Основные понятия и определения микропроцессорной техники. Понятие об архитектуре микропроцессорной системы. Классификация однокристальных микроконтроллеров (ОМК) и микропроцессоров. RISC-архитектура ОМК. Основные типы МПСУ. Принципы построения и структура технических средств микропроцессорного контроллера (МПК). Основные этапы разработки микропроцессорной системы. Цифровые сигнальные процессоры.

1.2.Основные определения. Классификация МПК

Микропроцессор (МП) - функционально законченный процессор ЭВМ реализованный в виде одной или нескольких БИС и предназначен для обработки цифровой информации по заданным программам.

Микропроцессорный контроллер (МПК) - функционально законченная микро-ЭВМ, предназначенная для целей контроля и управления.

МПК может реализовываться на следующей элементной базе:

-однокристальных микропроцессорах (ОМП);

-секционных (многокристальных) МП;

-однокристальных микроконтроллерах (ОМК);

-сложных матричных программируемых логических схемах (ПЛИС, PLD, CPLD и др.).

ОМК - функционально законченный МПК, реализованный в виде одной СБИС (сверх-БИС).ОМК включает в состав: процессор, ОЗУ, ПЗУ, порты ввода/вывода для подключения внешних устройств, модули ввода аналогового сигнала АЦП, таймеры, контроллеры прерывания, контроллеры различных интерфейсов и т. д.

Простейший ОМК представляет собой БИС площадью не более 1 см и всего с восемью выводами.

1.3.Классификация ОМК

Различают:

1)Периферийные (интерфейсные) ОМК предназначен для реализации простейших МП систем управления. Имеют малую производительность и малые габаритные размеры. В частности может использоваться периферийными устройствами ЭВМ (клавиатура, мышь и т. п.)

К ним относятся: PIC - Micro Chip, VPS - 42 (Intel).

2)Универсальные 8-разрядные ОМК предназначены для реализации МП систем малой и средней производительности.

Имеют простую систему команд и большую номенклатуру встроенных устройств.Основные типы: MSC - 51 (Intel)

Motorola HC05 - HC012 и др.

3)Универсальный 16-разрядный ОМК. Предназначен для реализации систем реального времени средней производительности. Структура и система команд нацелены на скорейшую реакцию на внешние события.

Наибольшее использование имеют в системах управления электродвигателями (мехатронные системы).

4)Специализированные32-разрядныеОМКреализуют высокопроизводительную ARM архитектуру и предназначены для систем телефонии, передачи информации, телевидения и других , требующие высокоскоростной обработки информации.

К типовым 16-разрядным ОМК относятся: MSC96/196/296 (Intel), C161-C167 (Siemens, Infineon), HC16 Motorola и др. 5) Цифровые сигнальные процессоры (DSP - Digital Signal Processor) предназначен для сложной математической обработки измеряемых сигналов в режиме реального времени. Широко используются в телефонии и связи. Основные отличия DSP: повышенная разрядность обрабатываемых слов (16,32,64 бита) и высокая скорость в формате с плавающей точкой (16 flops).Производители: Texas Instruments (TMS 320 и др.), Analog Device (ADSP 2181 и др.).

1.4.Основные архитектуры процессоров ОМК

В современных ОМК применяются следующие архитектуры процессоров :

-RISC - (Reduce Instruction Set Commands ) архитектура с сокращенным набором команд.

-CISC - (Complex Instruction Set Commands) традиционная архитектура с расширенным

набором команд.

-ARM - (Advanced RISC - machine) усовершенствованная RISC архитектура.

Главная задача RISC архитектуры обеспечение наивысшей производительности процессора. Её отличительными чертами является:

-малое число команд процессора (несколько десятков);

-каждая команда выполняется за минимальное время (1-2 машинных цикла, такта).

-максимально возможное число регистров общего назначения процессора (несколько тысяч);

-увеличенная разрядность процессора (12,14,16 бит).

Современная RISC архитектура включает, как правило, только последние 3 пункта, т.к. за счет повешенной плотности компоновки БИС стало возможным реализовать большое количество команд.

В современных 32-разрядных ОМК используют ARM архитектуру (расширенная RISC архитектура с суперсокращением команд ТНЦМВ ).

1.5.Классификация микропроцессорных систем

МПС делят на три основных типа:

-программно-логического управления (ПЛУ);

-системы сбора и обработки информации (СОИ);

-системы цифрового автоматического управления (ЦАУ).

Системы ПЛУ характеризуются тем, что все измеренные сигналы Xt и выданные на объект сигналы управления Y имеют логический характер (да/нет, вкл/выкл).

МПУ

Y1

X1

И-

Xn

ОУ

Yi = {1 или 0}; Xi = {1 или 0}

i=1,mг=1,и

Yi как

Логические сигналы управления вычисляются в МПУ программно, выходные сигналы логических функций или конечных логических аппаратов.

Системы СОИ предназначены для выполнения трех основных функций:

-постоянный опрос и измерение сигналов с группы датчиков (датчики давления, температуры, тока и т. д.) находящихся на объекте

-первичная обработка измерений информации (устранение помех, преобразование формата данных и т. д.)

-сохранение блоков измеренной информации в памяти или передача её на ЭВМ верхнего уровня (ЭВМ ВУ)

Общая структура имеет вид:

к ЭВМ ВУ

АК

НУ1

Д1

6

НУп

Д п

ОУ

Д1,..., Дп - датчики на ОУ.

НУ 1,...,НУп - нормирующие устройства, преобразующие сигнал с датчиков в требуемый диапазон для измерения АЦП.

АК - аналоговый коммутатор, осуществляет подключение одного из датчиков к АЦП для измерения

Системы ЦАУ предназначены для организации с замкнутого контура управления объектом и реализует функции автоматического

регулятора, уравнением.

заданного Z-передаточной функцией

или

разностным

исполнительное

задающее 9<->-

воздействие

ИУ -

устройство;

СУ - согласующее устройство, усиливающее сигнал с ЦАП или ШИМ до уровня требуемого ИУ. ШИМ - широтно-импульсный модулятор, используется для преобразования кода в аналоговый сигнал, путем модуляции ширины импульса.