Главная Промышленная автоматика.

Микроконтроллеры

Используя серийно выпускаемые интегральные схемы (ИС) микропроцессорных комплектов (МПК) [1-3], можно разработать и изготовить контроллер, например на серии ИС КР580 [4-8]. Однако современный уровень микрозлект-роники позволяет объединить на одном кристалле (в одной БИС) основные функциональные узлы ЭВМ: арифметико-логическое устройство, память программ и оперативную память данных, устройства ввода, вывода и т. д. Такие интегральные схемы получили название однокристальных микроЭВМ (ОМЭВМ).

Применен1!е ОМЭВМ при разработке позволяет сущестренно уменьшить количество корпусов БИС, используемых в контроллере, повысить надежность и снизить его общую стоимость. Эти достоинства ОМЭВМ привели к широкому использованию их в различных (в том числе и бытовых) приборах.

В настоящее время в нашей стране выпускаются в серии К145 однокристальные микроконтроллеры, ориентированные на бытовую технику. На бытовое применение ориентированы п однокристальные микроЭВМ КМ1816 и К1ь14. Внедрение перечисленных серий БИС в устройства бытовой техники началось сравнительно недавно. С этим связана недостаточная информированность радиолюбителей об их устройстве, принципе действия и возможностях применения. Данная книга представляет собой попытку восполнить этот пробел.

Кроме упомянутых выше ИС и специализированных микропроцессорных БИС, в бытовой аппаратуре находит применение серия микропроцессорных ИС КР580, однако этн ИС уже достаточно хорошо освещены в литературе и в дайной книге не рассматриваются.

При написании книги использованы материалы по однокристальным микроЭВМ 8048 и 8748 фирмы Inlel. TMS-1000 фирмы Texas Instruments, а также работы [9-12], касающиеся бытовых микроконтроллеров серии К145.

Для облегчения чтения последующего материала приведем пояснения к некоторым часто используемым определениям [2-4, 13-16].

Процессор--это основная часть ЭВМ, осуществляющая процесс обработки данных и управляющая им.

Микропроцессор (МП) - программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управления им, построенное на одной или нескольких интегральных микросхемах.

Микропроцессорная интегральная микросхема - интегральная микросхема, выполняющая функцию микропроцессора (микроконтроллера) или его части.

Микропроцессорная сеедмя - микропроцессорная интегральная микросхема, реализующая часть микропроцессора (микроконтроллера) и обладающая средст-



вами простого функционального объедпнення с однотипными или другими микропроцессорными секциями для построения закопченных микропроцессоров, микроконтроллеров или микро-ЭВМ.

Однокристальный микропроцессор (ОМП) - микропроцессор, выполненный в виде одной большой интегральной микросхемы.

Однокристальная микросистелш - управляющая микропроцессорная система, выполненная в виде одной большой интегральной микросхемы.

Серия интегральных микросхем (серия) - совокупность типов интегральных микросхем, которые могут выполнять различные функции, имеют единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначены для совместного применения.

Микропроцессорный комплект БИС (МПК) - совокупность микропроцессорных и других интегральных микросхем, совместимых по архитектуре, конструктивному исполнению и электрическим параметрам и обеспечивающих возможность совместного применения.

Микропроцессорный набор - совокупность микропроцессорных и других интегральных микросхем микропроцессорного комплекта БИС. номенклатура и количество которых необходимы и достаточны для построения конкретного изделия вычислительной или управляющей техники.

Микропроцессорная электронная вычислительная машина (микроЭВМ) - цифровая электронная вечислнтельная машина с интерфейсом ввода-вывода, состоящая из микропроцессора, полупроводниковой памяти и при необходимости пульта управления и источников электропитания, объединенных общей несущей конструкцией.

Однокристальная микроЭВМ (ОМЭВМ) - микроЭВМ, выполиеппая в виде одной большой интегральной микросхемы.

Память электронной вычислительной машины - функциональная часть ЭВМ, предназначенная для запоминания и (или) выдачи данных. По функциональному назначению память может быть оперативная, буферная и т. д.

Запоминающее устройство (ЗУ) - изделие, реализующее память.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - внутреннее запоминающее устройство, обеспечивающее возможность оперативного изменения информации, используемое для записи, хранения и выдачи информации, в том числе во вре-•мя выполнения программы и имеющее длительность цикла обращения, соизмеримую с длительностью цикла выполнения микропроцессором основных операций.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - запо.минающес устройство с неизменяемым содержимым памяти.

В полупроводниковые ПЗУ информация записывается в процессе изготовления микросхемы путем соответствующего соедипепня запоминающих элементов на поверхности кристалла.

Программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) - постоянное запоминающее устройство, в которое информация заносится однократно потребителем НС в составе изделия и не может быть впоследствии изменена.

Репрограммируемое постоянное запоминаюиее устройство (РПЗУ) - постоянное запоминающее устройство, в котором информация может неоднократно изменяться с помощью специальных средств стирания и записи. Иногда такие ПЗУ называют также «перепрограммируемое ПЗУ».

На основе микропроцессорных интегральных микросхем создаются микропроцессорные средства и системы (МСС)-это совокупность изделий вычисли-



телыюй и управляющей техники и их функционально и конструктивно законченных составных частей.

Нас интересуют управляющие микропроцессорные системы (УМС) - это микропроцессорные системы, содержащие микроЭВМ, устройства связи с объектом (с датчиками и исполнительными органами управляемого объекта) и периферийные устройства. Управляющая микропроцессорная система может не иметь собственных источников питания и органов управления.

В дальнейшем мы часто используем понятие микроконтроллер - это устройство управления, выполненное на основе микропроцессорного набора или микропроцессорной интегральной микросхемы и работающее по жесткому алгоритму с ограниченным набором входных сигналов.

Микропроцессоры, как и любая цифровая система, работают обычно в двоичной системе счисления, однако из-за простоты представления цифр в восьмеричной и шестнадцатеричной системах иногда используют и эти системы счисления для записи цифр. Один двоичный разряд называют битом, а восемь двоичных разрядов - восемь бит информации называются байтом. При оценке емкости памяти используют понятие К - это 1024 бит или килобит информации.

В двоичной системе используются цифровые символы О и 1, в восьмеричной - О, I, 2, 3, 4, 5, 6, 7, а в шестнадцатеричной - О, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. 9. А, В, С, D, Е, F. Причем символ А - соответствует десятичной цифре-10, В - 11, С - 12, D - 13, Е - И, F - 15.

Для перевода числа из двоичной системы в десятичную следует записать полином по степеням числа 2. Рассмотрим, например, для числа 1011,1:

1011,12 = lX2з + 0X2-lX2--lX2»-1X2- =

= 1X8+0X4+1X2+1X1 + 1X0,5=11,510, т, е. 11,5 есть десятичный эквивалент числа 1011,1. Для преобразования двоичного числа в восьмеричную форму следует объединить двоичные цифры в группы по 3 бита (три двоичных разряда), продвигаясь от запятой вправо и влево. Если необходимо, то к началу целой части и концу дробной добавляют нули Затем каждую трехбитовую группу заменяют восьмеричной цифрой. Для рассмотренного выше примера проведем преобразования в восьмеричный код:

1011,12 = 001011,1002= 13,48 Аналогично для шестпадцатеричного кода каждой шестнадцатеричной цифре будет соответствовать группа из четырех бит, т, е.

1011,Ь=1011,1000. = 8,8,з,

Рассмотрим еще пример;

101111,01:=] 01111,0!0 = 57,2з = 00101 И!,0100, = 2F,4ie. Часто информация представляется в виде двоично-десятичного кода (иногда его называют код 8421). Это удобно прн индикации информации, так как каждые 4 бита дают информацию в свой десятичный разряд индикатора. Он образуется заменой каждого десятичного разряда в десятичном числе его четырехбитовым двоичным представлением. Например, число 961 будет представлено 1001010001. При работе с двоичными числами используется двоичная (булева) алгебра. Двоичная (булева) алгебра имеет дело с двумя константами - логическим О и логической I. Дадим определения наиболее важных операций. Операция И (логическое умножение или конъюнкция) обозначается точкой между переменными





[0] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

0.0036