Назначение внешних выводов микроконтроллера 8051
Обоначения на этом рисунке:
Uss — потенциал общего провода ("земли");
Ucc — основное напряжение литания +5 В;
X1,X2 — выводы для подключения кварцевого резонатора;
RST — вход общего сброса микроконтроллера;
PSEN — разрешение внешней памяти программ; выдается только при обращении к внешнему ПЗУ;
ALE — строб адреса внешней памяти;
ЕА — отключение внутренней программной память; уровень 0 на этом входе заставляет микроконтроллер выполнять программу только внешнее ПЗУ; игнорируя внутреннее(если последнее имеется);
P1 — восьми битный квази двунаправпенный порт ввода/вывода: каждый разряд порта может быть запрограммирован как на ввод, так и на вывод информации, независимо от состояния других разрядов;
P2 — восьми битный квази двунаправленный порт, аналогичный Р1; кроме того, выводы этого порта используются для выдачи адресной информации при обращении к внешней памяти программ или данных (если используется 16-битовая адресация последней). Выводы порта используются при программировании 8751 для ввода в микроконтроллер старших разрядов адреса:
РЗ — восьми битный квази двунаправленный порт, аналогичный. Р1; кроме того, выводы этого порта могут выполнять ряд альтернативных функций, которые используются при работе таймеров, порта последовательного ввода-вывода, контроллера прерываний, и внешней памяти программ и данных;
P0 — восьми битный двунаправленный порт ввода-вывода информации: при работе с внешними ОЗУ и ПЗУ по линиям порта в режиме временного мультиплексирования выдается адрес внешней памяти, после чего осуществляется передача или прием данных.
Командный цикл микропроцессора
2
ОЗУ в современных компьютерах образует основное электронное хранилище. Оно используется как для хранения данных и программ, пока эти данные и программы используются. Скорость ОЗУ в большинстве современных компьютеров находится между скоростью кэш-памяти и скоростью жёстких дисков, и гораздо ближе к скорости кэша.
Основы организации ОЗУ довольно просты. На самом низком уровне это микросхемы памяти — микросхемы, которые собственно «запоминают» информацию. Эти микросхемы соединяются с внешним миром четырьмя типами контактов:
Контакты питания (чтобы микросхема могла работать)
Контакты данных (чтобы микросхема могла обмениваться данными)
Контакты чтения/записи (определяющие, выполняется ли чтение или запись данных)
Контакты адреса (определяющие, куда записываются или откуда считываются данные)
Ниже перечислены этапы сохранения данных в ОЗУ:
На контактах микросхемы появляются сохраняемые данные.
На контактах адреса появляется адрес, по которому будут сохранены данные.
На контакте чтение/запись устанавливается режим записи.
Чтение данных также выполняется просто:
На контактах адреса появляется адрес нужных данных.
На контакте чтение/запись устанавливается режим чтения.
Затребованные данные считываются с контактов данных.
Хотя эти действия кажутся простыми, они выполняются с очень большой скоростью, и время, потраченное на каждое действие, измеряется наносекундами.
Почти все выпускаемые сегодня микросхемы ОЗУ продаются в виде модулей. Каждый модуль представляет собой небольшую плату и содержит несколько отдельных микросхем ОЗУ. Механическая и электрическая конструкция модуля соответствует одному из нескольких стандартов, благодаря чему можно приобретать память самых разных производителей.
Пам'ять
«Класифікація
видів пам’яті ПК»
Пам'ять комп'ютера побудована з двійкових
запам'ятовуючих елементів — бітів,
об'єднаних в групи по 8 бітів, які
називаються байтами.
Розрізняють
два основні види пам'яті - внутрішню і
зовнішню. До складу внутрішньої пам'яті
входить оперативна пам'ять, кеш-пам'ять
і постійна пам'ять.
Оперативна пам'ять
(ОЗП) — це пристрій, що швидко запам'ятовує
інформацію не дуже великого об'єму,
безпосередньо пов'язаний з процесором
і призначений для запису, прочитування
і зберігання виконуваних програм і
даних, що обробляються цими
програмами.
Оперативна пам'ять
використовується тільки для тимчасового
зберігання даних і програм, оскільки,
коли машина вимикається, все, що
знаходилося в ОЗП, пропадає.
Постійна пам'ять (ПЗП) — незалежна
пам'ять, використовується для зберігання
даних, які ніколи не змінюються. З
ПЗП можна тільки читати інформацію.
У
ПЗП записують програми управління
роботою самого процесора (управління
дисплеєм, клавіатурою, принтером,
зовнішньою пам'яттю, програми запуску
і зупинки комп'ютера, тестування
пристроїв).
Найважливіша мікросхема
постійної пам'яті — модуль BIOS ( базова
система введення-виведення) —
сукупність програм, призначених:
автоматичного тестування пристроїв
після включення живлення комп'ютера;
завантаження операційної системи в
оперативну пам'ять.
Кеш-пам'ять
— це невелика за розміром буферна
пам'ять, яка дозволяє пришвидшувати
процеси обміну даними між МП і ОП за
рахунок значно меншого, ніж до ОП, часу
доступу до даних та розташування в ній
даних, які найчастіше використовуються.
Внутрішня
пам'ять комп'ютера.
У пам'яті
комп'ютера зберігаються програми й
оброблювана інформація.
Основними
характеристиками різних типів і пристроїв
пам'яті є їхні обсяг і швидкодія.
Усю
пам'ять комп'ютера за особливостями
організації та використання можна
поділити на внутрішню (основну) пам'ять,
регістри процесора і зовнішню
пам'ять.
Оперативна пам'ять
Існує багато різних типів оперативної
пам'яті (RAM – Random Access Memory), але за фізичними
принципами роботи розрізняють динамічну
пам'ять (DRAM) і статичну пам'ять
(SRAM).
Комірку
динамічної пам'яті (DRAM) можна подати як
набір мікроконденсаторів, що можуть
накопичувати заряд на своїх пластинах.
Це найбільш розповсюджений і економічно
доступний тип пам'яті. Недоліки цього
типу пам’яті пов'язані, по-перше, з тим,
що як заряджання, так і розряджання
конденсаторів потребує певного часу,
тобто записування даних відбувається
порівняно повільно. Другий важливий
недолік пов'язаний з тим, що заряди
конденсаторів мають властивість
розсіюватися в просторі, причому дуже
швидко. Якщо оперативну пам'ять постійно
не «дозаряджати», відбувається втрата
даних. Для цього у комп'ютері здійснюється
постійна регенерація (дозаряджання)
комірок оперативної пам'яті. Регенерація
здійснюється кілька десятків разів за
секунду і викликає непродуктивну витрату
ресурсів обчислювальної системи.
Комірку статичної пам'яті (SRAM) можна
подати як набір електронних мікроелементів
– тригерів, що складаються з кількох
транзисторів. У тригері зберігається
не заряд, а стан (ввімкнено/вимкнено),
тому цей тип пам'яті забезпечує більш
високу швидкодію, хоч технологічно вона
складніша і відповідно дорожча.
Мікросхеми динамічної пам'яті
використовують як основну оперативну
пам'ять комп'ютера. Мікросхеми статичної
пам'яті використовують як допоміжну
пам'ять (так називану кеш-пам'ять),
призначену для оптимізації роботи
процесора.
Кожна
комірка пам'яті має свою адресу (номер),
що виражається числом. У сучасних
процесорів адреси подаються за допомогою
32 двійкових розрядів, а це означає, що
усього незалежних адрес може бути 232= 4
Гбайт.
Оперативна
пам'ять у комп'ютері розміщується на
стандартних панельках, так званих
модулях пам’яті. Модулі оперативної
пам'яті встановлюються у відповідні
гнізда на материнській платі (Рис.
7).
Основними характеристиками модулів
оперативної пам'яті є її обсяг і швидкість
передавання даних. Сьогодні найбільш
поширені модулі обсягом 128-512 Мбайт.
Швидкість передавання даних визначає
максимальну пропускну здатність пам'яті
(у Мбайт/с або Гбайт/с). При цьому
враховується час доступу до пам'яті,
ширина шини пропускання і додаткові
можливості, такі як передавання кількох
сигналів за один такт роботи. Час доступу
до пам'яті вимірюється в мільярдних
частках секунди (наносекундах, нc). Для
сучасних модулів пам'яті це значення
може складати 5 нc, а для особливо швидкої
пам'яті – 2-3 нc.
Зовнішня пам'ять (ВЗП) призначена для тривалого зберігання програм і даних, і цілісність її вмісту не залежить від того, включений або вимкнений комп'ютер. До складу зовнішньої пам'яті комп'ютера входять: накопичувачі на жорстких магнітних дисках; накопичувачі на гнучких магнітних дисках; накопичувачі на компакт-дисках; накопичувачі на магнітооптичних компакт-дисках; накопичувачі на магнітній стрічці (стримери), флеш і ін.
3
Микропроцессорная система (МПС) представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких устройств, главным образом микропроцессорных: микропроцессора и/или микроконтроллера.
Микропроцессорное устройство (МПУ) представляет собой функционально и конструктивно законченное изделие, состоящее из нескольких микросхем, в состав которых входит микропроцессор; оно предназначено для выполнения определённого набора функций: получение, обработка, передача, преобразование информации и управление.
Состав
Генератор тактовых импульсов задаёт временной интервал, который является единицей измерения (квантом) продолжительности выполнения команды. Чем выше частота, тем при прочих равных условиях более быстродействующей является МПС. МП, ОЗУ и ПЗУ — это неотъемлемые части системы. Интерфейсы ввода и вывода — устройства сопряжения МПС с блоками ввода и вывода информации. Для измерительных приборов характерны устройства ввода в виде кнопочного пульта и измерительных преобразователей (АЦП, датчиков, блоки ввода цифровой информации). Устройства вывода обычно представляют цифровые табло, графический экран (дисплей), внешние устройства сопряжения с измерительной системой. Все блоки МПС связаны между собой шинами передачи цифровой информации. В МПС используют магистральный принцип связи, при котором блоки обмениваются информацией по единой шине данных. Количество линий в шине данных обычно соответствует разрядности МПС (количеству бит в слове данных). Шина адреса применяется для указания направления передачи данных — по ней передаётся адрес ячейки памяти или блока ввода-вывода, которые получают или передают информацию в данный момент. Шина управления служит для передачи сигналов, синхронизирующих всю работу МПС.
Применение в измерительных приборах
Главная особенность микропроцессора — возможность программирования логики работы. Поэтому МПС используются для управления процессом измерения (реализацией алгоритма измерения), обработки опытных данных, хранения и вывода результатов измерения и пр. Рассмотрим основные преимущества микропроцессорных средств измерения.
Многофункциональность. Замена измерительного комплекса (совокупности различных измерительных приборов) одним, многофункциональным. Такая замена в приборах с «жесткой» логикой неэкономична. Так как добавление новой функции требует ввода дополнительного блока. Программируемая логика позволяет сделать это добавлением блока программы. Число программ ограничено возможностями ПЗУ и блока управления.
Повышение точности — наиболее важный момент. Уменьшение погрешностей по сравнению с обычными цифровыми приборами при прочих равных условиях достигается за счет исключения систематических погрешностей в процессе самокалибровки: коррекция смещения нуля, учет собственной АЧХ прибора, учет нелинейности преобразователей. Самокалибровка в данном случае — это измерение поправок или поправочных множителей и запоминание их в ОЗУ с целью использования на этапе обработки опытных данных.
Уменьшение влияния случайных погрешностей (путем проведения многократных измерений с последующей обработкой выборки — усреднением, вычислением мат. ожидания и пр.). Выявление и устранение грубых погрешностей (промахов). Вычисление и индикация оценки погрешности прямо в процессе измерения.
Компенсация внутренних шумов и повышение чувствительности средства измерения. Простое усреднение сигнала на входе прибора требует достаточно большого времени tycp. Один из вариантов — проведение многократных измерений и усреднение результатов с целью компенсации случайной составляющей измерительного сигнала. Пример — микропроцессорный ВЧ вольтметр среднеквадратического значения.
Расширение измерительных возможностей путем широкого использования косвенных и совокупных измерений, воспринимаемых оператором в этом случае как прямые (поскольку результат обработки появляется на индикаторе сразу после проведения измерения). Напомним, что косвенные измерения включают в себя вычисления результата по опытным данным по известному алгоритму. Совокупные измерения предполагают измерение нескольких одноименных физических величин путем решения системы уравнений, получаемых при прямых измерениях сочетаний этих величин. (Например, измерение сопротивления различных сочетаний резисторов — последовательное, параллельное, последовательно-параллельное, позволяют рассчитать сопротивление каждого из них). В этих случаях микропроцессор осуществляет управление процессом измерения по программе и проводит обработку опытных данных. Результат расчетов воспринимается оператором как результат прямых измерений, поскольку расчет делается быстро.
Упрощение и облегчение управления прибором. Все управление производится с кнопочной панели, выносные клавиатуры используют редко. Чем меньше кнопок, тем более «разумным» является прибор. Автоматизация установок прибора приводит к упрощению его использования (выбор пределов измерения, автоматическая калибровка и пр.). В ряде приборов использую контроль за ошибочными действиями оператора — индикация его неверных действий на табло или экране. Упрощает измерения визуализация результатов на экране в удобном виде, с дополнительными шкалами. Ряд приборов предусматривает вывод результатов на печатающее устройство или портативный носитель информации.