Содержание
- 2. Содержание: Лекция 1. МП-системы, основные понятия. Процессор: характеристики, области применения. Лекция 2. Микроконтроллеры, назначение, структура Лекция
- 3. Лекция 9. Интерфейс SPI Лекция 10. Интерфейс I2C Лекция 11. CAN-шина и протокол (Control Area Network)
- 4. МП-системы, основные понятия. Процессор: характеристики, области применения. Лекция 1. 3
- 6. Типичная структура МП-системы с общей шиной
- 7. Основные типы МП-систем следующие ( от более простых к более сложным): микроконтроллеры — наиболее простой тип
- 8. Процессор – это цифровое устройство, осуществляющее обработку информации и программное управление этим процессом. Процессор является основным
- 9. Основные характеристики процессора 1. Тактовая частота Все процессоры являются синхронными устройствами, т.е. любые операции, выполняемые ими,
- 10. 3. Адресное пространство Это совокупность ячеек оперативной и постоянной памяти и адресов устройств ввода-вывода, к которым
- 11. Микропроцессор – это процессор, реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем Классификация
- 12. 2. По областям применения: а) Универсальные процессоры Предназначены для решения широкого круга задач. Применяются в ПК,
- 13. Микроконтроллеры, назначение, структура Лекция 2 3
- 14. Система управления на базе микропроцессора
- 15. Обобщенная структурная схема микроконтроллера
- 16. Гарвардская (а) и принстонская (б) архитектуры микроконтроллеров а) б)
- 17. Структурная схема микроконтроллера
- 18. Микроконтроллеры Микроконтроллер (МК) –это разновидность микропроцессора, ориентированная на реализацию алгоритмов управления техническими устройствами и технологическими процессами.
- 19. Типы МК: 8-ми разрядные МК. Наиболее многочисленная группа. Это простые и дешевые МК с относительно низкой
- 20. Фон Неймановская (Принстонская) архитектура Гарвардская архитектура
- 21. Обобщенная структурная схема микроконтроллера
- 22. Отличительные признаки микроконтроллеров: Модульный способ организации. На основе одного ядра проектируется целое семейство микроконтроллеров и отличается
- 23. Процессорное ядро микроконтроллера включает: ЦП Внутренние магистрали адреса, данных и управления (внутриконтроллерные магистрали, ВКМ) Схему формирования
- 24. Память МК В МК используется три основных вида памяти. 1.память программ – ПЗУ, предназначена для хранения
- 26. Память данных Как правило, выполняется на основе статического ОЗУ. Содержимое ячеек ОЗУ сохраняется при снижении тактовой
- 27. Таймеры-счетчики микроконтроллеров Лекция 3. 3
- 28. Для эффективного управления в режиме реального времени МК должен решать следующие задачи: - отсчет равных интервалов
- 29. Режимы работы счетчика 1.Режим таймера – отсчет времени через подсчет внутренних импульсов синхронизации с выхода управляемого
- 30. Функциональная схема типичного таймера-счетчика
- 31. Измерение временного интервала с помощью обычного таймера t1 – разрешение счета; t2 – остановка счета
- 32. Для измерения временного интервала выполняется следующая последовательность действий: 1. прерывается выполнение текущей программы при изменении сигнала
- 33. Усовершенствование таймеров-счетчиков Лекция 4. 3
- 34. Усовершенствование модуля таймера-счетчика Осуществляется путем введения в структуру таймера-счетчика дополнительных аппаратных средств: канала входного захвата (Input
- 35. Канал входного захвата
- 36. Детектор событий следит за уровнем напряжения на одном из входов МК. Обычно это одна из линий
- 37. Измерение временного интервала с помощью канала входного захвата t1, t2 – время перехода на подпрограмму прерывания
- 38. При изменении уровня входного сигнала с 0 на 1 код счетчика К1 копируется в регистр захвата.
- 39. Канал выходного сравнения
- 40. Канал выходного сравнения Компаратор сравнивает текущий код счетчика таймера с кодом, который записан в 16-разрядном регистре
- 41. Формирование временного интервала заданной длительности Tx = K2 – K1 Tx > t зап - ограничение
- 42. Первое событие сравнения в момент t1 формирует нарастающий фронт сигнала PTx2. Одновременно генерируется запрос на прерывание.
- 43. Процессор событий, WDT, АЦП Лекция 5. 3
- 44. Процессоры событий -программируемый счетный массив (Programmable Counter Array, PCA). Усовершенствованный таймер позволяет решить многие задачи управления
- 45. Процессор событий
- 46. . Режим ШИМ В режиме ШИМ на соответствующем выводе МК формируется последовательность импульсов с периодом, равным
- 47. Временная диаграмма функционирования канала в режиме ШИМ ; r1= t1/T r2= t2/T
- 48. Сторожевой таймер (WDT – Watchdog Timer) Обеспечивает перезагрузку процессора при зависании Основа таймера – счетчик, который
- 49. Временная диаграмма функционирования сторожевого таймера
- 50. Структурная схема сторожевого таймера
- 51. Синхронизация МК, схема формирования сигнала сброса Лекция 7 . 3
- 52. Аппаратные средства обеспечения надежной работы МК Прикладная программа, записанная в память программ МК, должна обеспечивать его
- 53. Схема формирования сигнала сброса МК При включении напряжения питания МК должен начать выполнять записанную в памяти
- 54. Сразу после выхода из состояния сброса МК выполняет следующие действия: - запускает генератор синхронизации МК. Для
- 55. Схемы формирования сигнала внешнего сброса с высоким активным уровнем (а) и с низким активным уровнем (б)
- 56. Подсистема начального сброса современных микроконтроллеров Power-On — внутренний автоматический сброс, который активизируется сразу после подачи питания;
- 57. Модули аналогового ввода/вывода Необходимость приема и формирования аналоговых сигналов требует наличия в МК модулей аналогового ввода/вывода.
- 58. Встроенный аналоговый компаратор
- 59. Функциональная схема АЦП Uon = Vn – VL, Разрешающая способность АЦП равна Uоп/2n , где n
- 60. Минимизация энергопотребления, синхронизация Лекция 6. 3
- 61. Минимизация энергопотребления в системах на основе МК Малый уровень энергопотребления является зачастую определяющим фактором при выборе
- 62. Основные режимы работы микроконтроллеров -Активный режим (Run mode) — основной режим работы МК -Режим ожидания (Wait
- 63. Основные группы МК в зависимости от диапазона питающих напряжений МК с напряжением питания 5,0 В±10%. Эти
- 64. Тактирование с использованием кварцевого или керамического резонатора (а) и с использованием RC-цепи (б)
- 65. подсистема синхронизации На структурной схеме имеется несколько встроенных генераторных узлов. HF (High Frequency) — высокочастотный, LF
- 66. внутреннее устройство генератора инвертирующий усилитель A1; буферный логический формирователь на триггере Шмитта DD1. Если к выводам
- 67. В МК произошло функциональное разделение генератора синхронизации, который выделился в отдельный модуль, и схемы формирования последовательности
- 68. Режимы работы основного канала синхронизации • а) от высокочастотного кварцевого резонатора 1...33 МГц ; •б) от
- 69. Пример схемы синхронизации современных микроконтроллеров AVR Источники тактового сигнала для микроконтроллеров AVR 1)Настраиваемый внутренний RC-генератор 2)Внешний
- 70. Схема синхронизации микроконтроллеров AVR 4; 8 Мгц
- 71. 2-я схема синхронизации микроконтроллеров AVR
- 73. Тактирование с использованием внешнего синхрогенератора для n-МОП технологии (а) и для k-МОП технологии (б)
- 74. Производительность (MIPS) = 1/ t ком (мкс) определяется по самой быстрой команде пересылки типа «регистр-регистр» f
- 75. RISC МК имеют большую производительность по сравнению с CISC при одной и той же f BUS
- 76. Модуль прерываний МК Запросы прерывания могут поступать как от внешних источников, так и от источников, расположенных
- 77. Могут быть МК с одноуровневой системой приоритетов (все запросы равноценны), многоуровневой системой с фиксированными приоритетами и
- 78. Параллельный и последовательный ввод-вывод в МК Лекция 8 3
- 79. Порты параллельного ввода/вывода Различают следующие типы параллельных портов: - однонаправленные порты, предназначенные только для ввода или
- 80. Схема управления одним разрядом параллельного порта ввода вывода
- 81. Модули последовательного ввода/вывода Задачи, которые решаются средствами модуля контроллера последовательного ввода/вывода - связь встроенной микроконтроллерной системы
- 82. МОДУЛЬ UART . Среди различных типов встроенных контроллеров последовательного обмена, которые входят в состав тех или
- 83. Для асинхронного режима принят следующий ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200,
- 84. Модуль UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)
- 85. Два кадра асинхронного обмена модуля UART
- 86. Микроконтроллерная система, использующая модуль UART
- 87. Организация синхронной передачи данных
- 88. Устройства, которые имеют на своём борту UART, по часовой стрелке: мышка, ридер-эмулятор SMART-карт, КПК Palm m105,
- 89. Интерфейс SPI Лекция 9. 3
- 90. SPI (. Serial Peripheral Interface, SPI bus — последовательный периферийный интерфейс, шина SPI) — последовательный синхронный
- 91. Микроконтроллерные системы, использующие модуль SPI (Serial Peripheral Interface) Кольцевая структура связи с несколькими ведомыми устройствами через
- 92. В SPI используются четыре цифровых сигнала: MOSI — выход ведущего, вход ведомого ( Master Out Slave
- 93. Типичная структура связей и линий интерфейса SPI
- 94. Обобщенная временная диаграмма обмена по интерфейсу SPI
- 95. Модуль SPI, схема функциональная 1.флаг ошибки приема 2.нарушение режима контроля 3.завершение приема байта данных 4. готовность
- 96. Режимы работы интерфейса SPI Возможны четыре комбинации фазы (CPHA) и полярности (CPOL) сигнала SCLK по отношению
- 97. CPHA=0 CPOL=0 Временная диаграмма работы модуля SPI для режима 00 и 10
- 98. CPHA=1 CPOL=0 Временная диаграмма работы модуля SPI для режима 01 и 11
- 99. SS ведомый СРНА=0 SS ведомый СРНА=1 SS ведущий Байт n МО Передача нескольких байтов в любом
- 100. Интерфейс I2C Лекция 10. 3
- 101. Последовательный протокол обмена данными IIC (также называемый I2C – Inter-Integrated Circuits, межмикросхемное соединение) использует для передачи
- 103. Состояние СТАРТ и СТОП. Передача данных Процесс обмена по шине от момента формирования состояния СТАРТ до
- 104. Начало передачи определяется Start последовательностью — провал SDA при высоком уровне SCL При передаче информации от
- 105. Логический уровень Первый пакет передается от ведущего к ведомому это физический адрес устройства и бит направления.
- 106. Чтение R=1
- 107. Обращение к микросхеме часов реального времени PCF8583 (запись)
- 108. Обращение к микросхеме часов реального времени PCF8583 (чтение)
- 109. Арбитраж между двумя ведущими Передатчик 1 проигрывает арбитраж - его линия данных не совпадает с SDA
- 110. Синхронизация во время арбитража 1. Состояние ожидания 2. Начало отсчета ВЫСОКОГО периода синхроимпульса Период LOW определяется
- 111. CAN-шина и протокол (Control Area Network) Лекция 11 3
- 112. Шина CAN была предложена Робертом Бошем (Robert Bosch) в 80-х годах для автомобильной промышленности, затем стандартизована
- 113. Основные характеристики CAN сети 1) Среда передачи данных в CAN не определена это может быть витая
- 114. Зависимость скорости обмена от длины линии передачи
- 115. CAN контроллеры соединяются с помощью дифференциальной шины, которая имеет две линии - CAN_H (can-high) и CAN_L
- 116. Типы фреймов (сообщений) в CAN-протоколе фрейм данных (data frame) перемещает данные с передатчика на приемник (приемники);
- 117. Data frame стандарта CAN 2.0A Поле SOF (Start of Frame) находится в начале фрейма данных и
- 118. Управляющее поле (Control Field) содержит 6 битов, из которых 4 бита (DLC0-DLC4) составляют поле Data Length
- 119. Побитовый арбитраж на шине САN Поле арбитража CAN-кадра используется в CAN для разрешения коллизий доступа к
- 120. Разрядная ошибка Bit monitoring появляется, когда передатчик сравнивает уровень на шине с уровнем, который должен передаваться,
- 121. Механизм ограничения ошибок Каждый узел ведет два счетчика ошибок: Transmit Error Counter (счетчик ошибок передачи) и
- 122. Адресация в CAN-протоколе Типы входных фильтров: фиксированные — фильтры, которые требуют, чтобы биты соответствовали точно один
- 123. Прерывания в CAN-протоколе Так как фрейм данных в CAN-протоколе короткий (от 0 до 8 байт), скорость
- 124. Таблица показывает самый жесткий режим прерывания для случая, если CANприемник получает все фреймы во время текущей
- 125. Большинство микроконтроллеров нижнего уровня не может поддерживать такую высокую скорость обработки прерываний. Следовательно, нужно находить компромисс
- 126. Микросхемы, которые поддерживают CAN-протокол, выпускаются различными поставщиками, такими как Philips, Motorola, Siemens, National Instruments и Intel.
- 127. Применение в индустриальных приложениях В настоящее время СAN-протокол активно используется в индустриальных сетях. Известные фирмы Hoheywell
- 128. Микроконтроллеры семейств PIC (Peripheral Interface Controller) компании Microchip Лекция 12 3
- 129. Основных семейств 8-разрядных RISC-микроконтроллеров PIC12CXXX – семейство микроконтроллеров, выпускаемых в миниатюрном 8-выводном исполнении. Система команд как
- 130. PIC17CXXX – семейство высокопроизводительных микроконтроллеров с расширенной системой команд 16-разрядного формата (58 команд), с объемом памяти
- 131. Общие сведения о микроконтроллерах семейства PIC16CXXX Микроконтроллеры семейства PIC16CXXX, выполненные по технологии HCMOS представляют собой 8-разрядные
- 132. PIC-контроллеры имеют от 12 до 33 линий цифрового ввода-вывода, причем каждая из них может быть независимо
- 134. Характеристики микроконтроллеров подгруппы PIC16F8X используются только 35 простых команд; все команды выполняются за один цикл (400
- 135. четыре источника прерывания: внешний вход RB0/INT; переполнение таймера TMR0; изменение сигналов на линиях порта B; завершение
- 137. Микроконтроллеры семейств PIC (Peripheral Interface Controller) компании Microchip (продолжение) Лекция 13 3
- 138. Память программ и стека Вектор сброса находится по адресу 0000h, вектор прерывания – по адресу 0004h
- 140. Бит 7: IRP: бит выбора страницы банка данных (используется при косвенной адресации) В рассматриваемой модели поддерживается
- 141. Бит 3: /PD: бит снижения потребляемой мощности 1 = после включения питания, а также командой CLRWDT
- 142. Бит 7: /RBPU: бит установки резисторов "pull-up" на выводах PORTB 0 = резисторы "pull-up" подключены 1
- 143. Бит 3: PSA: бит назначения пределителя 0 = предделитель подключен к TMR0 1 = предделитель подключен
- 144. Бит 7: GIE: бит разрешения всех прерываний 0 = запрещены все прерывания 1 = разрешены все
- 145. Бит 3: RBIE: бит разрешения прерываний по изменению PORTB 0 = запрещены прерывания по изменению PORTB
- 146. Микроконтроллеры семейств PIC (Peripheral Interface Controller) компании Microchip (продолжение) Лекция 14 3
- 147. Счетчик команд Счетчик команд PCL и PCLATH имеет разрядность 13 бит. Младший байт счетчика (PCL) доступен
- 148. Методы адресации данных При прямой 9-битовой адресации младшие 7 бит берутся как прямой адрес из команды
- 149. Форматы команд Каждая команда МК подгруппы PIC16F8X представляет собой 14-битовое слово, разделенное на код операции (OPCODE),
- 150. Все команды микроконтроллеров PIC16CXXX однословные 14 - разрядные. 14 - разрядная шина доступа к памяти программ
- 151. Схема тактирования и выполнения команды. Входная тактовая частота, поступающая с вывода OSC1/CLKIN, делится внутри на четыре,
- 152. Организация прерываний МК подгруппы PIC16F8X имеют четыре источника прерываний: внешнее прерывание с вывода RB0/INT; прерывание от
- 153. Порядок действий при возникновении запросов на прерывания 1.Запрос прерывания фиксируется в регистре INTCON . 2.Заканчивается выполнение
- 154. Структура подпрограммы обработки прерывания Подпрограмма начинается с сохранения содержимого регистров W и STATUS в предварительно зарезервированных
- 155. EEPROM память данных доступна для записи/чтения в нормальном режиме работы микроконтроллера во всем диапазоне рабочего напряжения
- 156. EEPROM память данных позволяет выполнить чтение и запись байта. При записи байта происходит автоматическое стирание ячейки
- 157. Назначение бит регистра EECON1 (адреса 88h). Биты 7:5 не используются (читаются как ‘0’) Бит 4: EEIF:
- 158. Бит 1: WR: бит управления записью 0 = цикл записи данных в EEPROM завершен 1 =
- 159. Считывание данных из памяти EEPROM Необходимо записать нужный адрес в регистр EEADR Установить бит RD EECON1
- 160. Записи в память EEPROM необходимо сначала записать адрес в EEADR-регистр и данные в EEDATA-регистр. Затем следует
- 162. Рекомендуется после выполнения операции записи в EEPROM память данных произвести контрольное чтение. Выполнять контрольное чтение особенно
- 163. Специальные функции В PIC16F8X реализованы следующие специальные функции: сброс; сторожевой таймер (WDT); режим пониженного энергопотребления (SLEEP);
- 164. Для реализации сброса по включению питания в МК подгруппы PIC16F8X предусмотрен встроенный детектор включения питания. Таймер
- 165. Микроконтроллеры подгруппы PIC16F8X имеют встроенный сторожевой таймер WDT. Для большей надежности он работает от собственного внутреннего
- 166. Команды "CLRWDT" и "SLEEP" обнуляют WDT и пределитель, если он подключен к WDT. Это запускает выдержку
- 167. Режим пониженного энергопотребления SLEEP предназначен для обеспечения очень малого тока потребления в ожидании (менее 1 мкА
- 168. Программный код, который записан в кристалл, может быть защищен от считывания при помощи установки бита защиты
- 170. Для выбора различных режимов работы используются биты конфигурации которые хранятся в памяти программ по адресу 2007h
- 172. Четыре слова памяти, расположенные по адресам 2000h-2003h, предназначены для хранения идентификационного кода (ID) пользователя, контрольной суммы
- 173. 8-разрядные микроконтроллеры AVR фирмы Atmel. Лекция 15 3
- 174. В рамках единой базовой архитектуры микроконтроллеры AVR подразделяются на три семейства: • Classic AVR; • Mega
- 175. Для семейства "classic" - это модемы различных типов, современные зарядные устройства, изделия класса Smart Cards и
- 176. Микроконтроллер AVR содержит: быстрый RISC-процессор, два типа энергонезависимой памяти (Flash-память программ и память данных EEPROM), оперативную
- 177. В состав микроконтроллера входят: ■ генератор тактового сигнала (GCK); ■ процессор (CPU); ■ постоянное запоминающее устройство
- 178. Карта памяти микроконтроллера АТхS8515 Память данных
- 179. В состав процессора (CPU) входят: ■ счетчик команд (PC); ■ арифметико-логическое устройство (ALU); ■ блок регистров
- 180. Регистры общего назначения CPU микроконтроллеров AVR
- 181. Шесть регистров (с R26 по R31) регистрового файла, кроме обычной для прочих регистров функций, выполняют функцию
- 182. Конфигурация памяти Первые 96 адресов занимают регистровый файл и пространство памяти I/O, в следующих 4000 адресов
- 183. 8-разрядные микроконтроллеры AVR фирмы Atmel (продолжение) Лекция 16 3
- 184. Режимы адресации памяти программ и данных При обращении к Flash памяти программ и памяти данных (SRAM,
- 185. Непосредственная адресация данных 16-разрядный адрес данных содержится в 16 младших разрядах 32-разрядной команды. Rd/Rr определяют регистр
- 186. Непосредственная адресация, два регистра Rd и Rr Операнды содержатся в регистрах r (Rr) и d (Rd).
- 187. Косвенная адресация данных со смещением .Косвенная адресация данных со смещением Адрес операнда вычисляется суммированием содержимого регистра
- 188. Косвенная адресация данных с преддекрементом Перед выполнением операции регистр X, Y или Z декрементируется. Декрементированное содержимое
- 189. Адресация константы с использованием команд LPM и ELPM Непосредственная адресация памяти программ, команды JMP и CALL
- 190. Косвенная адресация памяти программ, команды IJMP и ICALL Выполнение программы продолжается с адреса, содержащегося в регистре
- 191. В состав микроконтроллера помимо процессорного ядра и блоков памяти входят периферийные устройства, обеспечивающие различные дополнительные функции.
- 192. С каждым портом связаны три регистра ввода-вывода: регистр DDRx направления передачи данных, регистр PORTx данных порта
- 193. Прерывания (INTERRUPTS) Все микроконтроллеры AVR имеют многоуровневую систему прерываний. Область векторов прерываний размещается в начале памяти
- 194. Таймеры/счетчики (TIMER/COUNTERS) Микроконтроллеры AVR имеют в своем составе от 1 до 4 таймеров/счетчиков с разрядностью 8
- 195. Аналоговый компаратор (AC) Сравнивает напряжения на двух выводах (пинах) микроконтроллера. Результатом сравнения будет логическое значение, которое
- 196. Тактовый генератор Тактовый генератор вырабатывает импульсы для синхронизации работы всех узлов микроконтроллера. Внутренний тактовый генератор AVR
- 197. Питание AVR функционируют при напряжениях питания от 1,8 до 6,0 Вольт. Ток потребления в активном режиме
- 198. Режим холостого хода (IDLE). Прекращает работу только процессор и фиксируется содержимое памяти данных, а внутренний генератор
- 199. Основные этапы разработки микропроцессорной системы на основе микроконтроллеров Лекция 17 3
- 200. МПС на основе МК используются чаще всего в качестве встроенных систем для решения задач управления некоторым
- 201. Сложившаяся к настоящему времени методология проектирования контроллеров
- 202. В техническом задании формулируются требования к контроллеру с точки зрения реализации определенной функции управления. Техническое задание
- 203. При выборе типа МК учитываются следующие основные характеристики: - разрядность; - быстродействие; - набор команд и
- 204. На этапе разработки структуры контроллера окончательно определяется состав имеющихся и подлежащих разработке аппаратных модулей, протоколы обмена
- 206. Скачать презентацию