Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Микроконтроллеры с ядром Cortex-M3 в системах управления и автоматики. Учебное пособие
.pdf
Внешняя системная шина позволяет работать с внешними микросхемами памяти
и периферийными устройствами. Области адресного пространства микроконтроллера
отведены для работы с внешней системной шиной [3–6].
В состав внешней системной шины входят:
– внешняя память СОЗУ и ПЗУ;
– внешняя флэш-память и NAND флэш-память данных;
– внешние синхронные устройства;
– раздельная шина адреса и данных;
– nWE, nOE, nBE [3:0] сигналы;
– адресуемое пространство до 2 768 Гб.
Область памяти секции CODE, отображаемая на внешнюю системную шину
с доступом через I Code и D code шины. Диапазон адресов — от 0x1000_0000
до 0x1FFF_FFFF, объем — 256 Мбайт.
Область памяти секции DATA, отображаемая на внешнюю системную шину
с доступом через S Bus. К этой области имеет доступ DMA контроллер. Диапазон адресов —
от 0x3000_0000 до 0x3FFF_FFFF, объем — 256 Мбайт.
Область памяти секции PERIPHERAL и EXTERNAL BUS, отображаемая на внешнюю
системную шину с доступом через S Bus. К этой области имеет доступ DMA контроллер.
Диапазон адресов — от 0x5000_0000 до 0xDFFF_FFFF, объем — 2,256 Гбайт.
Контроллер внешней системной шины не формирует сигналов выборки чипа СЕ. При
работе с внешними статическими ОЗУ, ПЗУ и периферийными устройствами в качестве
сигнала выборки чипа можно использовать старшие линии шины адреса, не используемые
для непосредственной адресации, либо использовать программно управляемые выводы
портов для формирования сигналов СЕ. Состав сигналов внешней шины: 32 бита адреса
ADDR [31:0], 32 бита данных DATA [31:0], 4 бита BE [3:0], с разрешением 4 байта
в 32-разрядном слове шины данных EXT_BUS, сигнал OE разрешения выдачи данных
EXT_BUS, сигнал WE разрешения записи данных EXT_BUS, сигнал синхронизации CLOCK.
Для работы контроллера внешней системной шины с внешними микросхемами
статического ОЗУ, ПЗУ или внешними периферийными устройствами необходимо задать
режим работы через регистр EXT_BUS_CONROL. Бит RAM разрешает работу с внешними
ОЗУ, бит ROM разрешает только чтение внешних ОЗУ или ПЗУ. В зависимости от скорости
работы ядра микроконтроллера и внешних устройств необходимо задать времена транзакции
на внешней системной шине через биты WAIT_STATE [3:0]. После этого все обращения
в область памяти, отображаемой на внешнюю системную шину, будут транслироваться
на выводы внешней системной шины ADDR, DATA и сигналы управления OE, WE, BE [3:0]
и сигнал синхронизации CLOCK.
Служба времени включает 3 16-разрядных таймера. Таймеры могут работать
в режиме каскадного объединения. Каждый таймер содержит 4 канала Захвата/ШИМ.
Генератор ШИМ может формировать как прямой сигнал, так и инверсный. Допускается
внешний сброс ШИМ [3–6].
11
Контроллер прямого доступа в память DMA имеет 32 канала ПДП, обрабатывает
аппаратные запросы DMA от UART, SSP, Timer и ADC и программные запросы. Контроллер
осуществляет передачу данных между ОЗУ, периферией и внешней системной шиной.
Разрядность данных может быть различной при различных механизмах расположения
данных и различных приоритетах каналов. Конфигурация DMA хранится в ОЗУ.
Аналоговые блоки микроконтроллера представлены следующим списком структурных единиц [3–6]:
– встроенный регулятор напряжения DUcc 1.8 В;
– 2 × АЦП на 16 каналов;
– датчик температуры в составе АЦП;
– датчик опорного напряжения в составе АЦП;
– 2 × ЦАП, 12 бит, скорость преобразования 10 мкс;
– компаратор с 3 внешними входами, внутренней шкалой напряжений;
– 2 × PLL для умножения частоты ядра и USB;
– встроенные генераторы 8 МГц и 40 кГц;
– внешние генераторы 2–16 МГц и 32,768 кГц;
– батарейный блок с часами реального времени;
– детектор напряжений питания Ucc и BUcc.
Микроконтроллер допускает внешнее питание в диапазоне 2,2–3,6 В или 3,0–3,6 В
при использовании USB. Внешнее батарейное питание — 1,8–3,6 В. В источнике питания
реализованы на аппаратном уровне схемы сброса по включению и выключению питания,
а также автоматический переход на батарейное питание.
Встроенный регулятор напряжения формирует напряжения питания для цифровой
части 1,8 В с нагрузочной способностью до 150 мА. В регуляторе реализованы схемы
подстройки выходного напряжения, обработки появления и сброса нагрузки, режим
STANDBY. Детектор напряжения питания анализирует уровни основного питания Ucc
с точностью 200 мВ, батарейного питания BUcc с точностью 400 мВ, формирует прерывание
при переходе заданных уровней.
Аналого-цифровой преобразователь. Два встроенных АЦП имеют разрядность
до 12 бит каждый. Скорость преобразования до 1 Мб/с. В АЦП реализованы на аппаратном
уровне схемы внутренних и внешних опорных напряжений с датчиками опорного
напряжения, автоматическим контролем диапазона и датчиком температуры. Аналоговый
мультиплексор коммутирует на вход АЦП 16 внешних каналов с автоматическим
последовательным опросом каналов.
Цифро-аналоговый преобразователь. Два встроенных ЦАП имеют разрядность
до 12 бит каждый. В ЦАП реализованы на аппаратном уровне схемы внутренних и внешних
опорных напряжений.
Аналоговый компаратор имеет три внешних входа и внутренний генератор шкалы
напряжений.
12
Умножитель частоты (PLL) снабжен фазовой автоподстройкой частоты. Входная
Микроконтроллер
1986ВЕ9x
JTAG
адаптер
ПО отладки и
программирования
Reset, TRST,
TCK, TMS, TDI
TDO
а) Режим «микроконтроллер»
Микроконтроллер
1986ВЕ9x
SWD
адаптер
ПО отладки и
программирования
Reset, SWCLK,
SWDIO
SWO
б) Режим «микропроцессор»
Микроконтроллер
1986ВЕ9x
RS232
адаптер
ПО отладки и
программирования
UART TX
в) Режим «UART-загрузчик»
UART RX
частота — 2–16 МГц, выходная частота — 2–100 МГц. Коэффициент умножения может
меняться от 1 до 16, и есть возможность формирования некратных частот.
Тактовый генератор микроконтроллера включает встроенный подстраиваемый RC
генератор HSI 8 МГц, встроенный подстраиваемый RC генератор LSI 40 кГц, внешний
генератор HSE 2–16 МГц, внешний генератор LSE 32 кГц.
Энергонезависимая память, питаемая от встроенной батареи, имеет емкость 56 байт,
включая регистры настройки микроконтроллера. На аппаратном уровне реализованы
внешний часовой генератор LSE 32 768 Гц, часы реального времени с калибровкой от 0
до минус 256 ppm, схема пробуждения процессора из STANDBY режима по будильнику,
схема формирования прерываний по событиям: «секунда», «будильник» и «переполнение».
В микроконтроллере доступны следующие режимы работы (рис. 1.3) [3–6]:
1) режим «микроконтроллер». В этом режиме производится отладка через JTAG/SW,
через порт PD, через порт PB или запуск из внутренней флэш-памяти;
2) режим «микропроцессор». В этом режиме производится отладка через JTAG/SW
или через порт PD. Возможна работа без режима отладки или запуск из внешней памяти с
адреса 0x10000000;
Рис. 1.3. Режимы работы микроконтроллера при отладке ПО
13
3) режим «UART-загрузчик» (1986ВЕ91 и 1986ВЕ92). Через стандартный RS-232
интерфейс со скоростью 9 600 Бит/с реализуются команды загрузки данных в память
микроконтроллера, чтения данных из памяти микроконтроллера, передачи управления
и настройки последовательного интерфейса.
В отладочном режиме можно:
стирать, записывать, считывать внутреннюю Flash-память программ;
считывать и записывать содержимое ОЗУ, периферии;
выполнять программу в пошаговом режиме;
запускать программу в нормальном режиме;
останавливать программу по точкам остановки;
просматривать переменные выполняемой программы;
проводить трассировку хода выполнения программного обеспечения.
1.2. Отладочный комплект для микроконтроллера
Для работы с микроконтроллерами серии 1986 ЗАО «ПКК Миландр» выпускает
широкий ассортимент отладочных комплектов для 32-битных микроконтроллеров
1986BE91T(94T), 1986BE92У, K1986BE92QI, K1986BE92QI, 1986BE93У, 1986BE1T.
Полная информация о составе выпускаемых отладочных средств размещена на веб-сайте
ЗАО «ПКК Миландр»: https://www.milandr.ru/products.
Комплекты предназначены для демонстрации функционала микроконтроллеров и его
основных периферийных модулей, начальному обучению программирования
микроконтроллеров с помощью прилагаемой демонстрационной программы, отладки
собственных проектов с применением, установленных на плате блоков и возможностью
макетирования дополнительной схемы на монтажном поле платы [3–9].
Состав типового комплекта включает демонстрационно-отладочную плату (рис. 1.4),
образец микроконтроллера, например, К1986ВЕ92У, блок питания для отладочной платы, нуль-
модемный кабель RS-232/RS-232, кабель USB/USB, диск с технической документацией
и программным обеспечением. Дополнительные модули — модуль Ethernet, модуль внешней
памяти ОЗУ, модуль внешней памяти Flash. Отладочные среды — CodeMaster-ARM («Фитон»),
Keil uVision (Keil), IAR Embedded Workbench (IAR Systems). Компания «Миландр»
осуществляет техническую поддержку изделий от стадии тестирования до стадии выпуска
конечной аппаратуры заказчика. Дополнительно поставляется USB JTAG адаптер трех
модификаций: USB JTAG адаптер JEM-ARM-V2 (Phyton); USB JTAG адаптер ULINK2
(Keil); USB JTAG адаптер J-LINK (Segger) — работа в IAR Embedded Workbench, а также
Keil uVision [9].
Демонстрационно-отладочная плата предназначена для ознакомления
с микроконтроллером 1986ВЕ92У и позволяет:
– исследовать функционирование микроконтроллера 1986ВЕ92У и его основных
периферийных модулей с оценкой производительности;
14
– исследовать функционирование интерфейсных микросхем CAN и COM (RS-232)
интерфейсов;
– отлаживать собственные проекты с применением, установленных на плате блоков;
– программировать резидентную память программ микроконтроллеров 1986ВЕ92У.
Рис. 1.4. Отладочный комплект для микроконтроллера К1986ВЕ92У
Плата подключается к COM порту персонального компьютера, CAN или COM
(RS-232) интерфейсу дополнительного внешнего устройства и источнику питания +5 В.
Питание платы осуществляется от адаптера постоянного тока напряжением +5 В или
от шины USB.
Для программирования резидентной памяти программ микроконтроллеров
1986ВЕ92У применяется внешний внутрисхемный программатор ULINK2 (Keil)
или JEM-ARM-V2(Phyton).
На рис. 1.5 показаны компоненты отладочной платы с микроконтроллером
1986ВЕ92У. Назначение установленных на плате переключателей и клавиш (рис. 1.6–1.7):
1. SW1, SW2, SW3 — переключатели выбора режима загрузки (Boot Select).
2. UP, DOWN, LEFT, RIGHT, SELECT — программируемые пользователем клавиши.
15
3. RESET — сигнал аппаратного сброса микроконтроллера.
4. WAKEUP — сигнал внешнего выхода из режима Standby.
Рис. 1.5. Переключатели выбора режима отладочного комплекта
Переключателями SW1, SW2, SW3 могут быть выбраны следующие режимы (рис. 1.5):
1. SW1 = 0, SW2 = 0, SW3 = 0. Режим микроконтроллера, код исполняется из флэш-
памяти, начиная с адреса 0х0800_0000. Загрузка через разъем JTAG_B.
2. SW1 = 0, SW2 = 0, SW3 = 1. Режим микроконтроллера, код исполняется из флэш-
памяти, начиная с адреса 0х0800_0000. Загрузка через разъем JTAG_A.
3. SW1 = 0, SW2 = 1, SW3 = 0. Режим микропроцессора, код исполняется из внешней
памяти (EXT_ROM), начиная с адреса 0х1000_0000. Загрузка через разъем JTAG_B.
4. SW1 = 0, SW2 = 1, SW3 = 1. Режим микропроцессора, код исполняется из внешней
памяти (EXT_ROM), начиная с адреса 0х1000_0000. Загрузка через разъем JTAG_A.
5. SW1 = 1, SW2 = 1, SW3 = 0. Режим микропроцессора, код исполняется из внешней
памяти, начиная с адреса 0х1000_0000. Загрузка через UART2.
Плата содержит два 30-контактных разъема X26 и X27, на которые выведены линии
всех портов микроконтроллера, общий провод (GND) и питание (+3.3 В, +5 В). Контакты
каждого разъема сгруппированы в два ряда: четные и нечетные номера выводов.
На плате установлены конфигурационные перемычки для управления выбором
источников сигнала и настройкой скорости передачи данных CAN-интерфейса:
1. POWER_SEL — выбор источника питания для платы между разъемом USB
и внешним источником питания.
2. SLEW RATE — выбор скорости передачи данных для интерфейса CAN.
3. CAN LOAD — выбор нагрузки линии CAN.
4. ADC_INP_SEL — выбор источника сигнала для 7-го канала АЦП между
построечным резистором «TRIM» и BNC разъемом «ADC».
5. COMP_INP_SEL — выбор источника сигнала на 1-м входе компаратора между
BNC разъемом «COMP_INP» и выходом ЦАП2.
6. DAC_OUT_SEL — выбор назначения сигнала с выхода ЦАП2 между BNC
разъемом «DAC_OUT» и звуковым усилителем.
16
Основные элементы схемы (рис. 1.7, 1.8):
1. Z1 — фильтр питания.
2. D1 — 1309EP1T, линейный регулятор напряжения с малым падением напряжения.
3. D2 — LM1117DT-3.3, линейный регулятор с низким падением напряжения, выход-
ное напряжение 3,3 В.
4. D3 — MC34119, маломощный усилитель низкой частоты, выход ЦАП2
микроконтроллера.
5. D4 — микроконтроллер 1986ВЕ92У.
6. D5 — 5559ИН4, приемопередатчик интерфейса RS-232.
7. D6 — ADM3232EARN, приемопередатчик интерфейса RS-232.
8. D7 — 5559ИН14, приемопередатчик CAN-шины.
9. D8 — ATA6660, высокоскоростной приемопередатчик CAN-шины.
Интерфейс для подключения отладчика обеспечивается подключением через разъемы
отладки JTAG-А (X14) и JTAG-B (X20). Графический LCD дисплей 128 × 64 с 8-битовой
шиной данных подключается через разъем X25. Внешние устройства подключаются через
разъемы внешней шины X26 и X27 [3–9, 11].
Энергонезависимое питание памяти микроконтроллера выполнено по стандартной
схеме с применением литиевой батареи GB1. Встречно включенные диоды VD2.1 и VD2.1
обеспечивают питание либо от батареи, через VD2.1 при снижении основного питания
до 2,8 В, либо от источника питания 3,3 В через диод VD2.2. Если питание осуществляется
от основного источника, то ток заряда батареи отсутствует вследствие обратного включения
диода VD2.1.
Тактовая частота микроконтроллера задается кварцевым резонатором B1 (8 МГц)
и конденсаторами C24, C25. Тактирование часов реального времени микроконтроллера
осуществляется кварцевым резонатором B2 стандартной частоты 32 768 Гц и конденсаторами
C26, C28. Переключение внутренней схемы микроконтроллера в исходное состояние
осуществляется по сигналу Reset. Активный уровень сигнала отрицательный. Сигнал
формируется автоматически после включения основного питания (3,3 В) RC-цепочкой R21
и C15. Принудительный рестарт микроконтроллера выполняется кнопкой S8.
По аналогичной схеме (R22, C16, S9) выполнен аппаратный формирователь сигнала
WAKEUP, сигнала внешнего выхода из режима Standby. Источник опорного напряжения —
батарейное питание (VBAT).
17
18
Рис. 1.6. Компоненты отладочной платы с микроконтроллером 1986ВЕ92У
19
Рис. 1.7. Принципиальная электрическая схема отладочной платы с микроконтроллером 1986ВЕ92У
20
Рис. 1.8. Принципиальная электрическая схема внешних интерфейсов отладочной платы
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]