Определение и классификация микроконтроллеров.

Микроконтроллер – самостоятельная микропроцессорная система, которая содержит центральный микропроцессор (ЦМП), вспомогательные схемы (буферные регистры, контроллер) и устройства ввода/вывода, размещенные в общем корпусе (одном чипе).

Это определение справедливо для восьмиразрядных микроконтроллеров, но недостаточно для шестнадцатиразрядного и тридцатидвухразрядного микроконтроллеров (МК), так как эти МК содержат больше одного чипа (программаторы, дисплеи и т.д.).

МК классифицируются:

· По архитектуре

а) Принстонская архитектура (или фон Неймоновская).

Например, МК КР 580ВМ80, Z80.

В данном МК программы, память данных и стековая память хранятся в общем запоминающем устройстве (общая адресация памяти), и данные поступают в МП через одну шину данных.

Преимущества архитектуры: простота технической реализации, гибкость выполнения некоторых программных процедур.

б) Гарвардская архитектура.В ней хранение программ, данных и стека осуществляется в отдельных блоках запоминающего устройства и данные поступают по отдельным шинам.

Эта архитектура сложна в технической реализации. Преимущества архитектуры: меньшее количество тактов на выполнение команды (процессор точно знает, в каком блоке какая информация). Пример такой архитектуры: микроконтроллеры фирмы “Atmel”.

· По функциональному назначению

а) встраиваемые восьмиразрядные микроконтроллеры.

б) шестнадцатиразрядные и тридцатидвухразрядные микроконтроллеры.

в) цифровые сигнальные микроконтроллеры (DSP). Их предназначение: для построения цифровых фильтров, вокодеров.

Архитектура и принцип работы микроконтроллеров.

МК относится к числу встраиваемых с Гарвардской структурой микроконтроллеров.

Чтобы ввести в действие МК нужно на «Ассемблере» или «С» разработать программу, отладить с помощью отладчика (например, Studio 4.528) и записать с помощью программатора программу в МК. Подать питание, подключить тактовые сигналы, подсоединить порты и МК - составная часть управления в аппарате.

Основное назначение МК: обеспечить гибкое управление объектами с учетом сложившейся ситуации или режимов работы.

В состав МК входят следующие элементы:

· схема начального пуска МК (Reset);

· генератор тактовых импульсов (внешний или внутренний);

· процессор;

· память программ;

· память данных. RAM (ОЗУ) и ROM (ПЗУ);

· устройства ввода/вывода данных;

· таймеры, фиксирующие количество командных циклов.

Эту структуру можно представить следующем виде:

Тактовая частота МК 2…40 МГц. Более сложные МК содержат встроенные мониторы, отладчики программ, компараторы АЦП/ЦАП, подключение внешней памяти, параллельные и последовательные порты ввода/вывода.

Особенности построения МК AVR фирмы «Atmel»

МК серии AVR относятся к классу восьмиразрядных микроконтроллеров. Это значит, что большинство операций процессор производит с восьмиразрядными двоичными числам. Поэтому шина данных у этих МК восьмиразрядная. Все ячейки памяти и большинство регистров (например, РОН) восьми разрядные.

Для обработки 16-ти разрядных чисел некоторые регистры могут объединятся попарно.

Большинство команд МК выполняется за один такт. Поэтому быстродействие контроллеров может достигать 1млн. операций в секунду при тактовой частоте 1МГц.

Память микроконтроллера

МК AVR включают 3 вида памяти:

· Память программ (Flash-память). Предназначена для хранения управляющей программы. Выполнена по Flash – технологии, то есть энергонезависимая (данные не теряются при выключенном источнике питания).

Запись информации в память программ осуществляется при помощи специальных устройств (программаторов). Объем памяти до 64-х Кбайт.

· ОЗУ (SRAM) – оперативная память для данных энергозависимая. Объем ОЗУ до 2-х Кбайт. Самая распространенная на сегодняшний день построения – динамическая память. Ранее была статическая память (на D-триггерах). Хранение информации в микросхемах динамической памяти осуществляется при помощи динамически подзаряжаемых миниатюрных емкостей (конденсаторов).

Каждый конденсатор хранит один бит информации. Если значение бита должно быть 1,то схема управления заряжает конденсатор. Конденсатор может хранить заряд (информацию) в течение нескольких миллисекунд. Для того, чтобы информация не потерялась, используют регенерацию памяти (подзаряд конденсатора для битов, где единица). Схема регенерации встраивается внутрь микросхем памяти ОЗУ.

· Энергонезависима память для данных (EEPROM). Она также выполнена по Flash – технологии. Основное назначение: для долговременного хранения данных. Данные не теряются при выключенном источнике питания. Управляющая программа МК может в любой момент записать данные в EEPROM. Объем до 2-х Кбайт. Можно записывать информацию с помощью программатора.