Мазмұны

Кіріспе

Негізгі бөлім

1. Микроконтроллер дегеніміз не?

2. PIC микроконтроллеры

3. Microchip Technology компаниясы

4. Микроконтроллер негізінде микропроцессорлық жүйені әзірлеу

5. PIC Simulator IDE симулятор программасы

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Кіріспе

Көпшілік «компьютерлік революцияны» автоматты түрде көптеген қиын есептеулерді қажет ететін мәселелерді шешу құралдарын жасау деп қабылдайды. Мұндай есептеулер әр түрлі қызмет түрлерін төлеу кезінде, қиын ғылыми зерттеулерді және әзірлеуді орындағанда, завод және фабрикалардағы технологиялық процессті және құрылғыларды басқару процесі кезінде пайда болады. Уақыт өте келе интернет желісі және сандық телекоммуникациондық жүйені қосудың арқасында «компьютерлік революция» ұғымы кеңейді.

Сонымен бірге екінші революция жүріп жатты, және ол мүмкін әркімнің өміріне көбірек ықпалын тигізді. Ол бізді қоршаған ортаның барлығын арзан әрі қуатты микроконтроллерлер арқылы автоматтандыру болып табылады.

Микроконтроллерлердің көбісі автокөліктерде қолданылады. Қазіргі кездегі автокөліктер 20- дан астам микроконтроллерді өзінде қамтиды, олар мотордың күйін бақылап және оның жұмысын басқарып қана қоймай, сигнализация жүйесі көмегімен оны бұзу және ұрлаудан сақтап қалу, қорғаныс жүйесінің жұмыс жасауын қамтамасыз етеді, сыртқы жарықтандыруды бақылайды, автокөлік ішіндегі ауа температурасын, радио/стереожүйелердің жұмысын бақылайды.

Дербес компьютердің өзінде кем дегенде төрт орнатылған микроконтроллерлері бар болады – екеуі пернетақта мен тышқанның жұмысын қамтамасыз етеді, біреуі қатқыл дискті басқарады, біреуі энергиямен қамтамасыз етілуін қамтамасыз етеді. Мүмкін монитор, принтер немесе модемді басқару үшін одан да көп микроконтроллерлер қолданылады.

Микроконтроллер – ол дербес компьютерлік жүйе, бір корпуста орнатылған мәліметтерді енгізу/шығау құрылғысы, процессор және қосалқы сұлбаларды қамтиды.

Әртүрлі құрылғыларда қолданатын микроконтроллерлер, сыртқы ортаның параметрлерін анықтайтын датчиктер мен қолданушының пернетақтасынан келіп түсетін мәліметтерді интерпретациялау функциясын орындайды, және жүйенің әртүрлі құрылғыларының арасында байланыс орнатады және басқа құрылғыларға мәліметтерді жібереді. Микроконтроллерлерді қолану қолданылатын материалдар мен жиынтықтаушы бұйымдардың бағасы мен мөлшерін едәуір азайтуға мүмкіндік береді, ол соңғы өнімнің өзіндік бағасының төмендеуін қамтамасыз етеді. Микроконтроллерлерді қолдану тұтынушы үшін өнімнің тартымдылығын едәуір өсіре алады, ол салыстырмалы аз қосымша шығын шығару арқылы «достық интерфейсті» іске асырудың арқасында болады. Сонымен қатар, әр түрлі функцияларды іске асыру үшін маманадндырылған, әр түрлі программалық жабдықтаманы бір ғана аппаратты құралдарды қолдана отырып шығарылатын өнімнің қолдану аяасының кеңеюінің қамтамасыз етуге болады.

Диплoмдық жұмыcтың мақсаты - микроконтроллер құрылғысына арналған программалық қамтамасыз етуді әзірлеу.

Дипломдық жұмыстың міндеті - Микроконтроллер құрылғыларының дамуы мен тағайындалуының анализдеу, контроллер және микроконтроллерлік құрылғылардың программалау құралдарын қарастыру, өндірістік ПЛК–ді программалау.

Дипломдық жұмыстың өзектілігі – экономикалық жағынан тиімді және қауіпсіз болуға тиісті барлық өндірістік процесстер басқару жүйесін қажет етеді. Соңғы жылдары тез таралған және басқару техникасын түбегейлі өзгерткен программаланатын логикалық контроллер болып табылады, ол өзінің тиімді бағасымен қатар есептеудегі қуаттылығы мен елеулі икемділігін қосады.

Ең оңай мысалдың объектісі ретінде электрқозғалтқыш арқылы айналатын желдеткіш болуы мүмкін. Басқарушы жүйе ретінде қозғалтқышты шамадантыс жүктеуден және проводтың зақымдануынан қорғайтын мына электрлі қосқыш болып табылады. Оператор командасы қосу/өшіру батырмасын басуында болады, ал объектінің күйі «істейді/істемейді», сонымен қатар ақаулар индикаторы арқылы көрінеді.

Басқа шеткі жағдайда объект – үлкен мұнайхимиялық қондырғы болып табылады. Және мұнда басқару жүйесі өте қиын болады, ол әр түрлі құрылғылардың комбинациясын келтіреді. Оператормен байланыс та мүлдем басқаша болады, мұнда командалардың берілуі және ақпараттың көрінуі көптеген құрылғылардың көмегімен іске асады.

1. Микроконтроллер дегеніміз не?

Микроконтроллер (ағылш. Micro Controller Unit, MCU) - электронды құрылғыларды басқаруға арналған микросхема. Қарапайым микроконтроллер бір кристаллда процессор мен переферийлі құрылғылардың функциясын үйлестіреді. Оның құрамында оперативті есте сақтау құрылғысы мен тұрақты есте сақтау құрылғысы бар.

Микроконтроллерді құрастырған кезде олардың өлшемі мен бағасы арасындағы үйлесімділікті сақтауға тура келеді. Сол себепті көптеген микроконтроллерлер бір бірінен процессорлық модульдің архитектурасы, өлшемі және енгізілген жадының типі, периферийлі құрылғылардың жиынымен ерекшеленеді. Қарапайым компьютерлік микропроцессорлармен салыстырғанда микроконтроллер жадының гарварттық архитектурасын пайдаланады, яғни мәліметтер мен ОЕСҚ мен ТЕСҚ-дағы командаларды бөлек-бөлек сақтау жүзеге асырылады.

Оперативті есте сақтау құрылғысынан бөлек МК құрамында программалар мен мәліметтерді сақтауға арналған энергиядан тәуелді жадылар болуы мүмкін. Бағасы жағынан арзан бұл жадылар тек бір ретті жазба жазуға мүмкіндік береді. Мұндай құрылғылар контроллер программасы қайтадан жаңартуды қажет етпеген жағдайда қолданылады. Контроллердің басқа модификациялары энергиядан тәуелді жадыға бірнеше рет программа жазуға мүмкіндік береді.

Микроконтроллерде болуы мүмкін перифериялардың тізімі:

1) Әмбебап цифрлық порттар;

2) Енгізу/шығарудың әртүрлі интерфейсі (UART,I²C,SPI,CAN);

3) Аналогті – цифрлық және цирфлі – аналогті түрендіргіш;

4) Компаратор;

5) Таймерлер;

6) Енгізілген тактілік модуляторлар;

7) Кең жолақты-импульсті модуляторлар;

8) Радиожиілікті қабылдағыштар мен таратқыштар;

Микроконтроллерде қолданылатын жадының 3 негізгі түрін ажыратуға болады:

1) программалар жадысы;

2) мәліметтер жадысы;

3) МК регистрлері.

Программалар жадысы программалық код пен константаларды сақтауға айнымалыларды сақтауға арналған.

МК регистрі – жадының бұл түрі периферийлі құрылғыларды басқаруға арналған. Олар процессордың ішкі регистрларынан тұрады. Программаларды сақтау үшін тұрақты жадылардың бірнеше түрлері : ROM,PROM ( бір ретті программаланатын ТЕСҚ), EPROM (ультракүлгін өшіруі бар электрлі программаланатын ТЕСҚ), EEPROM (электрлі жазбасы мен өшірілуі бар ТЕСҚ). Осы жадылардың барлығы энергиядан тәуелсіз, яғни МК – ді қорек көзінен ажыратқаннан кейін жадыдағы барлық программа сақталады.

Көп ретті программаланатын ТЕСҚ - EPROM және EEPROM (Electrically Erasble Programmable Memory) ультракүлгін өшіруі бар ТЕСҚ мен электрлі қайта программаланатын жадысы бар МК-ға бөлінеді.

Flash – жадының EEPROM - нан аса үлкен айырмашылығы жоқ. Негізгі айырмашылығы – жазылған ақпаратты өшіре алу мүмкіндігінде. EEPROM жадысында өшіру әр ұяшық үшін жеке-жеке орындалады да, ал Flash – жадыда өшіру блок бойынша жүзеге асады.

Оперативті есте сақтау құрылғысы (ОЕСҚ) – мәліметтерді сақтауға арналған. Бұл жадыны әдетте мәліметтер жадысы деп те атайды. ОЕСҚ – дағы жазу мен оқу циклы шексіз, бірақ қорек көзінен ажыратқан жағдайда барлық мәліметтер жойылады.

Микроконтроллердің кең тараған түрлері:

1) MCS 51 (Intel);

2) MSP430 (TI);

3) ARM (ARM Limited);

4) ST Microelectronics STM32 ARM-based MCUs;

5) Atmel Cortex, ARM7, ARM9-based MCUs;

6) Texas Instruments Stellaris MCUs;

7) NXP ARM-based LPC MCUs;

8) Toshiba ARM-based MCUs;

9) Analog Devices ARM7-based MCUs;

10) Cirrus Logic ARM7-based MCUs;

11) Freescale Semiconductor ARM9-based MCUs;

12) AVR (Atmel);

13) ATmega;

14) ATtuny;

15) XMega;

16) PIC (Microship);

17) STM8 (STMicroelectronics).

Motorola фирмасының 16 және 32-разрядты микроконтроллері

Қолданушылардың 16-32 разрядты микроконтроллерге қызығушылығының негізгі себебі оның жоғары өнімділігінде. Motorola фирмасы өзінің өнімдерін бүкіл тактілік жиілік диапазонын қамтиды. Мысалы, 16-разрядты МК 20.97 МГц диапазонында, ал 32-разрядты МК 40 МГц диапазонында жұмыс жасайды.

16 және 32 разрядты Motorola микроконтроллер тобы стандартты ішкі модульды шиналарды (IMB) қолданады. Оның негізгі артықшылығы процессорлық ядролары әртүрлі МК бір периферийлі құрылғыларды қолдану мүмкіндігінің бар болуында. Motorola микроконтроллерлерін қарастырған кезде оның енгізілген модульдерін ерекшелеп өткен жөн:

1) коммуникационды модульдер;

2) таймерлік модульдер;

3) жүйелік интеграция модульдері;

4) жады модульдері;

5) аналогты модульдер.

Микроконтроллердің (МК) процессорлық ядросы ортақ процессорлық құрылғы архитектурасының, МК жартылай өткізгішті үлкен ИС (интегралдық схема) өндіру технологиясының, архитектураның сұлбатехникалық орындалуының бірігуінің көрінісін береді. МК архитектурасы – ішкі және сыртқы программалық қолжетімді ресурстардың, командалар жүйелерінің, үзілу жүйелерінің, енгізу/шығару функцияларының және магистраль бойынша алмасу хаттамаларының жиыны. МК нарығында бір уақытта әр түрлі архитектуралы процессорлар өмір сүреді.

МК-ң негізгі классификациялық белгісі – процессордың разрядтылығы. 4-, 8-, 16-, 32- разрядты және DSP (Digital Signal Processor) МК ажыратылады.

Кондырылған жады көлемін ұлғайтқан кезде процессорға кететін шығын азаяды. Сондықтан қондырылған жады көлемінің белгілі бір мәнінде жоғары разрядтылы процессорға көшу үнемді болады.

4-разрядты МК микроконтроллер өндірісінің 10% алады. Негізінен олар - электрондық сағаттарда, калькуляторларда, сондай-ақ тұрмыстық аппаратура контроллерлерінде және көліктік электроникада қолданылу үшін өндірілген бұйымдар.

Микроконтроллер шығару көлемінің негізгі үлесі 8-разрядты МК-ға тиеді, себебі мұнда баға және техникалық сипаттамалар қатынасы тиімді қарастырылған. Заманауи 8-разрядты МК-лер 100 МГц-ке дейінгі жиілікте жұмыс істей алады, бұл оларға тек қана логикалық және цифрлық басқару мәселелерін емес, сонымен қатар сигналдарды цифрлы өңдеу мәселелерін де шешуге мүмкіндік береді. Жылдамдықтарын шектейтін негізгі фактор жадыға қатынау уақыты болып табылады.

8-разрядты МК ядросы СISС (Complex Instruction Set Computer)-архитектурасы және RISС (Reduced Instruction Set Computer)-архитектурасы негізінде жүзеге асырылады.

16-разрядтылы МК нарықта микроконтроллер өндірісінің үштен бір бөлігін алады. Алайда кейінгі кезде сигналдарды цифрлы өңдеудің құрылғыларының кең шығарылуына байланысты жоғары өнімділікті қамтамасыз ететін 32-разрядты МК-ға жол береді [2].

8-разрядты МК өнімділігі жеткілікті болатын қолданыс аяларының саны баршылық, сондықтан осы арзан МК кең қолданылып келеді. Гарвардтық RISC-архитектуралы 8-разрядты МК-лер CISC-архитектурасымен салыстырғанда программа орындалуының және мәліметтерді өңдеудің жоғары жылдамдығын қамтамасыз етеді.

8-разрядты МК-мен салыстырғанда 16-разрядты МК өңделетін мәліметтердің үлкейтілген разрядтылығымен, командалардың кеңейтілген жүйесімен және адрестелу әдістерімен, регистрлардың көбейтілген тобымен және адрестелетін жады көлемімен сипатталады.