Краткая история развития микропроцессорных систем

1970 – Intel 4004 - первый 4-битный МП;

1972 – Intel 8008 - 8-ми битный;

1973 – Intel 8080 K580 (СССР) - аналог I8080;

Intel 8085 - помимо CPU были таймеры, контроллер прерываний и пр.;

1976 – Intel 8048 - первый контроллер;

1978 – Intel 8051 - MCS 51 (Micro Computer System)

Середина 90-х – семейства: Intel 151 и Intel 251 – 8 битные, но адресуемая память: 2²⁰ и 2²⁴.

1976 – I8086/I8088 (PCXT - IBM), К1816 (СССР) –аналог I8086.

EC1840 – CCCP – PCXT

1995 – (embedded) – разработаны однокристальные МК архитектуры Х86: 16- и 32-битные.

Основные требования к контроллерам

1. Низкая стоимость;

2. Высокая надежность;

3. Высокая степень миниатюризации;

4. Малое энергопотребление;

5. Работоспособность в различных температурных диапазонах в зависимости от применения:

   1. Коммерческие: 0 … + 70⁰С;

   2. Расширенные: -40 … +85⁰С;

   3. Военные: -55 … +155⁰С;

6. Достаточная производительность для выполнения наборов функций

Архитектурные признаки контроллеров

1. Гарвардская архитектура (раздельная память для хранения данных (RAM) – энергозависимая и программ (ПЗУ) – энергонезависимая, сейчас популярна flash;

2. Интеграция в одном кристалле всех модулей, необходимых для управляющей ЭВМ;

По разрядности контроллеры бывают:

• Четырехразрядные- самые простые и дешевые;

• Восьмиразрядные –наиболее многочисленное семейство( оптимальное соотношение цены и возможностей) MCS51

• Шестнадцатиразрядные iMCS96 , i80186(88) и другие, более производительные и дорогие.

• 32-разрядные – это обычно модификации универсальных МП, например i386, 486 и другие.

• 64-разрядные.

Режимы работы периферийных модулей современных контроллеров, их конфигурация настраиваются программно посредством загрузки кодов настройки в специальные регистры управления (SFR – special function register).

Развитие МК в рамках требуемой необходимости ведется в таких направлениях как:

• Развитие архитектуры ЦПУ МК

• Повышение тактовой частоты

• Специализация команд и периферийных модулей МК

• Повышение надежности

• Переход на более низкие уровни напряжения и новые технологии и др.

Тема 1. Базовая структура микроконтроллерной (мк) системы управления

ПЛК – программируемые логические контроллеры, название промышленных контроллеров

P_i – входной порт;

{X} – множество входных сигналов;

ДДАС – датчики дискретных и аналоговых сигналов;

P_j – выходной порт;

ИМ – исполнительные механизмы;

ФУС – формирование усилителей сигналов;

ОУ – объект управления;

ТП – технологический процесс;

IR – interrupt request (запрос прерывания);

ПУ – пульт управления (старт, стоп, индикация, клавиатура, и др.)

ПК связан с МК через последовательный интерфейс (RS232С и другие)

Микроконтроллер (МК) принимает множество информационных сигналов об объекте управления: цифровых {X} и аналоговых {U} от соответственно цифровых и аналоговых датчиков , вырабатывает множество управляющих сигналов {Y} в соответствии с законом управления и выводит их в исполнительные механизмы (ИМ).

Закон управления реализуется микроконтроллером на основе сигналов {X} от ОУ и информации с пульта управления (ПУ). МК содержит основные модули, обеспечивающие выполнение программ управления объектом, хранение данных, а также периферийные модули для подключения датчиков и исполнительных механизмов. С помощью ПУ пользователь получает возможность управлять работой микроконтроллерной системы: запускать и останавливать её, загружать в контроллер значения некоторых устaвок (констант), выводить на индикаторы информацию о состоянии объекта и т. п. С помощью последовательного канала связи RS 232 MК может организовать взаимодействие микроконтроллера с персональным компьютером (ПК) в режиме запрос-ответ.