20. Аналого-цифрові й цифро-аналогові перетворювачі в складі мікропроцесорної управляючої системи.

Аналоговые периферийные устройства микроконтроллеров управляющих систем включают:

• аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

• цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП);

• генератор опорного напряжения;

• аналоговые компараторы.

Аналоговый сигнал поступает на вход АЦП, как правило, через аналоговый мультиплексор и, иногда, усилитель с программируемым коэффициентом усиления, со встроенной схемой слежения-захвата (track-and hold), обеспечивающей фиксацию преобразуемого сигнала на время преобразования. Кроме того, АЦП снабжен так называемым оконным детектором (Window Detector), позволяющим аппаратно определить, находится ли результат преобразования в пределах «окна», образованного двумя границами. В состав оконного детектора входят цифровой компаратор и две пары регистров границ: верхней и нижней. 3aгружая определенные значения в эти регистры, можно заставить цифровой компаратор генерировать флаг запроса прерывания от оконного детектора, когда результат преобразования лежит как внутри, так и снаружи «окна», образованного соответствующими границами. Кроме того, в состав АЦП может входить встроенный аналоговый датчик температуры.

В качестве источника, вызывающего запуск преобразователя, может быть выбран один из следующих:

• запись 1 в бит занятости преобразователя;

• переполнение одного из таймеров микроконтроллера;

• нарастающий фронт сигнала на внешнем входе запуска преобразователя.

Выход ЦАП представляет собой напряжение в диапазоне 0..V_REF(1-1/2^N) пропорциональное входному коду, где V_REF - опорное напряжение. Кроме собственно преобразователя ЦАП, схема содержит один или пару (когда разрядность преобразователя больше 8) регистров данных преобразователя, один или пару 8 разрядных регистров-защелок, мультиплексор синхронизации и выходной повторитель, выход которого подключен непосредственно к аналоговому выходу микроконтроллера.

С помощью мультиплексора синхронизации в качестве источника синхронизации можно выбрать импульс записи в регистр данных ЦАП или импульсы переполнения одного из таймеров микроконтроллера. В первом случае изменение напряжения на выходе будут происходить в моменты записи значений в регистр данных. Режим синхронизации от таймеров применяется для точной синхронизации при формировании аналогового сигнала, чтобы моменты изменения выходного напряжении преобразователя не зависели от переменного времени реакции процессора на прерывание. В этом случае изменение кода в регистрах-защелках преобразователя происходит точно в момент переполнения таймера, а в подпрограмме обработки прерывания от таймера следует загрузить новое значение в регистры данных.

21. Intel mcs -51: структура і архітектурні особливості.

Intel 8051 — это однокристальный микроконтроллер (не путать с процессором) гарвардской архитектуры, который был впервые произведен Intel в 1980 году, для использования во встраиваемых системах. В течение 1980-х и начале 1990-х годов был чрезвычайно популярен, однако позже устарел и был вытеснен более современными устройствами, также с 8051-совместимыми ядрами, производимыми более чем 20 независимыми производителями такими как Atmel, Maxim IC (дочерняя компания Dallas Semiconductor), NXP , Winbond, Silicon Laboratories, Texas Instruments и Cypress Semiconductor).

Особенности базовой конфигурации:

• Шина данных — 8-ми битная шина данных. Возможность обработки 8 бит данных за одну операцию. Обуславливает название 8-битный микропроцессор

• Шина адреса — 16 битная адресная шина.

• Встроенное ОЗУ — 128 байт (Памяти данных)

• Встроенное ПЗУ — 4 КБ (Памяти программ)

• Четыре порта ввода/вывода: один двунаправленный и три квазидвунаправленных

• Универсальный асинхронный приёмопередатчик;

• Два 16-битных таймера;

• Два уровня приоритета прерываний;

• Энергосберегающий режим

Общей особенностью в современных 8051-совместимых микроконтроллерах стало встраивание улучшенных и дополнительных схем, таких как: автоматический сброс по падению питающего напряжения; встроенные тактовые генераторы; внутрисхемное программирование памяти программ; I²C ; SPI (стандарт 3-проводной последовательной шины); USB хост-интерфейс; ШИМ-генераторы; аналоговых компараторов; АЦП и ЦАП преобразователей; часов реального времени; дополнительных таймеров и счетчиков; внутрисхемных отладчиков, дополнительных источников прерываний; расширенных энергосберегающих режимов.

8051-совместимые микроконтроллеры обычно имеют один или два УАПП (UART), два или три таймера. УАПП/UART может быть настроен для использования в режиме 9-бит данных, что делает возможным адресную приёмопередачу в многоточечном подключении на основе RS-485 аппаратного протокола.

Все 8051-совместимые устройства, производимые SILabs, некоторые из производимых Dallas и немногие из производимых Atmel имеют ядро с 1 тактом на машинный цикл.

Чрезвычайно полезной особенностью 8051-ядра является обработка булевых данных, что позволило ввести бинарную логику, оперирующую напрямую с битами внутренней ОЗУ (области из 128 прямо-адресуемых битов) и регистров. Данная особенность была востребована в приложениях промышленной автоматики. Еще одна ценная особенность состояла в 4 независимых наборах регистров, которые значительно уменьшали задержки при обработке прерываний, в сравнении с классическим использованием стека, применявшимся ранее.