5. Висновки

При перевірки роботи функціональної схеми лічильника з наскрізним переносом, стає зрозумілим, що він працює як лічильник, у якому спочатку усі тригери встановлюються в нуль, а потім починає схема працювати як лічильник при появі вхідного сигналу х.

Таким чином, дослідження схеми при моделювані підтверджує коректність її побудови при роботі тестів.

Розділ 14

ПРАКТИЧНА ТА ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 12

Тема: Методи побудови мікроконтролерів. Принципи мікропрограмного управління. Особливості сімейства мікроконтролерів

1. Теоретичні відомості

Основи синтезу скінчених автоматів з пам’яттю на тригерах

Процедура синтезу характерна такими етапами:

• Задають закон функціонування автомата;

• Мінімізують кількість внутрішніх станів автомата;

• Кодують стани автомата;

• Визначають функції збудження елементів пам’яті і функції виходів, а також забезпечують їх мінімізацію;

• Складають функціональну схему автомата в обраному елементному базисі.

Завдання закону функціонування автомата

Алгоритм функціонування автомата визначається, виходячи із розгляду керуючого автоматом об’єкта. Алгоритм – це така модифікація загального методу розв’язання, що стоїть перед проектувальником задачі, яка може бути реалізована конкретним керуючим об’єктом з притаманним йому можливостями рішення задач такого виду.

Початковою інформацією для першого етапу може служити словесний опис алгоритму функціонування автомата або аналіз часових діаграм його роботи. Результатом цього етапу повинно бути отримання формалізованого опису закону функціонування у вигляді таблиць переходів та виходів (для автоматів Мілі) або відмічені таблиці переходів (для автоматів Мура), граф-схеми, початкові таблиці переходів (ПТП), мікропрограми тощо, які орієнтовані на пристрої з пам’яттю на тригерах.

Таке спрощення процедури синтезу є наслідком використання синхронних ЕП, які виконують значно складніші функції, ніж асинхронні потенційні тригери.

Під кодуванням станів автомата розуміють встановлення відповідності між об’єднаними станами автомата наборами станів його пам’яті. Розглянемо деякі способи кодування автомата:

1. Позиційне кодування, при якому кожному стану автомата ставиться у відповідність стан одного тригера.

2. Мінімальне кодування, при якому число тригерів визначається двійковим логарифмом.

3. Проміжне кодування – між позиційним та мінімальним.

Різні способи кодування використовують для оптимального проектування автомата.

Принципи мікропрограмного управління. Мікропрограмування з одного боку – це принцип технічної реалізації обчислювальних машин (ОМ) і в першу чергу процесорів, а з іншого боку – один із способів організації їх математичного забезпечення. Поняття мікропрограмування появилося разом з роботами Уилкса, в яких кожна мікрооперація потребує звернення до пам’яті двосторонніх матриць (рис. 14.1).

Мікропрограмний підхід має низку переваг при порівнянні з звичайним. Основною важливою особливістю цього підходу є застосування пристрою для збереження мікропрограм. Виконання кожної мікрокоманди зводиться до розшифровки коду операції і формування адреси чергової мікрокоманди, зверненню до ЗП мікропрограм, дешифратор регістра мікрокоманд.

Рис. 14.1. Пристрій управління з матричною структурою Уилкса

Способи кодування і формат мікрокоманд. У практиці мікропрограмування існує вертикальне та горизонтальне кодування. При горизонтальному мікропрограмуванні кожному розряду мікрокоманди відповідає окрема мікрооперація, яка виконується незалежно від змісту інших розрядів.

При вертикальному мікропрограмуванні мікрокоманда розділяється на поля. Вертикальне та горизонтальне кодування може бути прямим та непрямим (косвенним). Пряме кодування може бути вертикальним або горизонтальним залежно від кількості мікрооперацій, що одночасно виконуються за одну мікрокоманду. Непряме кодування включає додаткові поля, котрі змінюють призначення інших полів, що розташовані безпосередньо за ним. Однотактне або багатотактне мікропрограмування відповідно одночасним виконанням мікрооперацій.

Мікроконтролери. Потреба промисловості в мікроконтролерах існує. Є велике різноманіття їх як за ціновими критеріями, так і за їх функціональними можливостями. Основними виробниками є такі компанії як Atmel, Microchip. Microchip пропонує рішення для всього діапазону продуктивності 8-розрядних мікроконтролерів за допомогою простих у використанні засобів розробки та повної технічної документації. 8-бітові PIC мікроконтролери добре підходять для широкого спектру додатків.

Рис. 14.2. Архітектура мікроконтролера РІС32 МХ1 & PIC 2

Рис. 14.3. Архитектура базового (BASELINE) сімейства мікроконтролерів

Базова архітектура (BASELINE) складається з контролерів сімейства PIC10 і частини контролерів сімейств PIC12 і PIC16. Ґрунтуються вони на 12-й розрядній архітектурі слова програм і представлені контролерами в корпусах від 6 до 28-ми виводів. Спрощена архітектура базового сімейства надає найдешевше рішення з пропонованих Microchip. Широкий діапазон напруг живлення, можливість роботи при низьких напругах переслідує метою можливість застосування мікроконтролерів в батарейних пристроях.

Особливості:

• мало вивідні і мініатюрні корпуси;

• Flash пам’ять програм;

• низьке споживання струму;

• низька ціна;

• легке освоєння;

всього 33 команди.

Базова архітектура (BASELINE) сімейства мікроконтролерів.

Архітектура середнього сімейства (Mid- Range) знайшла застосування в мікроконтролерах серій PIC12 і PIC16, і має ширину слова пам'яті програм 14 біт. Ці мікроконтролери випускаються в корпусах від 8 до 64 висновків. Мікроконтролери з Flash пам'яттю працюють в діапазоні напруг живлення від 2.0 до 5.5В, мають систему переривань, апаратний стек і енергонезалежну пам'ять даних EEPROM, а також багатий набір периферії, такий як USB, SPI, I ² C, USART, LCD, компаратори, АЦП і т. п.

Особливості:

• різні корпуси: 6 - 64 висновків;

• Flash пам'ять програм;

• малий струм споживання;

• багата периферія; • продуктивність 5 MIPS;

• легке освоєння,

• всього 35 команд.

Рис. 14.4. Розширене ядро мікроконтролерів середнього сімейства