Mikroprotsesorni-pristroyi (1)

пристрій часто реалізується у вигляді ВІС (наприклад, КР580ВВ51). Окрім перетворення форми представлення даних, приймач-передавач виконує функції контролю і управління. Для виявлення помилок при передачі даних УСАПП може використовувати контроль на парність або непарність. Після прийому даних приймач-передавач перевіряє в ньому контрольний біт. Якщо виявляється порушення парності (непарності), то приймач-передавач записує в свій регістр стану ознаку помилки. Потім УСАПП може видати запит на повторну передачу даних.

Деякі УСАПП виробляють сигнали, використовувані для встановлення зв'язку між двома модемами. Модем (модулятор – демодулятор) перетворить логічний сигнал певного рівня в сигнал, що модулюється зрушенням частоти. Модем може, наприклад, перетворювати двійковий передаваний сигнал в тоновий сигнал частотою 1270 Гц для логічної 1 і в тоновий сигнал частотою 1070 Гц для логічного 0. Сигнали таких частот можуть передаватися по телефонних лініях і по деяких довгих лініях послідовної передачі даних. Модульований сигнал можна пропускати через пристрої зв'язку змінного струму, наприклад трансформатори, які часто застосовують в довгих телефонних ланцюгах. Модеми використовують для модуляції і демодуляції сигналів, призначених для передачі по радіоканалу. Передача даних по радіоканалу за допомогою модемів часто застосовується в системах збору даних, для управління якими служить мікроЕОМ.

У мікропроцесорних системах управління широко застосовують програмовані таймери – пристрої, що формують задані, тимчасові інтервали. З їх допомогою здійснюється, наприклад, така операція, як реалізація обчисленого кута управління тиристорами при управлінні різним технологічним устаткуванням. За допомогою програмованого таймера виділяють часовий інтервал відповідно до заданого значення, яке у вигляді коду записується в пам'ять таймера.

Таймер можна реалізувати за допомогою центрального процесора системи (програмно), а також додатковими технічними засобами (апаратно).

111

Другий спосіб застосовується частіше, оскільки дозволяє значно зменшити непродуктивні витрати машинного часу.

Розрізняють два типи таймерів: з попереднім і без попереднього

накопичення сигналу.

Утаймері з попереднім накопиченням сигналу інформація, відповідна тривалості відмірюваного часового інтервалу, записується тільки на початку відліку цього інтервалу; по кожному рахунковому імпульсу вміст таймера зменшується на одиницю. Коли вміст таймера стає рівним нулю, на його виході з'являється сигнал, використовуваний для управління периферійними пристроями або для переривання програми мікроЕОМ.

Утаймері без попереднього накопичення сигналу інформація може бути записана в довільний момент часу усередині часового інтервалу, при цьому можлива сигналізація про те, що інтервал більший, менший або рівний заданому.

Промисловість випускає однокристальні ВІС таймерів, наприклад К588ВИ1 [17]. Ця ВІС має два незалежні канали, організовані на базі двох 16розрядних лічильників, що підсумовують, з послідовним перенесенням. До складу таймера входить незалежний 7-розрядний дільник частоти, виконаний на основі 7-розрядного двійкового лічильника, що підсумовує, з послідовним перенесенням і що має фіксовані коефіцієнти ділення 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128.

В більшості випадків в мікропроцесорних системах управління сигнали зворотного зв'язку про регульовані параметри і задаючі дії представлені в аналоговому вигляді. Для вводу в мікроЕОМ і подальшої обробки таких сигналів їх представляють у вигляді цифрового коду. Для перетворення аналогових сигналів в цифровий еквівалент-код застосовуються аналого-

цифрові перетворювачі (АЦП).

Існує декілька методів аналого-цифрового перетворення, що визначають в основному технічні характеристики виконаних на їх основі АЦП [18]. Технічні характеристики АЦП можна розбити на ряд груп: точностні; часові; надійностні; узагальнені вартісні.

112

У якості точностних характеристик використовують: кількість достовірних двійкових розрядів на виході АЦП, відносну погрішність і ін.

Часові характеристики або параметри в тій або іншій формі визначають швидкодію АЦП. Розрізняють три часові характеристики АЦП:

∙ період квантування – це інтервал між двома послідовними перетвореннями (величину, зворотню періоду квантування, називають

частотою квантування);

∙тривалість циклу перетворення – це затримка між моментом подачі вхідної величини на АЦП і моментом видачі коду;

∙час перетворення – це часовий інтервал, протягом якого вхідний сигнал безпосередньо взаємодіє з АЦП.

Надійностні характеристики і параметри оцінюють здібність АЦП до роботи під впливом різних дестабілізуючих чинників (часу, температури, вологості і ін.). Як параметри надійності можна брати самі різні величини (інтенсивність відмов, час напрацювання на відмову і ін.).

Узагальнені вартісні характеристики включають всю решту вимог.

У мікропроцесорних системах управління технологічним устаткуванням часто застосовують багатоканальні АЦП (АЦП з мультиплексованим входом). При цьому один АЦП послідовно перетворить в код ряд аналогових сигналів.

Для зв'язку АЦП з мікропроцесором часто застосовують спеціальні ВІС – контролери АЦП. У їх склад, як правило, входять: канальний інтерфейс для стиковки з системною магістраллю мікроЕОМ; мультиплексор для підключення до АЦП різних вхідних аналогових сигналів; буферний запам'ятовуючий пристрій для зберігання результатів перетворень (це дозволяє процесору прочитувати результат перетворення будь-якого сигналу в довільний момент часу); пристрій управління АЦП і інші сервісні пристрої.

Прикладом контроллера АЦП, призначеного для підключення АЦП до системної магістралі мікроЕОМ, є ВІС К588ВГ4.

Для видачі інформації від мікроЕОМ в аналогові пристрої, зокрема на осцилографи, використовуються цифроаналогові перетворювачі (ЦАП). Для

113

підключення ЦАП до системної магістралі мікроЕОМ і виконання сервісних функцій, аналогічних виконуваним контроллером АЦП, існують ВІС контроллерів ЦАП.

Контрольні питання і завдання

1.Викладіть структуру паралельного інтерфейсу КР580ВВ55 і особливості його роботи в різних режимах.

2.Розкажіть про структуру послідовного інтерфейсу і особливості його застосування.

3.Назвіть інтерфейсні компоненти сучасних МП комплектів.

4.Розкажіть про обмін інформацією в режимах “ Переривання” і “ Прямий доступ в пам'ять”.

5.Назвіть склад і призначення периферійного устаткування мікропроцесорних систем.

6.Викладіть призначення регістра керуючого слова паралельного інтерфейсу МП КР580ВВ55 і приведіть його формат.

7.Складіть 16-річний код керуючого слова, і запрограмуйте паралельний інтерфейс МП КР580ВВ55 в режимі 0, канал А – ввод, канал В – вивід, молодші розряди каналу С – вивід, старші розряди каналу С – ввод.

8.Дайте характеристику режиму 0 паралельного інтерфейсу КР580ВВ55 і наведіть приклади його використання.

9.Приведіть приклади використання режиму 1 паралельного інтерфейса КР580 і вкажіть на особливості його роботи.

10.Викладіть особливості режиму 2 паралельного інтерфейса КР580ВВ55 і приведіть приклад його використання.

11.Назовіть основні технічні характеристики АЦП і ЦАП та приведіть приклади їх використання.

12.Викладіть особливості використання каналу С в режимах 0, 1, 2 паралельного інтерфейса КР580ВВ55 і наведіть приклади.

114

5. ОДНОКРИСТАЛЬНІ МІКРОКОНТРОЛЕРИ

Однокристальні мікроконтролери (ОМК) – мікропроцесорні пристрої,

призначені для регулювання і управління електротехнічними, електроенергетичними і іншими пристроями, а також технологічними процесами виробництва, випробувань і досліджень. Вони є пристроями, конструктивно виконаними в одному корпусі ВІС, яка містить всі складові мікропроцесорної системи: процесор, резидентну пам'ять даних і програм, програмовані інтерфейси. Високоінтегровані ОМК можуть мати АЦП, ЦАП, внутрішні температурні сенсори, послідовні порти UART, сторожові таймери і інші пристрої.

5.1. Мікроконтролери сімейства MCS51

Восьмирозрядні високопродуктивні однокристальні мікроконтролери (ОМЕОМ) сімейства MCS51 виконані за високоякісною n-МОП технологією (серія 1816) і КМОП технологією (серія 1830). Сімейство MCS51 забезпечує: збільшення об'єму пам'яті команд і пам'яті даних, нові можливості вводу-виводу і периферійних пристроїв, розширює діапазон застосування і знижує загальні витрати системи. ОМЕОМ КР1816ВЕ51 і КР1830ВЕ51 містять програмовані в процесі виготовлення кристала ПЗП пам'яті програм, місткістю 4096 байт і розраховані на застосування в масовій продукції. За рахунок використання зовнішніх мікросхем пам'яті загальний об'єм пам'яті програм може бути розширений до 64 кбайт. ОМЕОМ КР1816ВЕ31 і КР1830ВЕ31 не містять вбудованої пам'яті програм, проте можуть використовувати до 64 кбайт зовнішньої постійної або перепрограмованої пам'яті програм і ефективно застосовуватися в схемах, що вимагають істотно більшого за об'ємом (чим 4 кбайт на кристалі) ПЗП пам'яті програм. Кожна з перерахованих вище мікросхем є відповідно аналогом ВІС 8051, 80С51, 8751, 8031, 80С31 сімейства МСS-51 фірми Intе1 (США). Кожна ОМЕОМ даного сімейства містить

115

вбудоване ОЗП пам'яті даних місткістю 128 байт з можливістю розширення загального об'єму оперативної пам'яті даних до 64 кбайт за рахунок використання зовнішніх мікросхем ЗПДВ. Порівняльні дані мікросхем приведені в табл.5.1.

Таблиця 5.1 – Порівняльні дані мікросхем

Однокристальний 8-розрядний мікроконтролер МК1816ВЕ51 (МK51) виконаний на основі Гарвардської архітектури і високорівневої n-МОП технології, що дозволяє одержати високий ступінь інтеграції, порівняно з біполярними структурами, і забезпечує підвищену швидкодію. Докладний опис архітектури МК51 приведений в п. 5.2. Основні характеристики і відмінні особливості мікроконтролерів сімейства МCS51 (MCS-51, MCS-151 і MCS-251) приведені табл. 5.2. Мікроконтролери сімейства 8ХC151SХ (MCS-151) за системою команд, набору програмно доступних ресурсів, системою переривань, набору блоків вводу-виводу і функціям виведень корпусу сумісні з мікроконтролерами 8ХC51FХ (MCS-51). Удосконалення торкнулися, в основному, операційного ядра. Введені конвеєр команд, режим сторінкової адресації пам'яті і ін. В результаті при конвеєрній вибірці в межах однієї сторінки час виконання команди складає два періоди частоти задаючого кварцевого генератора (замість 12 періодів у попереднього сімейства MCS-51).

116

Таблиця 5.2 – Характеристика мікроконтролерів сімейства MCS-51

117

Продовження табл. 5.2

Мікроконтролери сімейства MCS-251 є розвитком архітектури сімейств MCS-51 і MCS-151. У основу покладена "стара" система команд і сталий набір блоків вводу-виводу: три таймери-лічильника, блок РСА, послідовний порт і сторожовий таймер. Центральний процесор мікроконтролерів MCS-251 побудований з використанням конвейєра команд (час виконання команд – 2 періоди частоти кварцевого генератора) і регістрового файлу. Система команд доповнена інструкціями, оперуючими 16 і 32-розрядними операндами. Нове сімейство 8-бітових мікроконтролерів підвищує функціональність і продуктивність широко поширених мікроконтролерів MSC-51, при збереженні сумісності на рівні двійкових кодів. Завдяки сумісності по контактах з 8XC51FX, MK 8XC251SB може служити засобом підвищення продуктивності існуючих апаратно-програмних систем. До типових областей застосування 8XC251SB можна віднести системи управління. Всім МК сімейства MSC-251 властиві такі загальні особливості:

24-бітова лінійна адресація до 16 Мбайт пам'яті; ЦПУ регістрової архітектури з регістрами, що адресуються

як байти, слова і подвійні слова; сторінковий режим, прискорюючий вибірку команд із зовнішньої

пам'яті;

118

конвеєр команд; розширена система команд, що включає 16-бітові арифметичні і

логічні команди; 64 - кбайтовий зовнішній стек;

мінімальний час виконання команд ( два такти по порівнянню з 12

тактами у MK MCS-51);

двійкова сумісність з МК МСS-51.

Першим МК в сімействі МCS-251, розробленим компанією Intel, є мікроконтролер 8ХС251SВ. Опис його архітектури детальніше приведений в п. 7.3.

5.2. Однокристальний мікроконтролер КМ1816ВЕ51

Однокристальный мікроконтролер КМ1816ВЕ51 (МК51) виконаний в корпусі ВІС на основі

високорівневої n-МОП технології, що дозволяє одержати вищий ступінь інтеграції в порівнянні з біполярними структурами. Корпус ВІС має 40 зовнішніх виводів. Цокольовка корпусу і назва виводів приведені на рис. 5.1. Для роботи потрібне одне джерело живлення +5В. Через чотири програмовані порти вводу-виводу МК51 взаємодіє з середовищем в стандарті ТТЛ-схем з трьома

станами виходу. Рис.5.1– Корпус мікросхеми МК51 і найменування виводів

119

Корпус МК51 має два виводи для підключення кварцевого резонатора, чотири виводи для сигналів, що управляють режимом роботи МК, і 8 ліній порту 3, які можуть бути запрограмовані користувачем на виконання спеціалізованих (альтернативних) функцій обміну інформацією з середовищем. Назва виводів і значення вхідних і вихідних рівнів приводяться нижче:

ТТЛ: Uin ³ 2,0B Uil £ 0,8 B – вхідні рівні; Uoh ³ 2,4B Uol £ 0,4B – вихідні рівні;

СБР (RST) – керуючий сигнал скидання;

ВхПр(RxD) вхід приймача універсального приймача-передавача (УАПП); ВихПер(TxD) – вихід передавача УАПП;

ЗПр(INT) – запит переривання; Т0,Т1– таймер/лічильник подій; Х1, Х2 – входи кварцевого резонатора; ЗП(WR) – керуючий сигнал запису; ЧТ(RD) – керуючий сигнал читання;

ОРПП(EA) – керуючий сигнал відключення резидентної пам'яті програм; САВП(ALE) – керуючий сигнал скидання адреси зовнішньої пам'яті; ПРОГ(PROG) – керуючий сигнал програмування РПП;

ДЗПП(PSEN) – дозволи зовнішньої пам'яті програм; ОБЩ(VSS) – потенціал землі;

+5В(VCC) – напруга живлення +5В;

Х1(XTAL1) – вхід для підключення виведення кварцевого резонатора або вхід для сигналу від зовнішньої початкової сигналізації;

Х2(XAL2) вхід для підключення другого виводу резонатора;

Структурна схема МК51

Узагальнена структурна схема представлена на рис. 5.2, а детальніша – на рис. 6.8. Її основу складає внутрішня двонаправлена 8-бітова шина, яка зв'язує між собою основні вузли і пристрої. До них відносяться: 8-розрядний центральний процесор (ЦП) (включає АЛУ, акумулятор з розширювачем, регістр слова стану, блок регістрів спеціальних функцій, пристрій управління і

120