Большая Энциклопедия Рефератов - Конспект лекций по курсу "Микропроцессоры и микро-ЭВМ в Персональной электронике" для студентов специальности 2008 - бесплатно рефераты, скачать рефераты, рефераты на тему

Конспект лекций по курсу "Микропроцессоры и микро-ЭВМ в Персональной электронике" для студентов специальности 2008

Микроконтроллеры семейства AT90S поставляются в очищенном состоянии - содержимое и Flash памяти программ и ЭСППЗУ данных находится в состоянии FF и готово к программированию.

Объединение на одном кристалле усовершенствованного 8-разрядного RISC ЦПУ с загружаемым Flash ПЗУ позволило фирме создать мощные микроконтроллеры, обеспечивающие высокую гибкость и экономичность в использовании приборов в качестве встраиваемых контроллеров.

1.5. Программируемые контроллеры фирмы Dallas Semiconductor

1.5.1. Микроконтроллеры с динамической организацией (Soft Мicго)

Номенклатура микроконтроллеров с динамической организацией состоит из базовых микропроцессоров, объединенных с БИС памяти, с определенными принципами организации памяти. Дополнительно часто используются устройства, имеющие небольшие размеры и которые могут быть использованы как прямые функциональные части стандартных микроконтроллеров MCS51. Перечень изделий этого семейства, быстродействие и объем памяти указаны в табл. 1.7.

Все базовые микропроцессоры не имеют собственной встроенной памяти и при их использовании необходимо (на дополнительную шину и без привлечения портов ввода-вывода) установить нужный кристалл малопотребляющей памяти, а к специальному выводу присоединить литиевую батарею на 3 вольта. При правильном выборе типа памяти энергии литиевой батареи хватает для хранения информации не менее 12 лет. Эта энергия расходуется только при отключенном питании 5 вольт, когда процессор находится в нерабочем состоянии. Все базовые кристаллы размещены в корпусах QFP80 с выводами по поверхностный монтаж и расстоянием 08 мм между выводами.

Изделия выполнены в корпусах DIP40 или SIP STICK и представляют микромодули с установленными базовым контроллером, памятью, таймером реального времени и литиевой батарейкой. Работа таймера и сохранение содержимого памяти при отсутствии "питающего" напряжения обеспечивается энергией литиевой батарейки, Выводы изделий в DIP40 совпадают с выводами микроконтроллеров MCS51 и аналогичных корпусах, что позволяет осуществлять их замену. Печатные платы SIP STICK предназначены для установки в разъемы SIMM40 или SIMM 72 (выпускаются только этой фирмой). Использование SIP STICK позволяет экономить площадь монтажной платы, за счет вертикального расположения модулей. При одинаковых характеристиках, самым дешевым является создание собственных изделий с использованием базовых кристаллов, самым дорогим применение модулей в DIP40. Модули SIP STICK занимают промежуточное положение.

Таблица 1.7

Название		Тактовая частота	Объем памяти	: Особенности
Базовые микропроцессоры
DS5000FP	до 8, 12 или 16 МГц		до 64 Кбайт	Кодировка памяти
DS5001FP	до 12 или 16 МГц		до 128 Кбайт
DS5002FP	до 12 или 16 МГц		до 128 Кбайт	Кодировка памяти
Изделия на базе DS5000FP
DS5000	до 8, 12 или 16 МГц		8, 32 Кбайт	Модуль DIP40
DS5000T	до 8, 12 или 16 МГц		8, 32 Кбайт	Таймер реального времени
DS2250	до 8, 12 или 16 МГц		8, 32, 64 Кбайт	Модуль SIP (SIMM 40)
DS2250T	до 8, 12 или 16 МГц		8, 32, 64 Кбайт	Таймер реального времени
Изделия на базе DS5001FP
DS2251	до 12 или 16 МГц		32, 64, 128 Кб	Модуль SIP (SIMM 72)
DS2251Т	до 12 или 16 МГц		32, 64, 128 Кб	Таймер реального времени
Изделия на базе DS5002FP
DS2252	до 12 или 16 МГц		32, 64, 128 Кб	Модуль SIP (SIMM 40)
DS2252Т	до 12 или 16 МГц		32, 64, 128 Кб	Таймер реального времени

Особенности структуры МК:

Watchdog Timer

Неприятность может случиться при работе любого процессорного устройства, если в порядок выполнения программы вмешался случайный отказ ("сбой"). При этом программа попадает в ошибочный или запланированный бесконечный цикл. Выйти из этой ситуации поможет специальный дежурный таймер (Watchdog Timer). При переполнении этого таймера происходит внутренняя инициализация процессора, а специальные флаги укажут, по какой причине произошла инициализация.

Генератор случайных чисел.

Процессор DS5002 содержит генератор случайных чисел, который выдает последовательность 8-битных случайных чисел через каждые 160 микросекунд. Он может оказаться полезным в большинстве многоточечных коммуникационных систем с целью обработки столкновений.

Начальная проверка программы

В микроконтроллерах всегда существует неизменная (резидентная) часть программы, которую неплохо было бы проверить в начале работы. Проверять при помощи той же программы - это не проверить ничего, поэтому, начиная с DS5001, введен механизм автоматического вычисления CRC (циклического кода) участка памяти и сравнение его с ранее вычисленным значением. При несовпадении, управление передается встроенной программе загрузчика.

Межпроцессорный обмен.

Очень важным аспектом при составлении многопроцессорных систем является наличие межпроцессорного обмена. Обычно для MCS51 для этого используется последовательный канал. В процессорах DS5001 и DS5002 существуют дополнительно программируемый контроллер байтового обмена. Для его использования внешний процессор присоединяется к выводам портов 0 и 2. Для обеих процессоров (внешнего и внутреннего) появляется независимая возможность обращения к двум регистрам обмена. Протокол обмена совпадают с протоколом микросхемы i8042 фирмы Intel. Возможно также подсоединение устройств прямого доступа (DMA). Интерфейс отключаемый, и эти порты можно использовать обычным для MCS51 способом. При желании можно организовать порт обмена по шине IBM PC с другим аналогичным процессором или с устройствами цифровой обработки сигналов (ЦОС). Например, в микросхемах ЦОС AD21xx требуется начальная загрузка по 8-битному каналу. Поскольку обмен идет с квитированием, то для этой цели удобно воспользоваться имеющейся в DS5000 возможностью, получив, таким образом, изящный обрабатывающий комплекс.

1.5.2. Обеспечение высокой производительности в скоростных микроконтроллерах.

Одной из важных характеристик любой вычислительной системы является быстродействие. Для микроконтроллеров эта характеристика напрямую связана с тактовой частотой, длительностью цикла обращения к памяти, числа циклов в одной команде и набора команд.

В течение 13 лет существования семейства MCS51 увеличения быстродействия добывались простым увеличением максимальной тактовой частоты. Лишь в 1993 году фирма DSC сократила число тактов в цикле и количество циклов в команде. Рассмотрим особенности и разницу временных характеристик стандартных микроконтроллеров фирмы Intel и быстродействующего микроконтроллера DS80C320 фирмы DSC.

Цикл стандартного микроконтроллера длится 12 тактов, и в течении цикла происходит два считывания программной памяти. Цикл DS80C320 длится 4 такта, но за это время происходит только одно считывание. Таким образом, DS80C320 считывает программную память в полтора раза быстрее стандартного процессора. Временные характеристики изображены на рис. 1.9.

Рис.1.9. Временные диаграммы I8051 и DS80C320

Номенклатура микроконтроллеров с высоким быстродействием. Это семейство содержит устройства, по внешнему виду и номенклатуре выводов совпадающие с устройствами MCS51, выполненных в тех же корпусах. Выпускаются они фирмой DSC в корпусах DIP40, PLCC44, TQFP44 и PLCC52 и обладают одинаковым увеличением быстродействия за счет уменьшения длительности цикла и лучшей организации внутреннего конвейера. В среднем, вычислительная эффективность процессоров увеличивается в 2,5 раза по сравнению со стандартной, а скорость счета внутренних счетчиков в 3 раза.

Перечень изделий этого семейства, быстродействие и объем внутрикристальной памяти даны в табл. 1.8.

Таблица 1.8

Таблица 2. Изделия семейства High Speed Micro.
Название	Тактовая частота		Объем памяти	Особенности
DS80C310	до 25 или 33 Мгц		256 байт	Упрощенный вариант
DS80C320	до 25 или 33 Мгц		256 байт
DS80C323	до 20 Мгц	256 байт		Питание 3 В
DS87C520	до 33 Мгц	256 + 16К ПЗУ + 1К ОЗУ		Имеется вариант корпуса с кварцевым окном
DS87C530	до 33 Мгц	256 + 16К ПЗУ + 1К ОЗУ		Таймер реального времени, энергонезависимая память

Команды MCS51 состоят из одного, двух или трех байт. При выполнении команды процессор сначала считывает байты этой команды, а потом может несколько раз считать первый байт следующей. Во всех командах DS80C320 уменьшено число таких бесполезных считываний. Таким образом, микропроцессор DS80C320 быстрее стандартного 18051 в среднем в 2.5 раза. В табл. 1.10 приведены эквивалентные частоты этих двух процессоров. Максимальная тактовая частота DS80C320 и других процессоров этого семейства - 33 Мгц. Минимальная частота ничем не ограничена, поскольку все микропроцессоры DSC являются полностью статическими.

Таблица 1.10.

Сравнение тактовых частот для процессоров одинаковой производительности

СТАНДАРТНЫЙ 8051

DS80C320

11,0592 Мгц

16 Мгц

20 Мгц

24 Мгц

33 Мгц

44 Мгц

62.5 Мгц

82.5 МГц,

4.4 Мгц

6.4 Мгц

8 Мгц

9.6 Мгц

13.2 Мгц

16 Мгц

25 Мгц

33 Мгц

1.5.3. Организация памяти скоростных контроллеров.

Микроконтроллеры MCS51 имеют гарвардскую архитектуру, которая подразумевает целевое разделение памяти. Адресуемая косвенно и непосредственно внутренняя регистровая память (Scratchpad Меmory) имеет максимально возможный объем 256 байт и для скоростного семейства ничем не отличается от стандартной. В микросхемах DS87C5xx имеется также внутренняя программная память и внутренняя память данных (обращение по инструкциям MOVX).

Внутренняя программная память объемом 16 Кбайт выполнена по технологии перепрограммируемого ПЗУ (EPROM). В зависимости от используемого корпуса, она может быть программируемой однократно или стираемая ультрафиолетовыми лучами. Для предотвращения несанкционированного доступа при программировании разрешено три уровня защиты. Объем внутренней памяти может быть ограничен программно, несмотря на то, что физический ее объем остается прежним. Разрешены следующие устанавливаемые в любое время границы: 0, 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64 Кбайта. При обращении к программной памяти ниже установленной границы происходит считывание внутренней памяти (даже за пределами 16 Кбайт), в противном случае происходит считывание внешней памяти с использованием портов 0 и 2.

Внутренняя память данных имеет объем 1 Кбайт, расположена с нулевого адреса и может быть отключена или включена на все адресное пространство. В последнем случае реально считывается и записывается только первые 1 Кбайт памяти и один системный байт, несущий информацию о используемой защите программирования

Обращение к внешней памяти данных по умолчанию происходит за один цикл (два цикла на команду MOVX). При частоте 33 Мгц требуется микросхемы памяти с временем доступа менее 80 нс. Имеется механизм, позволяющий увеличить длительность сигналов RD и WR в интервале с 4 до 28 машинных циклов. Это обеспечивает обращение по команде MOVX к медленной памяти и различным по скорости устройствам ввода/вывода. Длительность задается программно в любой момент времени.