Общая характеристика 32-разрядных ARM-микроконтроллеров

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 4

1.1 Общая характеристика 32-разрядных ARM-микроконтроллеров 4

1.2 Архитектура, принцип работы и возможности 32-разрядных ARM-микроконтроллеров серии STM 32 F100 C4 5

1.3 Схема включения STM32 F100 C4 8

1.4 Порты общего назначения GPIO 9

1.5 Организация памяти в микроконтроллерах STM32 12

1.6 Универсальный последовательный порт USART 16

1.7 Микропроцессорная система на базе 32-разрядного AVR-микроконтроллера серии STM32 23

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 27

2.1 Рекомендации по включению микроконтроллера pic16f84a 27

2.2 Расчет принципиальной схемы устройства на базе микроконтроллера PIC16F84A 30

2.3 Разработка блок схемы алгоритма работы микроконтроллера 32

2.4 Разработка программы и hex-файла программы 33

2.5 Разработка печатной платы устройства 34

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 35

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 36

ВВЕДЕНИЕ

Микроконтроллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять относительно простые задачи. Популярностью у разработчиков пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, 16-битные MSP430 фирмы TI, а также 32-битные микроконтроллеры, архитектуры ARM, которую разрабатывает фирма ARM Limited и продаёт лицензии другим фирмам для их производства. При проектировании микроконтроллеров приходится соблюдать баланс между размерами и стоимостью с одной стороны и гибкостью и производительностью с другой. Для разных приложений оптимальное соотношение этих и других параметров может различаться очень сильно. Поэтому существует огромное количество типов микроконтроллеров, отличающихся архитектурой процессорного модуля, размером и типом встроенной памяти, набором периферийных устройств, типом корпуса и т. д. В отличие от обычных компьютерных микропроцессоров, в микроконтроллерах часто используется гарвардская архитектура памяти, то есть раздельное хранение данных и команд в ОЗУ и ПЗУ соответственно.

Конечная цель данной курсовой работы – разработка устройства на основе микроконтроллера PIC16F84A, выполняющий попеременное мигание трех светодиодов с частотой в 3 Гц. Для данного устройства должна быть разработана принципиальная схема, написан листинг программы для микроконтроллера и составлена печатная плата.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Общая характеристика 32-разрядных ARM-микроконтроллеров

Как описывалось во введении, микроконтроллер -микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами.В данном случае рассматриваются 32-разрядные ARM-микроконтроллеры.

Сокращение ARM происходит от названия английской компании Advanced RISC Machines, основанной в 1990 г. в результате сотрудничества компаний Acorn и Apple Computer's. Фирма поставляет свои разработки в электронном виде, на основе которых клиенты конструируют свои собственные микропроцессоры и микроконтроллеры. В настоящее время архитектура ARM занимает лидирующие позиции и охватывает 75% рынка 32-разрядных встраиваемых RISC микропроцессоров. Фактически можно говорить об архитектуре ARM как о промышленном стандарте. Распространённость ядра предоставляет возможность разработчику более гибко использовать свои и сторонние программные наработки как при переходе на новое процессорное ARM ядро, так и при «миграциях» между разными типами ARM микроконтроллеров.

Архитектура ARM отражает собственную философию компании, суть которой – максимальное удовлетворение требованиям встраиваемых систем. Для этого разработчики не стали замыкаться в формальных рамках RISC архитектуры, а в одном продукте реализовали идеи, ранее считавшиеся несовместимыми.

Хотя в своей основе ядро ARM отталкивается от идеологии RISC архитектуры (ограниченный набор команд, очередь выборки инструкций, активное использование регистров и ограниченный доступ к памяти), оно не является «чистым» представителем RISC.

Не все инструкции ARM выполняются за один цикл. Например, есть инструкции, позволяющие переслать между памятью и регистрами 16 слов по 32 разряда. Поскольку подобные операции активно используются компиляторами при каждом вызове и возврате из функций, введение таких инструкций существенно ускоряет работу программы, и минимизируют размер кода. В состав системы команд входят так же инструкции обращения к аппаратному сопроцессору. Это позволяет разработчикам микроконтроллеров на базе ARM расширять возможности базовой архитектуры, добавляя свои сопроцессоры в случае необходимости.

Дополнительно к ARM архитектуре могут интегрироваться несколько расширений:

· Thumb® – 16разрядный набор инструкций, улучшающий эффективность использования памяти программ;

· DSP – набор арифметических инструкций для цифровой обработки сигналов;

· Jazelle™ – расширение для аппаратного непосредственного исполнения Java инструкций;

· Media – расширение для 2-4 кратного увеличения скорости обработки аудио и видеосигналов.