Головна

Принципи побудови цифрових пристроїв управління

  1. ALU (arithmetic and logic unit) aріфметіко-логічний пристрій (АЛП) 1 сторінка
  2. ALU (arithmetic and logic unit) aріфметіко-логічний пристрій (АЛП) 2 сторінка
  3. ALU (arithmetic and logic unit) aріфметіко-логічний пристрій (АЛП) 3 сторінка
  4. ALU (arithmetic and logic unit) aріфметіко-логічний пристрій (АЛП) 4 сторінка
  5. ALU (arithmetic and logic unit) aріфметіко-логічний пристрій (АЛП) 5 сторінка
  6. D.2 Кнопки управління переміщенням курсора
  7. I. Поняття, основні принципи, цілі, завдання та напрями забезпечення безпеки дорожнього руху.

При проектуванні складних електронних пристроїв використовується принцип декомпозиції задачі. Він зводиться до послідовної розробки структурної, функціональної та принципової схеми пристрою. Цифровий пристрій реалізується апаратними засобами у вигляді сукупності інтегральних мікросхем комбінаційного і послідовних типів.

Схема електрична структурна (код схеми Е1) визначає основні функціональні частини пристрої, їх призначення і взаємозв'язок. Використовується для загального ознайомлення з виробом.

Схема електрична функціональна (код схеми Е2) роз'яснює процеси, що протікають в окремих функціональних частинах виробу або у виробі в цілому. Використовується для вивчення принципів роботи пристрою, а також при налагодженні, контролі, ремонті.

Схема електрична принципова (код схеми Е3) визначає повний склад елементів і зв'язків між ними і дає детальне уявлення про принципи роботи виробу. Вона служить вихідним документом при розробці інших конструкторських документів (друкованих плат, складальних креслень, схем з'єднань і т.п.).

Дозволяється розробляти суміщені схеми, коли на схемах одного типу зображують фрагменти схем інших типів.

Великий практичний інтерес представляють цифрові пристрої, що реалізують деякий алгоритм обробки інформації, тобто виконують впорядковану послідовність певних операцій над вступниками даними. При побудові таких пристроїв доцільно використовувати принцип мікропрограмного управління, що складається в наступному:

- Будь-яка операція, реалізована пристроєм, розглядається як складна дія, яка поділяється на послідовність елементарних дій, які називаються мікрооперацій;

- Для управління порядком проходження операцій використовуються сповіщальні сигнали - логічні умови, що приймають значення 1 або 0 в залежності від результату виконання мікрооперацій;

-  процес виконання операцій в пристрої описується у вигляді алгоритму, представленого в термінах мікрооперацій і логічних умов і званого вбудованого;

- Мікропрограма дає шлях до визначення структури пристрою, його реалізації на обраній елементній базі.

При використанні описаного принципу прийнято ділити цифровий пристрій (рис. 1.1) на операційний автомат (ОА) і керуючий автомат (УА).

Операційний автомат призначений для зберігання інформації, що надходить I, виконання заданого набору мікрооперацій, вироблення логічних умов Х і вихідних сигналів Z.

Керуючий автомат генерує послідовність керуючих сигналів Y відповідно до заданої програми і значеннями логічних умов Х.

Цифровий пристрій реалізується апаратно-программні-ми засобами з використанням мікропроцесорних комплектів інтегральних схем.

Мікропроцесор (МП) - виконане у вигляді великої інтегральної схеми (БІС) цифровий пристрій, призначений для обробки інформації відповідно до інформації, що зберігається в пам'яті програмою. Він реалізує принцип мікропрограмного управління і містить на кристалі основні елементи операційного і керуючого автомата. Рівень микрокоманд часто прихований від користувача, який розробляє програму роботи мікропроцесора на рівні команд. Але корисно пам'ятати, що кожна команда виконується за певну кількість тактів (микрокоманд). Разом з пам'яттю і пристроями введення / виводу інформації МП утворює мікропроцесорну систему.

Мікропроцесорні системи можна розділити на мікроЕОМ і мікроконтролери. Мікроконтролери - спеціалізовані пристрої з програмою, захистом в ПЗУ, які виконують завдання управління в реальному масштабі часу. МікроЕОМ - більш універсальні пристрої з розвиненими засобами діалогового спілкування з людиною (клавіатура, дисплей і т.п.), легко перебудовуються на рішення нових завдань. У досліджуваної дисципліни основна увага приділяється вбудованим мікропроцесорних систем управління на базі мікроконтролерів. Застосування однокристальнихмікроконтролерів в пристроях побутової та медичної електроніки, в пристроях управління технологічним обладнанням, перетворювачами електричної енергії, в вимірювальних приладах забезпечує досягнення винятково високих показників ефективності при низькій вартості.

Будь-мікроконтролер містить центральний процесор, пам'ять і інтерфейс введення / виводу (рис. 1.2). ПЗУ зберігає основну програму, підпрограми, таблиці, константи. ОЗУ використовується для зберігання результатів проміжних обчислень, масивів даних, що надходять від датчиків, або підготовлених до видачі зовнішніх пристроїв. Генератор тактових імпульсів (ГТВ) синхронізує роботу всієї мікропроцесорної системи. Інтерфейс (ІФ) використовується для сполучення з зовнішніми пристроями (ВУ) по тимчасовим і електричним параметрам та являє собою набір шин (портів), спеціальних сигналів і алгоритмів обміну інформацією.

Основу центрального процесора (ЦП) становить арифметико-логічний пристрій (АЛП), що дозволяє виконувати арифметичні, логічні операції та операції зсуву над даними, представленими в двійковому коді. До складу операційної частини входять також регістри загального призначення (РОН) і основний робочий регістр - акумулятор (А).

Керуюча частина містить регістр команд (РК), дешифратор команд (ДШК), пристрій управління (УУ), лічильник команд (СК) і ГТВ.

Послідовність виконання команд:

1) вміст лічильника команд виставляється на шину адреси (ША);

2) вибирається код команди з ПЗУ через шину даних (ШД) в РК;

3) відбувається дешифрування коду в ДШК і УУ виробляє послідовність сигналів, необхідних для виконання команди;

4) здійснюється підготовка і розміщення операндів;

5) виконується операція за участю АЛУ, А і РОН.

Під час виконання команди СК формує адреса наступної команди. Команди вибираються з ПЗУ послідовно. При виконанні команд умовних і безумовних переходів вміст СК змінюється стрибком, що дозволяє реалізувати розгалужені або циклічні програми. Крім шини адреси і шини даних системна магістраль включає шину управління (ШУ), в яку входять лінії і сигнали, що виробляються центральним процесором для управління пам'яттю і пристроями введення / виводу, і запити зовнішніх пристроїв на обмін інформацією з ЦП або ОЗУ.

Розрізняють три способи обміну інформацією між мікро-процесорної системою і зовнішніми пристроями:

1) програмний - ініціюється програмою за допомогою команд введення і виведення. Важливим завданням є перевірка готовності ВУ. У деяких системах при відсутності готовності зовнішніх пристроїв МП переходить в стан очікування. Найчастіше доводиться організовувати спеціальну команду опитування готовності, яка повторюється багато разів до появи сигналу готовності. Гідність програмного обміну - його простота, недолік - марна трата часу на очікування і неможливість забезпечення своєчасної реакції МП на раптово виниклу потребу ВУ в обміні інформацією;

2) з перериванням програми - за спеціальним сигналом запиту на переривання МП після виконання поточної команди переходить до виконання підпрограми обслуговування переривань, потім повертається до реалізації основної програми;

3) за допомогою прямого доступу до пам'яті (ПДП) - на запит ПДП мікропроцесор припиняє роботу і відключається від системної магістралі. Обмін інформацією між ОЗУ і ВУ здійснює спеціальний контролер прямого доступу до пам'яті. Використовується для прискорення обміну блоками інформації.

Найбільш поширеними в даний час є мікроконтролери сімейства MCS-51. Архітектура сімейства MCS-51 в значній мірі зумовлюється її призначенням - побудова компактних і дешевих цифрових пристроїв. Всі функції мікроЕОМ реалізуються за допомогою єдиної мікросхеми. До складу сімейства MCS-51 входить цілий ряд мікросхем від найпростіших мікроконтролерів до досить складних. Всі мікросхеми цього сімейства працюють c однієї і тієї ж системою команд, більшість з них виконується в однакових корпусах з збігається цоколевкой (нумерація ніжок для корпусу). Це дозволяє використовувати для розробленого пристрою мікросхеми різних фірм-виробників (таких як Intel, Dallas, Atmel, Philips і т.д.) без переробки принципової схеми пристрою та програми.

Контролер MCS-51 складається з наступних основних функціональних вузлів: блоку управління, арифметико-логічного пристрою, блоку таймерів / лічильників, блоку послідовного інтерфейсу і переривань, програмного лічильника, пам'яті даних і пам'яті програм. Двосторонній обмін здійснюється за допомогою внутрішньої 8-розрядної магістралі даних. Різні мікросхеми цього сімейства відрізняються тільки регістрами спеціального призначення (в тому числі і кількістю портів). В якості базових при вивченні даного сімейства обрані вітчизняні мікросхеми серій К1816 і К1830, що позначаються далі для стислості МК51.




Навчальний посібник | Програмна модель мікроконтролера МК51 | Система команд мікроконтролера | Команди мікроконтролера сімейства МК51 | Запис програми на мові асемблера і її трансляція | Avsim51 -c1 a | програма роботи | Таймери / лічильники подій MCS-51 | Система переривань MК51 | програма роботи |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати