Микроконтроллеры

Рис.2 Структура МК с RISC архитектурой  

 

Гарвардская архитектура  почти не использовалась до конца 70-х  годов, пока производители МК не поняли, что она дает определенные преимущества разработчикам автономных систем управления.

Дело в том, что, судя по опыту использования МПС для  управления различными объектами, для  реализации большинства алгоритмов управления такие преимущества фон-неймановск�

�й архитектуры как гибкость и универсальность не имеют большого значения. Анализ реальных программ управления показал, что необходимый объем памяти данных МК, используемый для хранения промежуточных результатов, как правило, на порядок меньше требуемого объема памяти программ. В этих условиях использование единого адресного пространства приводило к увеличению формата команд за счет увеличения числа разрядов для адресации оперрандов. Применение отдельной небольшой по объему памяти данных способствовало сокращению длины команд и ускорению поиска информации в памяти данных.

Кроме того, гарвардская  архитектура обеспечивает потенциально более высокую скорость выполнения программы по сравнению с фон-неймановской за счет возможности реализации параллельных операций. Выборка следующей команды  может происходить одновременно с выполнением предыдущей, и нет  необходимости останавливать процессор  на время выборки команды. Этот метод  реализации операций позволяет обеспечивать выполнение различных команд за одинаковое число тактов, что дает возможность  более просто определить время выполнения циклов и критичных участков программы.

Большинство производителей современных 8-разрядных МК используют гарвардскую архитектуру. Однако гарвардская  архитектура является недостаточно гибкой для реализации некоторых  программных процедур. Поэтому сравнение  МК, выполненных по разным архитектурам, следует проводить применительно  к конкретному приложению. 

 

2.3 Микроконтроллер  с RISC архитектурой 

 

PIC16C71 относится  к семейству КМОП микроконтроллеров.  Отличается тем, что имеет внутреннее 1K x 14 бит EPROM для программ, 8-битовые данные и 64- байтовый встроенный аналого-цифровой преобразователь. Отличаются низкой стоимостью и высокой производительностью.

Пользователи, которые  знакомы с семейством PIC16C5X могут посмотреть подробный список отличий нового от производимых ранее контроллеров.

Все команды состоят  из одного слова (14 бит шириной) и  исполняются за один цикл (200 нс при 20 МГц), кроме команд перехода, которые  выполняются за два цикла (400 нс).

PIC16C71 имеет прерывание, срабатывающее от четырех источников, и восьмиуровневый аппаратный  стек.

Периферия включает в себя 8-битный таймер/счетчик с 8-битным программируемым предварительным  делителем (фактически 16 - битный таймер), 13 линий двунаправленного ввода/вывода и восьми битный АЦП. Высокая нагрузочная  способность (25 мА макс. втекающий ток, 20 мА макс. Вытекающий ток) линий ввода/вывода упрощают внешние драйверы и, тем  самым, уменьшается общая стоимость  системы.

АЦП имеет четыре канала, схему выборки и хранения, разрешающую способность 8 бит с  погрешностью не более одного младшего разряда. Среднее время преобразования 30 мкс, включая время выборки.

Серия PIC16C71 подходит для широкого спектра приложений от схем высокоскоростного управления автомобильными и электрическими двигателями  до экономичных удаленных приемопередатчиков, показывающих приборов и связных  процессоров. Наличие ПЗУ позволяет  подстраивать параметры в прикладных программах (коды передатчика, скорости двигателя, частоты приемника и  т.д.).

Малые размеры корпусов, как для обычного, так и для  поверхностного монтажа, делает эту  серию микроконтроллеров пригодной  для портативных приложений.

Низкая цена, экономичность, быстродействие, простота использования  гибкость ввода/вывода делает PIC16C71 привлекательным  даже в тех областях, где ранее  не применялись микроконтроллеры. Например, таймеры, замена жесткой логики в  больших системах, сопроцессоры.

Микроконтроллер имеет:

- только 35 простых  команд;

- все команды  выполняются за один цикл(200ns), кроме команд перехода- 2 цикла;

- рабочая частота  0 Гц ... 20 МГц (min 200 нс цикл команды)

- 14- битовые команды;

- 8- битовые данные;

- 36 х 8 регистров общего использования;

- 15 специальных  аппаратных регистров SFR;

- восьмиуровневый  аппаратный стек;

- прямая, косвенная  и относительная адресация данных  и команд;

- четыре источника  прерывания:

внешний вход INT

- переполнение таймера  RTCC

- прерывание при  завершении аналого-цифрового преобразования

- прерывание при  изменении сигналов на линиях  порта B.

Периферия, ввод и  вывод микроконтроллера имеет:

- 13 линий ввода-вывода  с индивидуальной настройкой;

- втекающий/вытекающий  ток для управления светодиодами

- макс втекающий  ток - 25 мА

- макс вытекающий  ток - 20 мА

- 8 - битный таймер/счетчик  RTCC с 8-битным программируемым  предварительным делителем;

- модуль АЦП:

- 4 мультиплексируемых аналоговых входа, подсоединенных к одному аналога цифровому преобразователю

- схема выборки\хранения

- время преобразования - 20 мкс на канал

- преобразователь  - 8 бит, с погрешностью +-1 LSB

- вход для внешнего  опорного напряжения Vref (Vref <= Vdd)

- диапазон входных  аналоговых сигналов от Vss до Vref

- автоматический  сброс при включении;

- таймер включения  при сбросе;

- таймер запуска  генератора;

- Watchdog таймер WDT с собственным встроенным генератором, обеспечивающим повышенную надежность;

- EPROM бит секретности  для защиты кода;

- экономичный режим  SLEEP;

- выбираемые пользователем  биты для установки режима  возбуждения встроенного генератора:

- RC генератор RC

- обычный кварцевый  резонатор XT

- высокочастотный  кварцевый резонатор HS

- экономичный низкочастотный  кристалл LP

- встроенное устройство  самопрограммирования EPROM памяти программ,

испо

льзуются только две ножки.

Обозначения ножек и их функциональное назначение:

RA4/RTCC -Вход через триггер  Шмидта. Ножка порта ввода/вывода  с открытым стоком или вход  частоты для таймера/счетчика RTCC.

RA0/AIN0 - Двунаправленная линия  ввода/вывода.

Аналоговый вход канала 0.

Как цифровой вход имеет уровни ТТЛ.

RA1/AIN1 -Двунаправленная линия  ввода/вывода.

Аналоговый вход канала 1.

Как цифровой вход имеет уровни ТТЛ.

RA2/AIN2 -Двунаправленная линия  ввода/вывода.

Аналоговый вход канала 2.

Как цифровой вход имеет уровни ТТЛ.

RA3/AIN3/Vref -Двунаправленная линия ввода/вывода.

RB0/INT -Двунаправленная линия  порта вывода или внешний вход  прерывания.

RB1 - RB5 -Двунаправленные линии  ввода/вывода.

RB6 - Двунаправленные линии  ввода/вывода.

RB7 -Двунаправленные линии  ввода/вывода.

/MCLR/Vpp -Низкий уровень на этом входе генерирует сигнал сброса для контроллера. Активный низкий.

Вход через триггер  Шмидта.

OSC1 -Для подключения кварца, RC или вход внешней тактовой  частоты.

OSC2 -Генератор, выход тактовой

CLKOUT -частоты в режиме RC генератора, в остальных случаях  - для подкл. кварца

Vdd Напряжение питания.

Vss Общий (земля). 

 

Заключение 

 

В данной курсовой работе рассмотрены  микроконтроллеры с RISC и CISC архитектурой. RISC архитектура была рассмотрена  более углубленно и точнее. Отмечена классификация, структура микроконтроллера, структура процессорного ядра микроконтроллера, основные особенности RISC архитектуры.

На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров, совместимых с i8051, выпускаемых двумя  десятками компаний, и большое  количество микроконтроллеров других типов. Популярностью у разработчиков  пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, шестнадцатибитные MSP430 фирмы TI, а также ARM, архитектуру которых разрабатывает фирма ARM и продаёт лицензии другим фирмам для их производства, процессоров микроконтроллеры.

При проектировании микроконтроллеров  приходится соблюдать баланс между  размерами и стоимостью с одной  стороны и гибкостью и производительностью  с другой. Для разных приложений оптимальное соотношение этих и  других параметров может различаться  очень сильно. Поэтому существует огромное количество типов микроконтроллеров, отличающихся архитектурой процессорного  модуля, размером и типом встроенной памяти, набором периферийных устройств, типом корпуса и т. д. 

 

Список использованной литературы:  

 

1. Основы микропроцессорной  техники. Авторы Ю.В. Новиков  и П.К Скоробогатов.

2. Архитектура вычислительных  систем Москва Радио и связь  1990 г.

Автор А.Д. Смирнов.

3. Электронно-вычислительные  машины и системы Москва Радио  и связь1991г. авторы Б.М.Каган.