Делитель
8 - битный счетчик используется или как пределитель перед RTCC или как делитель частоты после Watchdog таймера. Если делитель подсоединен к RTCC,то он не может быть подключен к watchdog таймеру и наоборот. Биты PSA и PS0- PS2 в регистре OPTION определяют коэффициент деления.
Код идентификации
Кристаллы PIC16C5X имеют отдельный 16-битный EPROM. Эти биты предназначены для хранения идентификационного кода (ID) пользователя, контрольной суммы или другой информации. К ним нет доступа по программе, они программируются -программатором.
Защита кода
Программный код, который записан в EPROM, может быть защищен от считывания при помощи установки бита защиты в ноль. Кроме того, при установленном бите защиты становится невозможным перепрограммировать адреса памяти, начинающиеся с 040h. Но остаются открытыми на перепрограммирование адреса 000h-03fh, код идентификации и биты конфигурации. Имейте в виду, что биты конфигурации и код идентификации может быть прочитан независимо от установки бита защиты кода.
1.6.1.13. Режим пониженного энергопотребления
Вход в режим SLEEP осуществляется командой SLEEP. По этой команде, если WDT разрешен, то он сбрасывается и начинает счет времени, бит "PD" в регистре статуса (f3) сбрасывается, бит "TO" устанавливается, а встроенный генератор выключается. Порты ввода/вывода сохраняют состояние, которое они имели до входа в режим SLEEP.
Выход из режима SLEEP
Выход из режима SLEEP осуществляет WDT(если он разрешен) или внешним нулевым импульсом на ножке /MCLR- сброс. В обоих случаях PIC16C5X будет находиться в режиме сброса в течение времени запуска генератора, а затем только начнется выполнение программы.
2. АРХИТЕКТУРА МП И МИКРО-ЭВМ
2.1 Общая архитектура МПС
Как указывалось во Введении, на основе выпускаемых МПК можно строить различные вычислительные и управляющие устройства. В литературе введено деление на микро-ЭВМ - устройство для организации вычислений, отладки программ, имеющую как правило развитое периферийное оборудование - дисплеи, накопители и т.д., и на контроллеры (или устройства управления объектами) - устройства для автоматизированного управления какими-либо промышленными объектами, которые не имеют такой развитой периферии, как микро-ЭВМ, но имеют устройства сопряжения с объектами управления и контроля. При этом эти два вида аппаратуры имеют много общего. На рис. 2.1 показана обобщенная структурная схема МПС, на которой штрих пунктирной линией обведены составные части, которые относятся к контроллерам, а пунктиром -которые относятся к микро-ЭВМ.
Рис. 2.1. Архитектура микропроцессорной системы (МПС)
Ведущим устройством всей МПС является центральный процессорный элемент (ЦПЭ), иногда называемый просто микропроцессором (МП). Как показано на рис. 2.1, ЦПЭ можно разделить на операционную часть (ОП), которая осуществляет обработку поступающих данных (в более узком смысле иногда ОП называют АЛУ - арифметическо-логическое устройство), и на управляющую часть (УП), которая управляет процессами в МПС. В ПЗУ или ОЗУ помещена программа работы МПС в виде набора команд, расположенных в ячейках памяти с определенным адресом. УП осуществляет считывание команд из памяти по ШД, их дешифрацию, инициализацию обработки необходимых данных в ОП и вывод полученного результата через ЩД на внешние устройства - ОЗУ, УВВ, УСО и т.д. ША служит для подачи сигнала выборки или записи информации по определенному адресу. Каждой ячейке памяти, каждому устройству ввода вывода или УСО присваивается определенный адрес, поэтому для работы с этими элементами МПС необходимо, чтобы УП выдавал на ШД информацию об адресе устройства, с которым в настоящий момент будет работать ЦПЭ. ШД служит для передачи данных либо к внешним устройствам МПС, либо к ЦПЭ от внешних устройств. Как правило, ШД является двунаправленной: В определенные моменты времени она работает для передачи сигналов в одну сторону, в определенные моменты - в другую. УП выдает также некоторые сигналы управления внешними устройствами, по которым происходит запись, считывание, выдача данных и т.п. Эти управляющие сигналы подаются по ШУ. Совокупность ША, ШД и ШУ называется внутренней магистралью МПС. Магистральный принцип построения системы очень развит в микропроцессорной технике. Он предусматривает подключение многочисленных устройств к общим шинам всей системы. От УВВ и УСО идут внешние магистрали, к которым подсоединяются другие периферийные модули. Эти магистрали могут быть построены различным образом, и об их особенностях говорится ниже.
ЦПЭ -центральный процессорный элемент; ОЗУ - оперативное запоминающее устройство; ПЗУ - постоянное запоминающее устройство; УВВ - устройство ввода-вывода; УСО - устройство связи с объектом; ША - шина адреса; ЩД - шина данных; ШУ - шина управления.
В динамике работа этой схемы происходит следующим образом:
1. Пусть начало работы МПС отсчитывается от момента отпускания кнопки RESET (СБРОС), которая сбрасывает процессор в исходное состояние. На первом этапе процессор выдает на ША адрес ячейки ПЗУ, в которой хранится первая команда для выполнения процессором. Как правило, это нулевой адрес, т.е. все нули на всех выводах ША.
2. Затем по ШУ выдается сигнал считывания из ПЗУ и по ШД код команды поступает в МП.
3. Теперь он дешифрируется процессором, т.е. определяется, какая команда поступила и затем начинается выполнение этой команды.
4. На этом этапе поведение системы зависит от вида выполняемой команды. Можно выделить два случая:
а) команда не требует обмена с внешними устройствами или памятью. В этом случае состояние шин МПС во время выполнения не меняется, а весь процесс выполнения происходит внутри МП.
б) команда требует обмена с внешними устройствами или с памятью. При этом на ША выдается адрес УВВ или ячейки памяти, с которыми МП должен обменяться информацией. Затем выдается по ШУ сигнал считывания или записи (в зависимости от типа команды) и по ШД происходит обмен между МП и периферийным блоком.
5. На ША выдается адрес следующей команды и весь процесс повторяется.
2.2. Принципы управления операциями
Построение УП МП осуществляется на основе соблюдения двух различных принципов:
- схемного,
- микропрограммного.
Рис. 2.2. Схемный принцип управления операциями
Схемный принцип построения УП предусматривает, что для каждой операции МП создается свое устройство управления. Команда, поступаемая в УП, дешифрируется и подается на отдельную схему управления, которая и осуществляет обработку информации в соответствии с логикой команды. Другая команда инициирует другую схему управления, которое осуществляет обработку в ОП другим способом и т.д. Преимуществом такого построения является простота программирования операций, недостатком - низкое быстродействие, значительный объем кристалла, занимаемый УП (количество схем управления равен количеству команд в системе команд, а это не одна сотня), невозможность изменения системы команд МП в процессе работы.
Микропрограммный принцип управления предусматривает, что в УП имеется специальный регистр управляющего слова (РУС). Из специальной управляющей памяти в очередной такт работы МП в РУС выдается управляющее слово, которое инициирует свои управляющие цепи (рис. 2.3). Затем в следующий цикл работы МП РУС инициирует другие управляющие цепи и т.д.
Управляющее слово составляет часть микрокоманды - элементарной операция, выполняемой за один тактовый интервал. Группа микрокоманд (МК), выполняющая определенное действие, образует микропрограмму. Микропрограммы хранятся в специальной управляющей памяти (УП). Когда из оперативной памяти (ОП) поступает команда на выполнение определенной операции (сложение, вычитание, умножение и т.п.), то в УП ищется соответствующая микропрограмма. Она последовательно считывается из УП и управляющие слова, размещенные в микрокоманде, помещаются в РУС. Блок, который находит соответствующую микропрограмму в УП носит название блока микропрограммного управления (БМУ). Он может быть выполнен в виде отдельной БИС или группы ИС.
Рис. 2.3
2.3. Архитектура микропроцессоров
Под архитектурой МП понимают его логическую организацию, определяемую возможностями МП по аппаратной или программной реализации функций, необходимых для построения микро-ЭВМ или управляющих устройств. Понятие архитектуры отражает структуру МП, способы обращения ко всем доступным элементам структуры, способы представления и форматы данных, набор операций, выполняемых МП, способы указания (адресации) данных, форматы управляющих слов, поступающих в МП извне, характеристики и назначение вырабатываемых МП управляющих сигналов, реакцию МП на внешние сигналы.
Естественно, что архитектура МП сильно зависит от способа управления операциями, т.е. МП с жесткой системой команд сильно отличается по архитектуре от МП с микропрограммированием, и уж тем более от МП с микропрограммированием и наращиванием разрядности. Поэтому сначала рассматривается архитектура МП с жесткой логикой на примере МП серии К580.
2.4. Микропроцессор КР580ИК80А
Данный тип МП является типичным представителем МП с жесткой системой команд. С него началось развитие основной линии развития МП и ОЭВМ, его основные характеристики прослеживаются в большинстве современных микроконтроллеров. С другой стороны он достаточно прост для изучения. Структурная схема МП показана на рис. 2.4.
Типичными элементами МП в этой структурной схеме являются: блок регистров общего назначения (РОН) - восьмиразрядных регистров, обозначенных как А, В, С, D ,Е, Н, L ; регистры специального назначения - счетчик команд (PC), указатель стека (SP), регистр флажков ( F регистр), регистры временного хранения (W, Z); 8-ми разрядное АЛУ; схема управления.
Некоторые из РОН могут объединяться в пары, образуя шестнадцатиразрядные регистры - BC, DЕ, НL . Регистры W и Z являются регистрами временного хранения и недоступны программисту.
Результат арифметической или логической операции анализируется, и некоторые ее признаки фиксируются в специальном регистре флажков F (восьмиразрядный регистр, у которого только пять разрядов несут следующую информацию):
Разряд Z устанавливается в "1", если результат операции = 0,
Разряд C устанавливается в "1", если возникает перенос единицы из старшего разряда аккумулятора (переполнение),
Разряд AC устанавливается в "1", когда существует перенос из младшей тетрады аккумулятора в старшую (восемь разрядов аккумулятора можно разделить на две четырехразрядные тетрады),
Разряд S устанавливается в "1", если знак результата отрицательный (в МП предусмотрена возможность оперировать семиразрядными числами со знаком, причем знаковым является старший разряд 8-разрядного числа - если он равен"1"- то число отрицательное),
Разряд P устанавливается в "1", если в результате число единиц четное.
При не соблюдении вышеназванных условий соответствующие разряды регистра флажков устанавливаются в "0". Затем при выполнении следующей операции каждый разряд регистра флажков можно использовать: для выполнения условного перехода, арифметических операций и т.д.
Счетчик команд - 16-ти разрядный счетчик, в который при начальном запуске МП автоматически записывается 0000. Затем при выполнении каждой операции в него автоматически записывается через инкрементор либо 1, либо 2, либо 3 (в зависимости от типа операции), и информация от счетчика через фиксатор адреса и адресный формирователь поступает на внешнюю шину адреса для выборки соответствующей ячейки памяти. Число ячеек памяти, которое можно адресовать МП составляет 216= 64К (К=1024) байт. (Байтом называется 8-ми разрядное число данных).
Рис. 2.4.
2.4.1. Принцип работы МП
МП КР580ИК80А является МП с фиксированным набором команд. Для обеспечения функционирования на МП необходимо подавать двухфазную последовательность тактирующих импульсов уровня МОП (лог."1" соответствует уровню +12В), Ф1 и Ф2 (см. рис. 2.5). Расстояние между двумя передними фронтами соседних импульсов Фi называется тактом работы МП Т. Минимальная длительность такта соответствует 0,5 мкс. Такты нумеруются следующим образом: Т1... Т5 и группируются в так называемые циклы М1,М2... В каждый цикл входит от 3 до 5 тактов. А каждая команда содержит от 1 до 5 циклов. Таким образом, данный МП представляет собой асинхронный тип процессора.
В такте Т1 происходит выдача на ША содержимого счетчика команд, а также выдача на ЩД слова состояния процессора.
В такте Т2 проверяется состояние входного сигнала "READY" ("Готовность") готовности внешнего устройства к обмену данными с МП. При отсутствии подтверждения готовности к обмену МП переходит к специальному такту ожидания Тw и повторяет его до тех пор, пока не появится сигнал готовности, и затем МП переходит к такту T3.
Рис. 2.5. Временная диаграмма работы МПС
В такте T3 из памяти принимается команда и дешифрируется (т.е. в этом такте ШД используется по своему прямому назначению). В такте Т4 команда начинает выполняться. Если команда предполагает обращение к оперативной памяти или устройству ввода-вывода, то требуется еще Т5 ... Т19.
В начале каждого цикла работы МП на ША выдается адрес ячейки памяти, в которой содержится команда (или с которой производится обмен информацией), или адрес требуемого УВВ (в этом случае на ША выдается двукратно повторенный 8-ми разрядный адрес УВВ, таким образом, МП может адресовать до 256 устройств ввода-вывода). Одновременно на ШД выдается так называемое слово состояния процессора, которое запоминается на весь цикл в регистре состояний (PC).
2.4.2. Организация стека в МПС
Стек - специальным образом организованные регистры (или ячейки памяти), в которых хранятся промежуточные результаты вычислений. Отличие стековой организации от обычной заключается в том, что доступ в регистры (или ячейки памяти) открыт только "сверху" стека. На рис. 2.6 показан стек, как говорят, глубиной 8 ячеек. Загрузка стека производится в вершину стека (показано стрелкой). Первый байт помещается в ячейку под номером 1, а нижние ячейки свободны. Затем при поступлении следующего байта, первый продвигается в ячейку 2, а его место занимает второй байт. И заполнение стека происходит подобным образом на всю глубину. В результате первый байт оказывается в самой нижней ячейке, а только что поступивший - в самой верхней. Выборка информации из стека происходит обратным порядком: выбирается самый верхний байт, а все остальные продвигаются вверх на один номер. Самым последним будет извлечен из стека байт 1, который был помещен туда первым. Эта особенность стека делает удобным хранение в нем промежуточных результатов, адресов переходов и т.п.
В МП может использоваться стек, расположенный как внутри МП (правда это встречается достаточно редко), так и во внешней памяти МПС. В МК почти всегда стек располагается во внутренней памяти, так как МК часто работают без внешней памяти. Но принцип записи в стек, указанный выше остается: при очередном обращении к стеку, указатель стека увеличивается или уменьшается на единицу, открывая тем самым доступ к "верхней" ячейке стека.
Рис. 2.6. Объяснение работы стека
2.4.3. Организация прерываний
Как уже стало понятным из вышеприведенного материала, одной из основных функций МП является обмен данными между МПС и УВВ. Этот обмен может быть реализован по-разному, в зависимости от вида УВВ и других параметров. Существует 3 основных способа обмена:
· программный обмен,
· обмен по прерываниям,
· обмен по прямому доступу к памяти.
Рассмотрим самый простой способ обмена - программный обмен. Его структурная схема приведена на рис. 2.7.
Рис. 2.7. Структурная схема программного обмена
Собственно обмен происходит только по ШД, никаких других линий для этого не нужно. В составе УВВ должны быть 2 регистра - регистр данных (РД), с которым производится обмен, и регистр состояния (РС), который показывает состояние УВВ. В частности в составе этого регистра должен быть какой-либо бит, показывающий готовность УВВ к обмену. Пусть "1" - устройство не готово, а "0" - готово к обмену. Тогда структурная схема программы обмена показана на рис. 2.8.
Как видно из рис. 2.8, если устройство не готово, процессор все время опрашивает РС, не выполняя никакой другой работы. Поэтому основным недостатком этого способа обмена является нерациональное расходование процессорного времени. Достоинство - исключительная простота аппаратурной и программной реализации. Поэтому сфера применения способа - простейшие МПС, не требующие высоких скоростей обмена.
В состав МПС могут входить устройства, информация с которых должна поступать незамедлительно, как только она готова, т.е. устройство не может "ждать" пока МП сам обратиться к нему с предложением об обмене. Таким образом, оно должно сообщить МП о готовности к обмену, а МП должен прервать текущую программу и приступить к обмену. Для этого и существует режим прерывания (рис.2.9).
Рис. 2.8. Структурная схема программного обмена.
Рис. 2.9. Структурная схема системы прерываний
Устройство выдает в МП сигнал INT ("Прерывание"), МП прерывает исполнение текущей программы и опрашивает ШД, чтобы узнать какое устройство выдало этот сигнал (подразумевается, что УВВ, которое подало сигнал "Прерывание" уже выдало на ШД специальный 8-ми разрядный код, по которому процессор распознает это устройство). В зависимости от кода на ШД МП переходит к одной из 8-ми подпрограммам обслуживания прерывания, которые помещаются в первых ячейках памяти, а адрес основной программы, с которого было осуществлено прерывание, запоминается в стеке. После окончания обслуживания устройства, из стека извлекается адрес основной программы, с которого она была прервана, и происходит переход на этот адрес основной программы, с которого начинается выполнение прерванной программы. Таким способом можно обеспечить обслуживание до 8-ми устройств, однако при использовании специальной БИС контроллера прерываний число устройств может быть увеличено до 64. Более подробно о режиме прерываний будет рассказано позднее.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
