🗊Презентация Микроконтроллеры ATMEL AVR. Общие принципы работы микропроцессорной системы

Общие принципы работы микропроцессорной системы Общие принципы работы микропроцессорной системы В данной лекции будут рассмотрены структурные схемы подключения к микропроцессору различных устройств. Микропроцессор, это только инструмент решения задач управления какими-либо объектами или обработки сигналов. В данной лекции мы рассмотрим узлы микропроцессорной системы, позволяющие микропроцессору получать информацию извне и воздействовать на окружающую среду (в том числе и на человека). При решении задач управления или обработки сигналов очень важно, чтобы решения процессора были согласованы во времени с окружающими событиями. Поэтому будут рассмотрены узлы микропроцессорной системы, позволяющие организовывать взаимодействие с окружающей средой в реальном времени. Пожалуй, одним из самых значительных событий в развитии цифровой техники была разработка системной шины, позволяющей передавать информацию между различными блоками цифрового устройства. Системная шина предназначена для обмена информацией между микропроцессором и любыми внутренними устройствами микропроцессорной системы (контроллера или компьютера). В качестве обязательных устройств, которые входят в состав любой микропроцессорной системы, можно назвать ОЗУ, ПЗУ, таймер и порты ввода-вывода.

Общие принципы работы микропроцессорной системы Общие принципы работы микропроцессорной системы В состав системной шины в зависимости от типа процессора входит одна или несколько шин адреса, одна или несколько шин данных и шина управления. Несколько шин данных и адреса применяются для увеличения производительности системы и используются, как правило, в сигнальных процессорах.

Общие принципы работы микропроцессорной системы Общие принципы работы микропроцессорной системы Подключение внешних устройств к микропроцессору Внешними устройствами называются любые устройства, которыми управляет, от которых получает или которым передает информацию микропроцессор. В качестве внешних устройств может выступать принтер или дисплей, клавиатура или модем, но для устройств связи в качестве внешних устройств чаще выступают микросхемы приемников,

Общие принципы работы микропроцессорной системы Общие принципы работы микропроцессорной системы Подключение внешних устройств к микропроцессору Несколько сложнее выглядит схема подключения внешних исполнительных электромеханических устройств. Чаще всего такие исполнительные устройства являются индуктивной нагрузкой. В качестве примера можно назвать такие устройства, как электромагнитное реле или электромагнит. Схема, позволяющая работать на индуктивную нагрузку, приведена на рисунке. Диод VD1 в этой схеме служит для ограничения напряжения импульсов эдс самоиндукции, которые могут вывести из строя силовой транзистор VT1. Резистор R1 ограничивает входной ток, а резистор R2 служит для надежного запирания транзистора VT1 при отсутствии сигнала включения.

Общие принципы работы микропроцессорной системы Общие принципы работы микропроцессорной системы Подключение внешних устройств к микропроцессору При вводе информации из внешнего устройства возникают подобные проблемы (защита микропроцессора от повреждения). Источники дискретной информации могут иметь различную физическую природу. Они могут находиться на значительном расстоянии от контроллера, иметь различное напряжение питания, но их данные

Общие принципы работы микропроцессорной системы Общие принципы работы микропроцессорной системы Подключение внешних устройств к микропроцессору Иногда требуется вводить информацию с большого количества кнопок. В этом случае для уменьшения количества линий ввода-вывода используется клавиатура, представляющая собой двухмерную матрицу кнопок, организованных в ряды и колонки.

Подключение внешних устройств к микропроцессору Подключение внешних устройств к микропроцессору Принципы построения параллельного порта Параллельные порты предназначены для обмена многоразрядными двоичными данными между микропроцессором и внешними устройствами. В качестве внешнего устройства может

Подключение внешних устройств к микропроцессору Подключение внешних устройств к микропроцессору Принципы построения параллельного порта В качестве простейшего порта вывода может быть использован параллельный регистр, т. к. он позволяет запоминать данные, выводимые микропроцессором, и хранить их до тех пор, пока

Подключение внешних устройств к микропроцессору Подключение внешних устройств к микропроцессору Принципы построения параллельного порта В качестве порта ввода может быть использована схема с открытым коллектором или с третьим (Z) состоянием. В настоящее время обычно используются схемы с третьим состоянием.

Подключение внешних устройств к микропроцессору Подключение внешних устройств к микропроцессору Принципы построения параллельного порта Порты выпускаются в качестве универсальных микросхем, но на заводе, где производятся эти микросхемы, неизвестно, сколько на самом деле потребуется линий ввода информации и сколько потребуется линий вывода информации. Количество же выводов у микросхемы ограничено.

Подключение внешних устройств к микропроцессору Подключение внешних устройств к микропроцессору Принципы построения последовательного порта Последовательные порты предназначены для обмена информацией между микропроцессорами, а также между микропроцессорами и внешними устройствами, если критично количество соединительных проводов. В настоящее время широко используются два вида последовательных портов: • синхронные последовательные порты; • асинхронные последовательные порты. Синхронные последовательные порты При рассмотрении работы параллельного порта в режиме обмена данными с другим компьютером или принтером уже рассматривался режим последовательной передачи байтов. В последовательном порте режим последовательной передачи применяется не только к байтам, но и к отдельным битам внутри байта. В этом случае для передачи данных достаточно только одного провода. Передаваемая и принимаемая информация обычно представляется в виде однобайтовых или многобайтовых слов. Вес каждого бита в слове различен, поэтому кроме битовой синхронизации, аналогичной байтовой синхронизации для параллельного порта, требуется кадровая синхронизация. Она позволяет однозначно определять номер каждого бита в передаваемом слове.

Подключение внешних устройств к микропроцессору Подключение внешних устройств к микропроцессору Принципы построения последовательного порта Приведенная временная диаграмма характерна для синхронных последовательных портов, которые используются чаще всего в сигнальных процессорах для обмена информацией с кодеками речи, аналого-цифровыми и цифроаналоговыми преобразователями.

Подключение внешних устройств к микропроцессору Подключение внешних устройств к микропроцессору SPI (3-wire) интерфейс SPI (3-wire) - популярный интерфейс для последовательного обмена данными между микросхемами. Шина SPI организована по принципу 'ведущий-подчиненный'. В качестве ведущего шины обычно выступает микроконтроллер, но им также может быть программируемая логика.

Подключение внешних устройств к микропроцессору Подключение внешних устройств к микропроцессору I2C - интерфейс Если в устройстве используется много микросхем, то в SPI-интерфейсе количество линий выбора ведомого становится значительным, поэтому в таких случаях используется еще один вид синхронного последовательного интерфейса: I2C. В I2C-интерфейсе прием и передача данных, а также передача адреса микросхемы и адреса регистра

Подключение внешних устройств к микропроцессору Подключение внешних устройств к микропроцессору Асинхронные последовательные порты Синхронные последовательные порты позволяют достигнуть больших скоростей передачи данных, но линия, по которой ведется передача синхросигнала, практически не несет информации. Такой сигнал можно было бы сформировать и на приемном конце линии передачи, если заранее договориться о скорости передачи. Проблема, возникающая при таком способе обмена данными, — это невозможность добиться от двух внутренних генераторов, осуществляющих синхронизацию передачи данных на приемном и передающем концах линии, одинаковой частоты и фазы генерируемых сигналов. Проблема решается принудительной синхронизацией тактового генератора на приемном конце при помощи особого условия начала асинхронной передачи — стартового бита. Все время, пока не ведется передача информации, на линии присутствует Стоп-сигнал единичного уровня.

Подключение внешних устройств к микропроцессору Подключение внешних устройств к микропроцессору Асинхронные последовательные порты Перед началом передачи каждого байта передается старт-бит, сигнализирующий приемнику о начале посылки данных, за которым следуют информационные биты. Стартовый бит всегда передается нулевым уровнем с длительностью, как у информационных битов. Внутренний генератор синхронизации приемника использует счетчик делитель опорной частоты, обнуляемый в момент приема начала старт бита. Этот счетчик генерирует внутренние стробы, по которым приемник фиксирует последующие принимаемые биты. В некоторых случаях после передачи битов данных может передаваться бит паритета (четности). Завершается передача данных стоп-сигналом. Минимальная длительность стопового сигнала должна быть 1,5 длительности информационных битов, но обычно используют паузу между соседними пакетами данных, равную двум длительностям информационного бита.

Подключение внешних устройств к микропроцессору Подключение внешних устройств к микропроцессору Интерфейс RS232 Наиболее распространенным в настоящее время является последовательный асинхронный порт, работающий по стандарту RS232. Существует ряд международных стандартов на асинхронные последовательные интерфейсы:

Принципы построения таймеров Принципы построения таймеров Таймеры предназначены для формирования временных интервалов, позволяя микропроцессорной системе работать в режиме реального времени. Таймеры представляют собой цифровые счетчики, которые подсчитывают импульсы от стабильного генератора частоты. К системной шине микропроцессора таймеры подключаются при помощи параллельных портов. Генератор периодических импульсов, входящий в состав таймера определяет минимальный интервал

Принципы построения таймеров Принципы построения таймеров В зависимости от типа использованного цифрового счетчика таймеры бывают суммирующие (с суммирующим счетчиком) или вычитающие (с вычитающим счетчиком). Использование вычитающего счетчика позволяет проще задавать интервалы времени. В этом случае записываемый в таймер код Codesub будет соответствовать длительности временного интервала Ttimer вырабатываемого таймером: Ttimer = Codesub *Tgen

Принципы построения таймеров Принципы построения таймеров Достаточно часто применяются свободно бегущие суммирующие таймеры. Свободно бегущие таймеры используются как системные часы, задающие время внутри микропроцессорной системы. Для задания промежутков времени микропроцессор считывает значение текущего системного времени и суммирует с ним код задаваемого промежутка времени. Полученный результат записывается в регистр сравнения таймера.

Принципы построения таймеров Принципы построения таймеров Кроме модулей сравнения, со свободно бегущим таймером работают модули захвата, которые позволяют аппаратно запоминать состояния внутренних счетчиков в момент какого-либо внешнего события (как, например, фронта входного сигнала при измерении его периода) без участия центрального процессора.