- •Определение микропроцессора. Общие сведения о микропроцессорных системах. Классификация микропроцессоров.
- •Risc и cisc-архитектуры процессоров. Преимущества и недостатки. Примеры современных процессоров с risc и cisc-архитектурой.
- •Укрупненная структурная схема элементарной микропроцессорной системы. Назначение основных функциональных узлов.
- •Функции процессора. Системная магистраль, назначение шин. Схема подключения процессора, основные выводы микросхемы процессора.
- •Внутренняя структура микропроцессора. Схема управления выборкой команд, алу, регистры процессора, схема управления прерываниями, схема управления прямым доступом к памяти, логика управления.
- •Характеристики систем памяти микропроцессорных систем, методы доступа к памяти.
- •Многоуровневая иерархическая архитектура памяти: описание каждого уровня. Основная память.
- •Увеличение разрядности микросхем памяти. Структура памяти на основе блочной схемы.
- •Расслоение памяти. Блочная память с чередованием адресов по циклической схеме. Блочно-циклическая схема расслоения памяти.
- •Режимы доступа к памяти: последовательный, конвейерный, регистровый; страничный; пакетный, удвоенной скорости.
- •Статическая и динамическая оперативная память, классификация. Основные функциональные характеристики.
- •Однопортовые и многопортовые запоминающие устройства. Структура двухпортовых оперативных запоминающих устройств.
- •Постоянная память. Память программ для микроконтроллеров. Микросхемы постоянной памяти.
- •Ассоциативная память. Структура ассоциативного запоминающего устройства. Классификация.
- •Организация кэш-памяти. Структура микропроцессорной системы с основной и кэш-памятью. Параметры кэш-памяти.
- •Способы отображения основной памяти на кэш-память: прямое, полностью ассоциативное, частично-ассоциативное отображение. Структурные схемы, сравнительная характеристика.
- •17 Микроконтроллеры, классификация, структурные схемы. Принстонская и Гарвардская архитектуры. Преимущества и недостатки.
- •Типы памяти микроконтроллеров. Память программ, память данных, внешняя память, регистры мк, стек.
- •Система питания микроконтроллеров, понятие собственной мощности. Система тактирования и синхронизации микроконтроллеров, виды, преимущества и недостатки.
- •Отличительные признаки современных 8-разрядных микроконтроллеров. Модульная организация мк. Структура процессорного ядра мк и изменяемого функционального блока.
- •Организация связи мк с внешней средой и временем. Порты ввода-вывода. Типовая схема двунаправленного порта ввода-вывода.
- •Микроконтроллер 8051, его место в современном производстве микроконтроллеров. Базовая архитектура процессора. Назначение основных регистров. Регистры специальных функций. Регистр флагов.
- •Микроконтроллер 8051: организация памяти программ и памяти данных. Способы адресации. Устройство управления и синхронизации.
- •Организация портов ввода-вывода микроконтроллера 8051. Устройство портов. Альтернативные функции портов.
- •Таймеры-счетчики микроконтроллеров семейства 8051: регистр режима работы, регистр управления-статуса. Режимы работы таймеров-счетчиков.
- •. Организация прерываний микроконтроллера 8051. Регистры прерываний.
- •Система команд микроконтроллера 8051. Способы адресации.
- •Средства и системы разработки микроконтроллеров.
- •29. Системы ввода/вывода (свв). Способы подключения свв к процессору, их достоинства и недостатки.
- •30. Организация адресного пространства системы ввода/вывода. Совмещенное и выделенное адресное пространство, достоинства и недостатки. Адресное пространство системы ввода/вывода
- •31. Категории и структура внешних устройств. Внешние устройства
- •32. Модули ввода-вывода. Функции модуля ввода-вывода. Модули ввода/вывода Функции модуля
- •33. Структура модуля ввода-вывода, описание регистров (привести схему).
- •34. Методы управления вводом-выводом: программно управляемый ввод/вывод. Программно управляемый ввод/вывод
- •35. Методы управления вводом-выводом: ввод/вывод по прерываниям. Ввод/вывод по прерываниям
- •36. Методы управления вводом-выводом: прямой доступ к памяти. Прямой доступ к памяти
Система питания микроконтроллеров, понятие собственной мощности. Система тактирования и синхронизации микроконтроллеров, виды, преимущества и недостатки.
Во многих приложениях используется батарейное питание микроконтроллеров, а в некоторых случаях применяются даже конденсаторы большом емкости, которые обеспечивают сохранение работоспособности при кратковременных отключениях питания.
При планировании энергопотребления для различных устройств, использующих микроконтроллеры, необходимо учитывать, что потребляемая ими мощность зависит от режима функционирования.
Первое — собственная мощность, необходимая для нормальной работы микроконтроллера. Второе — мощность, потребляемая устройствами ввода-вывода, которую требуется учитывать, когда микроконтроллер производит обмен данными с внешними устройствами. Третье — мощность, потребляемая в «спящем» режиме, когда микроконтроллер ожидает наступления внешнего события, переключающего его в рабочий режим.
Собственная мощность — это мощность, которую потребляет микроконтроллер, когда к его выводам не подключены внешние устройства. Значение этой мощности зависит, главным образом, от тока потребляемого при переключении CMOS-элементов, который является функцией скорости работы микроконтроллера.
Тактирование системы
Современные МК содержат встроенные тактовые генераторы, которые требуют минимального числа внешних времязадающих элементов. На практике используются три основных способа определения тактовой частоты генератора: с помощью кварцевого резонатора, керамического резонатора и внешней RC-цепи.
Использование кварцевого резонатора позволяет обеспечить высокую точность и стабильность тактовой частоты (разброс частот кварцевого резонатора обычно составляет менее 0,01%). Такой уровень точности требуется для обеспечения точного хода часов реального времени или организации интерфейса с другими устройствами. Основными недостатками кварцевого резонатора являются его низкая механическая прочность (высокая хрупкость) и относительно высокая стоимость.
При менее жестких требованиях к стабильности тактовой частоты возможно использование более стойких к ударной нагрузке керамических резонаторов. Многие керамические резонаторы имеют встроенные конденсаторы, что позволяет уменьшить количество внешних подключаемых элементов с трех до одного. Керамические резонаторы имеют разброс частот порядка нескольких десятых долей процента (обычно около 0,5 %).
Самым дешевым способом задания тактовой частоты МК является использование внешней RС-цепи, как показано на рис. 4.9б. Внешняя RC-цепь не обеспечивает высокой точности задания тактовой частоты (разброс частот может доходить до десятков процентов). Это неприемлемо для многих приложений, где требуется точный подсчет времени. Однако имеется масса практических задач, где точность задания тактовой частоты не имеет большого значения.
Отличительные признаки современных 8-разрядных микроконтроллеров. Модульная организация мк. Структура процессорного ядра мк и изменяемого функционального блока.
Рисунок 6.1 – Общая структура микроконтроллера
Наиболее распространенным представителем семейства МК являются 8-разрядные приборы, широко используемые в промышленности, бытовой и компьютерной технике. Они прошли в своем развитии путь от простейших приборов с относительно слаборазвитой периферией до современных многофункциональных контроллеров, обеспечивающих реализацию сложных алгоритмов управления в реальном масштабе времени. Причиной жизнеспособности 8-разрядных МКявляется использование их для управления реальными объектами, где применяются, в основном, алгоритмы с преобладанием логических операций, скорость обработки которых практически не зависит от разрядности процессора.
модульная организация, при которой на базе одного процессорного ядра (центрального процессора) проектируется ряд (линейка) МК, различающихся объемом и типом памяти программ, объемом памяти данных, набором периферийных модулей, частотой синхронизации;
использование закрытой архитектуры МК, которая характеризуется отсутствием линий магистралей адреса и данных на выводах корпуса МК. Таким образом, МК представляет собой законченную систему обработки данных, наращивание возможностей которой с использованием параллельных магистралей адреса и данных не предполагается;
использование типовых функциональных периферийных модулей (таймеры, процессоры событий, контроллеры последовательных интерфейсов, аналого-цифровые преобразователи и др.), имеющих незначительные отличия в алгоритмах работы в МК различных производителей;
расширение числа режимов работы периферийных модулей, которые задаются в процессе инициализации регистров специальных функций МК.
При модульном принципе построения все МК одного семейства содержат процессорное ядро, одинаковое для всех МК данного семейства, и изменяемый функциональный блок, который отличает МК разных моделей. Структура модульного МКприведена на рис. 4.1.
Процессорное ядро включает в себя:
центральный процессор;
внутреннюю контроллерную магистраль (ВКМ) в составе шин адреса, данных и управления;
схему синхронизации МК;
схему управления режимами работы МК, включая поддержку режимов пониженного энергопотребления, начального запуска (сброса) и т.д.
Изменяемый функциональный блок включает в себя модули памяти различного типа и объема, порты ввода/вывода, модули тактовых генераторов (Г), таймеры. В относительно простых МК модуль обработки прерываний входит в составпроцессорного ядра. В более сложных МК он представляет собой отдельный модуль с развитыми возможностями. В состав изменяемого функционального блока могут входить и такие дополнительные модули как компараторы напряжения, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и другие. Каждый модуль проектируется для работы в составе МК с учетом протокола ВКМ. Данный подход позволяет создавать разнообразные по структуре МК в пределах одного семейства.
Рис. 4.1. Модульная организация МК.