Структура мк
МК являють собою закінчену МП-систему обробки інформації, що реалізована у вигляді однієї великої інтегральної мікросхеми. МК поєднує в межах одного напівпровідникового кристала основні функціональні блоки МП керуючої системи: центральний процесор, постійний запам'ятовувальний пристрій (ПЗП), оперативний запам'ятовувальний пристрій (ОЗП), периферійні устрої для уведення й виводу інформації.
Широке розмаїття моделей МК, можливість розробки й виробництва нових моделей у короткий термін забезпечує модульний принцип побудови МК, що взятий на озброєння всіма провідними компаніями. При модульному принципі побудови всі МК одного сімейства містять у собі базовий функціональний блок, який однаковий для всіх МК сімейства, і змінюваний функціональний блок, який відрізняє МК різних моделей у межах одного сімейства (рис. 2.1).
Базовий функціональний блок включає:
Центральний процесор.
Внутрішні магістралі адреси, даних і керування.
Схему формування багатофазної імпульсної послідовності для тактування центрального процесора й міжмодульних магістралей.
Устрій
керування режимами роботи МК, такими,
як активний режим, у якому МК виконує
прикладну програму, режими зниженого
енергоспоживання, в один із яких МК
переходить, якщо за умовами роботи
виконання програми може бути припинено,
стан початкового запуску (скидання) і
переривання.
Рисунок 2.1 – Модульна будова МК
Базовий функціональний блок заведено називати процесорним ядром МК. Процесорне ядро позначають ім'ям сімейства МК, основою якого воно є. Наприклад, ядро НС05 – процесорне ядро сімейства Motorola MC68HC05, ядро MCS-51 – ядро сімейства МК Intel 8хс51, ядро PIC16 – процесорне ядро Microchip PIC16.
Змінюваний функціональний блок включає модулі різних типів пам'яті, модулі периферійних устроїв, модулі генераторів синхронізації й деяких додаткових модулів спеціальних режимів роботи МК. Кожний модуль має виводи для підключення його до внутрішніх магістралей МК. Це дозволяє на рівні топологічного проектування «приєднувати» ті або інші модулі до магістралей процесорного ядра, створюючи в такий спосіб різноманітні за структурою МК у межах одного сімейства. Сукупність модулів, які розроблені для певного процесорного ядра, заведено називати бібліотекою периферійних модулів. Термін «бібліотека периферійних модулів» недостатньо точно відображає сучасні тенденції структурної організації МК. Якщо раніше під довільно поєднуваними до складу МК модулями малися на увазі тільки модулі периферійних устроїв, то тепер вибирати можна в кожній з п'яти функціональних груп:
Модулі пам'яті.
Модулі убудованих генераторів синхронізації.
Модулі периферійних устроїв.
Модулі контролю за напругою живлення й ходом виконання програми.
Модулі внутрішньосхемного налагодження й програмування.
Термін «модуль пам'яті» у застосуванні до МК став використатися на етапі переходу до нових технологій створення резидентної пам'яті програм і даних. Енергонезалежна пам'ять типу FLASH і EEPROM має не тільки режими зберігання й читання інформації, що була в неї записана до початку експлуатації виробу на етапі програмування, але й режими стирання й програмування під керуванням прикладної програми. Унаслідок цього енергонезалежна пам'ять типу FLASH і EEPROM вимагає керування режимами роботи, для чого обладнана додатковими блоками керування й регістрами спеціальних функцій. Масив комірок пам'яті, доступних для читання, стирання й запису інформації, додаткові аналогові й цифрові схеми керування, а також регістри спеціальних функцій об'єднані у функціональний блок, що і зветься модулем пам'яті.
Істотної зміни зазнали також генератори синхронізації МК. По- перше, відбувся функціональний поділ саме генератора синхронізації, що виділився в окремий модуль, і схеми формування багатофазної послідовності імпульсів для тактування центрального процесора й міжмодульних магістралей, що є невід'ємною частиною процесорного ядра. По-друге, з'явилася можливість вибору зовнішнього часозадавального елемента: кварцовий або керамічний резонатор, RC-ланцюг. Схемотехника виконання підсилювачів з позитивним зворотним зв'язком визначається
типом часозадавального елемента, відповідно з'явилися різні модифікації модулів убудованого генератора синхронізації. По-третє, підвищення продуктивності процесорного ядра МК пов'язане з підвищенням частоти тактування центрального процесора й міжмодульних магістралей. Однак застосування високочастотних кварцових резонаторів у якості часозадавального елемента підвищує рівень електромагнітного випромінювання, тобто зростає інтенсивність генерації перешкод. Крім того високочастотні кварцові резонатори є відносно дорогим елементом. Тому сучасні генератори синхронізації мають у своєму складі множувач частоти з коефіцієнтом, що вибирається програмно. Множувач частоти часто виконується за схемою синтезатора з контуром фазового автопідстроювання частоти (англомовна абревіатура PLL – Phase Loop Lock). Схема синтезатора частоти й регістри спеціальних функцій для керування режимами його роботи об'єднані в модуль синхронізації.
Група модулів периферійних устроїв включає більшість із відомих типів адаптерів сполучення з об'єктом:
Паралельні порти введення/виводу з можливістю індивідуального настроювання напряму передачі кожної лінії.
Багаторежимні таймери/лічильники, таймери періодичних переривань, процесори подій.
Контролери послідовного інтерфейсу зв'язку декількох типів (SCI, SPI, CAN).
Багатоканальний АЦП.
Контролери ЖК-індикаторів і світлодіодної матриці.
Відносно новими для 8-розрядних МК є дві останні групи модулів. Перші здійснюють діагностику деяких підсистем МК і дозволяють відновити працездатність устрою на основі МК при порушеннях програмного характеру, збоях у системі синхронізації, зниженні напруги живлення. Другі є апаратною основою режимів внутрішньосхемного налагодження й програмування в системі, які дозволяють налагоджувати прикладну програму й заносити коди програми до енергонезалежної пам'яті МК прямо на платі кінцевого виробу, без використання додаткових апаратних систем налагодження й програмування.