Часть 1. Структура микроконтроллеров(мк)
1. Типы микропроцессорных систем
Сформировалось несколько типов микропроцессорных систем, различающихся мощностью, универсальностью, быстродействием и функциональным назначением. Основные типы следующие:
микропроце́ссор —устройство, отвечающее за выполнение самых простых арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде, реализованный в виде одной микросхемы.
микроконтроллеры —простой тип микропроцессорных систем, в которых все или большинство узлов системы выполнены в виде одной микросхемы. В состав микроконтроллера помимо микропроце́ссора могут входить ряд периферийных модулей.
контроллеры — управляющие микропроцессорные системы, выполненные в виде отдельных модулей;
микрокомпьютеры — более мощные микропроцессорные системы с развитыми средствами сопряжения с внешними устройствами.
компьютеры (в том числе персональные) — самые мощные и наиболее универсальные микропроцессорные системы.
Четкую границу между этими типами иногда провести довольно сложно.
Микроконтроллер (МК) — это электронное устройство, работой которого управляет программа — последовательность команд, заранее загруженная в память. МК предназначен для управления различными электронными устройствами и осуществления взаимодействия между ними в соответствии с заложенной в него программой.
Ядром любой микропроцессорной системы является микропроцессор
все свои операции процессор выполняет последовательно, то есть одну за другой, по очереди в соответствии с программой
Программа представляет собой набор команд (инструкций), то есть цифровых кодов, расшифровав которые, процессор узнает, что ему надо делать.
Для выполнения команд в структуре процессора имеются внутренние регистры, арифметико-логическое устройство (АЛУ) , мультиплексоры, буферы, счетчики и другие узлы. Работа всех узлов синхронизируется общим внешним или внутренним тактовым сигналом.
Все сигналы между устройствами передаются по одним и тем же линиям связи (шинам), но в разное время (это называется мультиплексированной передачей). Причем передача по всем линиям связи может осуществляться в обоих направлениях (так называемая двунаправленная передача). В результате количество линий связи существенно сокращается, а правила обмена (протоколы) упрощаются.
В системах с шинной структурой связей применяют все три существующие разновидности выходных каскадов цифровых микросхем:
1. Стандартный выход или выход с двумя состояниями (обозначается 2С, 2S, реже ТТЛ, TTL);
2. Выход с открытым коллектором (обозначается ОК, OC);
3. выход с тремя состояниями или (что то же самое) с возможностью отключения (обозначается 3С, 3S).
Упрощенно эти три типа выходных каскадов могут быть представлены в виде схем на рис. 1
У выхода 2С два ключа замыкаются по очереди, что соответствует уровням логической единицы (верхний ключ замкнут) и логического нуля (нижний ключ замкнут). У выхода ОК замкнутый ключ формирует уровень логического нуля, разомкнутый — логической единицы. У выхода 3С ключи могут замыкаться по очереди (как в случае 2С), а могут размыкаться одновременно, образуя третье, высокоимпедансное (разомкнутое) состояние. Переход в третье состояние (Z-состояние) управляется сигналом на специальном входе EZ.
Рис. 1. Три типа выходов цифровых микросхем.
Выходные каскады типов 3С и ОК позволяют объединять несколько выходов микросхем для получения мультиплексированных или двунаправленных линий.