ИС с оптронной гальванической развязкой.
Обычно в названии ИС преобразователей присутствуют числа 232, 202, 242. Буква в обозначении определяет необходимую емкость конденсаторов в схеме преобразователя – 1 или 0,1 мкФ. Существуют ИС преобразователей не требующие конденсаторов.
В настоящее время используется также подключение МК к компьютеру через USB- порт. Такое подключение обеспечивает большую скорость передачи обмена, возможность нахождения на одной шине до 127 абонентов и "горячее" подключение". Однако модуль USB содержится только в старших моделях МК, а драйвер USB сложнее драйвера RS-232. Существуют также схемы преобразователей USB- RS-232- USB.
В профессиональных информационно- измерительных системах используется также CAN- интерфейс (при этом ПК обычно работает в ОС LINUX).