WPROWADZENIE Mikrosterownik mikrokontrolery

Transkrypt

1 WPROWADZENIE Mikrosterownik (cyfrowy) jest to moduł elektroniczny zawierający wszystkie środki niezbędne do realizacji wymaganych procedur sterowania przy pomocy metod komputerowych. Platformy budowy mikrosterowników: mikroprocesory, mikrokomputery jednoukładowe, procesory specjalizowane: procesory sygnałowe, procesory komunikacyjne, układy mikroprogramowalne, mikrosterowniki wbudowane - mikrokontrolery.

2 Mikrosterowniki obecnie wykorzystywane są między innymi jako: urządzenia telekomunikacyjne (urządzenia szerokopasmowe, przełączniki, telefony komórkowe, PBX, routery), komputery specjalistyczne i przenośne (PDA, telefony komórkowe, tablety, webpady, terminale, komputery panelowe, panele operatorskie), elektronika konsumencka (kamery i aparaty cyfrowe, sprzęt audio, dekodery telewizji cyfrowej, MHP domowe platformy multimedialne, sprzęt AGD, itd.), urządzenia automatyki przemysłowej (systemy kontroli i sterowania, robotyka), elektronika motoryzacyjna (samochodowe systemy nawigacyjne, sterowniki silników, itp.), sektor wojskowy (nawigacja, systemy komunikacji i sterowania pojazdów i samolotów).

3 Pola zastosowań mikrosterowników

4 Mikrosterownik wbudowany - mikrokontroler Układ cyfrowy z wyspecjalizowanym mikroprocesorem i niezbędnymi urządzeniami zawartymi w jednym układzie scalonym, czyniącymi go układem autonomicznym (do pracy nie są wymagane urządzenia zewnętrzne, takie jak np. kontrolery magistral, przerwań, generatory sygnałów taktujących mikroprocesor, itp.). Mikrokontroler: jest zdolny do autonomicznej pracy, tzn. w najprostszych zastosowaniach nie wymaga przyłączenia zewnętrznych układów pomocniczych (peryferyjnych), został zaprojektowany do pracy w systemach kontrolnopomiarowych oraz komunikacyjnych, stąd posiada rozbudowany system komunikacji z otoczeniem, z reguły pracuje w czasie rzeczywistym.

5 Mikrokontroler jest układem scalonym, w którego strukturze zintegrowane są wszystkie elementy kompletnego komputera: jednostka centralna, pamięci urządzenia peryferyjne.

6 Prosty schemat funkcjonalny mikrokontrolera

7 Cechy jednostki centralnej mk: szerokość szyny danych. Może być ona 8-bitowa, 16-bitowa lub 32-bitowa. Na podstawie tej szerokości określa się typ mk, np. mk 8-bitowy. szerokość szyny adresowej. Określa wielkość pamięci, którą można zaadresować. częstotliwość sygnału taktującego (zegarowego). Wmknie dąży się do maksymalizacji częstotliwości. Ze wzrostem częstotliwości sygnału zegarowego rośnie pobór mocy (niekorzystne przy zasilaniu bateryjnym). Najistotniejszym w mk jest czas reakcji na sygnały zewnętrzne - rozbudowane układy przerwań.

8 Struktura mikrokontrolera

9 CPU jednostka centralna (mikroprocesor) Pamięć programu przechowuje kod programu w postaci binarnej Pamięć danych przechowuje dane do programu, wyniki pośrednie obliczeń Magistrala danych (szyna danych) przesyła dane do i z mikroprocesora Magistrala adresowa określa adres komórki pamięci lub urządzenia, z którym chce się połączyć mikroprocesor Magistrala sterująca steruje pracą mk; wysyła sygnały odczytu (RD), zapisu (WR), wyboru układu scalonego (CS)... Urządzenia peryferyjne łączą mk ze światem zewnętrznym: klawiatura, wyświetlacz, łącza szeregowe i równoległe...

10 Jednostka centralna realizuje program zawarty w pamięci programu (ROM lub FLASH). Zmienne programu przechowywane są w pamięci danych RAM. Jednostka centralna jest taktowana zegarem (clock), którego częstotliwość jest stabilizowana oscylatorem kwarcowym. W stan początkowy mk wprowadzany jest sygnałem RESET. Układy peryferyjne umożliwiają odczyt sygnałów wejściowych cyfrowych, jak i również analogowych (przetworniki A/C) oraz generację sygnałów wyjściowych stosowanych do sterowania układami zewnętrznymi.

11 Cechy architektury typowych mikrokontrolerów: 1. zamknięcie magistrali danych i adresowej wewnątrz układu scalonego, 2. stała struktura pamięci ROM/RAM, 3. stałość programu sterującego, 4. dostęp do rejestrów procesora i układów we/wy poprzez mechanizm adresowania pamięci RAM (memory mapped registers and I/O), 5. rejestrowa struktura jednostki centralnej, 6. procesory boolowskie wykonujące operacje na pojedynczych bitach w pamięci, rejestrach i układach we/wy, 7. bogaty zestaw urządzeń we/wy, 8. rozbudowane i szybkie układy przerwań, 9. różnorodne tryby i środki redukcji mocy pobieranej, 10. rozbudowane mechanizmy kontroli i detekcji nieprawidłowych stanów mk, 11. zawarcie w jednej strukturze układów cyfrowych (sterujących) i analogowych (pomiarowych).

12 Schemat blokowy architektury AVR

13 Schemat budowy mikrokontrolera Atmega16