Nazorat uchun savollar - Ma’ruza mavzu: mikrokontrollerni tashkillashtirish Reja

Nazorat uchun savollar
1.MK kristaliga qanday tashqi qurilmalar joylashtirilgan (integratsiyalashtirilgan)? 2.MK asos funksional bloki qanday qurilmalardan tashkil topgan?
3.MK qo‘llanadigan manzillash usullarining xususiyatlarini bayon qiling. 4.Mikrokontrollerda buyruqlarni bajarilish tartibini bayon qiling.
5.MK dasturlar hotirasini turlari va vazifalarini ko‘rib chiqing. 6.MK ning axborotlar OXQ qanday ish tartibda ishlaydi?
7.Kesh-hotiraning vazifasi nimadan iborat?
18. Kesh-hotiraning kogorentligi deganda nimani tushunas?
AVR va PIC turidagi keng qo‘llaniladigan mikrokontrollerlar va ularni boshqarish tizimlarini loyihalashda qo‘llash.
AVR mikrokontrolleri quyidagilarni o'z ichiga oladi: tezkor RISC protsessori, ikki turdagi doimiy xotira (Flash dastur xotirasi va EEPROM ma'lumotlar xotirasi), operativ xotira, kiritish-chiqarish portlari va turli xil periferik interfeys sxemalari.
Markaziy protsessor
CISC va RISK
Ko‘rsatmalar soniga ko‘ra mikroprotsessorlar CISC (Complex Instruction Set Compyuter) va RISC (Reduced Instruction Set Compyuter) ga bo‘linadi. CISC atamasi murakkab ko‘rsatmalar tizimini, RISC qisqartmani anglatadi.
RISC g‘oyasi bitta soat siklida bajarilishi mumkin bo‘lgan ko‘rsatmalarni diqqat bilan tanlashdir. Bu. Protsessorning apparat ta’minoti soddalashtirildi, tranzistorlar soni kamayadi, quvvat sarfi va narxi kamayadi.
Shubhasiz, umumiy holatda bitta CISC buyrug‘i bir nechta RISC buyruqlariga mos kelishi kerak. Biroq, odatda RISC ning ishlash yutuqlari yo‘qotishlardan ustun turadi. Shunday qilib, 8051-dagi eng tezkor buyruq 12 soat siklida bajariladi. Har bir CISC buyrug‘i uchun uchta RISC ko‘rsatmalarini bajarish kerak bo‘lsa ham, oxir-oqibat RISC arxitekturasi 4 barobar samaraliroq bo‘ladi.
Hozirgi vaqtda RISC va CISC o‘rtasidagi chegara xiralashgan. Misol uchun, AVR-larda 133 ta ko‘rsatma mavjud, bu CISC, lekin ularning aksariyati bir taktli siklda bajariladi, bu RISC xususiyatidir. Shu sababli, RISC ning asosiy xususiyati ko‘rsatmalarning bir soat siklida bajarilishi hisoblanadi.
AVR mikrokontrollerlarining yuragi RISC arxitekturasi tamoyillari asosida qurilgan 8 bitli mikroprotsessorli yadro yoki markaziy protsessor (CPU) hisoblanadi. Ushbu blokning asosini arifmetik mantiq birligi (ALU) tashkil etadi. Dastur hisoblagichi (Dastur hisoblagichi - ShK) tarkibiga muvofiq dastur xotirasidan tizim takoti signali asosida keyingi instruksiya tanlanadi va ALU bajariladi. Dastur xotirasidan buyruq tanlanganda oldingi tanlangan buyruq bajariladi, bu esa unga 1 MGts chastotada 1 MIPS tezlikka erishish imkonini beradi.
ALU umumiy maqsadli RON registrlariga (General Purpose Registers - GPR) ulangan. Faqat 32 ta umumiy maqsadli registrlar mavjud, ular bayt formatida, ya'ni ularning har biri sakkiz bitdan iborat. RONlar RAM manzil maydonining boshida joylashgan, ammo jismoniy jihatdan uning bir qismi emas. Shuning uchun ularga ikki xil usulda (registrlar va xotira sifatida) kirish mumkin. Ushbu yechim AVR xususiyati bo'lib, mikrokontrollerning samaradorligi va ish faoliyatini oshiradi. Registrlarning operativ xotiradan farqi shundaki, registrlar yordamida har qanday amallarni (arifmetik, mantiqiy, bit) bajarish mumkin, lekin registrlardan olingan ma’lumotlarni faqat operativ xotiraga yozish mumkin.
Xotira
Fonneumann va Garvard arxitekturasi
1945 yilda amerikalik matematik Jon fon Neyman zamonaviy kompyuterlarning asosiy tamoyillarini shakllantirdi. U o'z nomini olgan (von Neumann arxitekturasi) va umumiy xotirada dasturlar va ma'lumotlarni saqlashni o'z ichiga olgan arxitekturani taklif qildi (1946). Bugungi kunda ushbu arxitektura kompyuterlarda foydalanish uchun mo'ljallangan mikroprotsessorlar uchun eng xosdir. Misol tariqasida mikroprotsessorlarning x86 oilasini keltirish mumkin.Dastur va ma'lumotlar xotirasidan alohida foydalanishni o'z ichiga olgan arxitektura Garvard arxitekturasi deb ataladi. Garvard arxitekturasi markaziy protsessorga dastur xotirasi va ma'lumotlar xotirasi bilan bir vaqtda ishlash imkonini beradi, bu esa unumdorlikni sezilarli darajada oshiradi. AVR mikrokontrollerlari Garvard arxitekturasini amalga oshiradilar, unga ko'ra nafaqat dastur xotirasi va ma'lumotlar xotirasining manzil maydonlari, balki ularga kirish avtobuslari ham ajratiladi. Ma'lumotlar xotirasi sohalarining har biri (RAM va EEPROM) ham o'z manzil maydonida joylashgan.
Dastur xotirasi (Flash ROM yoki Flash ROM)
Dastur xotirasi mikrokontrollerning ishlashini boshqaruvchi buyruqlar ketma-ketligini saqlash uchun mo'ljallangan va 16-bitli tashkilotga ega. Barcha AVR-larda Flash dastur xotirasi mavjud bo'lib, ular turli o'lchamlarda bo'lishi mumkin - 1 dan 256 KB gacha. Uning asosiy afzalligi shundaki, u elektr qayta dasturlash printsipi asosida qurilgan, ya'ni ma'lumotlarni qayta-qayta o'chirish va yozib olish imkonini beradi. Dastur AVR Flash xotirasiga an'anaviy dasturchi yordamida ham, SPI interfeysi yordamida, shu jumladan to'g'ridan-to'g'ri yig'ilgan platada ham kiritiladi. Tiny11 va Tiny28 dan tashqari barcha AVR mikrokontrollerlari SPI aloqa interfeysi orqali sxemada dasturlash (ISP funksiyasi) imkoniyatiga ega.
Mega oilasining barcha mikrokontrollerlari o'z-o'zini dasturlash qobiliyatiga ega, ya'ni o'zlarining dastur xotirasi tarkibini mustaqil ravishda o'zgartiradilar. Bu xususiyat ular asosida juda moslashuvchan tizimlarni yaratishga imkon beradi, ularning ishlash algoritmi har qanday ichki sharoit yoki tashqi hodisalarga qarab mikrokontrollerning o'zi tomonidan o'zgartiriladi. Ikkinchi avlod AVR mikrokontrollerlari uchun flesh-xotirani qayta yozish sikllarining kafolatlangan soni odatdagi qiymati 100 ming sikl bo'lgan kamida 10 ming tsiklni tashkil qiladi. (Atmel Corp.ning rasmiy ma'lumotlar varag'ida 10K sikl ko'rsatilgan.)
Ma'lumotlar xotirasi Ma'lumotlar xotirasi uch qismga bo'linadi: registr xotirasi, tasodifiy kirish xotirasi (RAM) va doimiy xotira (EEPROM). Registr xotirasi (RON va RVV) Registr xotirasi faylga birlashtirilgan 32 ta umumiy maqsadli registrlarni (RON yoki GPR) va xizmat kiritish/chiqish registrlarini (RVV) o'z ichiga oladi. Ikkalasi ham RAM manzil maydonida joylashgan, ammo uning bir qismi emas. Kirish/chiqish registrlari sohasida turli xil xizmat registrlari (mikrokontrollerni boshqarish registrlari, holat registrlari va boshqalar), shuningdek mikrokontroller tarkibiga kiritilgan periferik qurilmalarni boshqarish registrlari mavjud. Aslida, mikrokontrollerni boshqarish ushbu registrlarni boshqarish bilan bog'liq. O'zgaruvchan ma'lumotlar xotirasi (EEPROM) Mikrokontroller tizimining ishlashi davomida o'zgarishi mumkin bo'lgan turli xil ma'lumotlarni uzoq muddatli saqlash uchun EEPROM xotirasi ishlatiladi. Barcha AVR-larda 64 baytdan 4 KB gacha bo'lgan uchuvchan bo'lmagan elektr qayta yoziladigan EEPROM ma'lumotlar xotirasi birligi mavjud. To'g'ridan-to'g'ri bajarilishi paytida mikrokontroller dasturiga kirish mumkin bo'lgan ushbu turdagi xotira oraliq ma'lumotlarni, turli xil konstantalarni, koeffitsientlarni, seriya raqamlarini, kalitlarni va boshqalarni saqlash uchun qulaydir. EEPROM tashqi tomondan SPI interfeysi orqali yoki an'anaviy dasturchi yordamida yuklanishi mumkin. O'chirish/yozish sikllari soni kamida 100 ming.Tasodifiy kirish xotirasi (RAM yoki RAM) Ichki statik xotira Statik RAM (SRAM) bayt formatiga ega va ma'lumotlarni operativ saqlash uchun ishlatiladi. Operativ xotira hajmi turli mikrosxemalar orasida 64 baytdan 4 KBgacha farq qilishi mumkin. RAMda o'qish va yozish davrlarining soni cheklanmagan, ammo ta'minot kuchlanishi o'chirilganda barcha ma'lumotlar yo'qoladi. Ba'zi mikrokontrollerlar uchun 64K gacha bo'lgan tashqi statik RAMni ulash mumkin.
Periferiya
AVR mikrokontrollerining tashqi qurilmalari quyidagilarni o'z ichiga oladi: portlar (3 dan 48 tagacha kirish va chiqish liniyalari), tashqi uzilishlarni qo'llab-quvvatlash, taymer-hisoblagichlar, kuzatuv taymerlari, analog komparatorlar, 10-bitli 8-kanalli ADC, UART, JTAG va SPI interfeyslari, qurilma quvvatini pasaytirish. ta'minot, impuls kengligi modulyatorlari.
Kirish/chiqish (I/U) portlari
AVR ning I/U portlari 3 dan 53 gacha bo'lgan bir qancha mustaqil kirish/chiqish liniyalariga ega. Har bir port liniyasi kirish yoki chiqish sifatida dasturlashtirilishi mumkin. Kuchli chiqish drayverlari, masalan, LED va bipolyar tranzistorlarni mikrokontrollerga to'g'ridan-to'g'ri ulash imkonini beruvchi maksimal qiymati 40 mA bo'lgan har bir port liniyasi uchun 20 mA oqim o'tkazuvchanligini (cho'kish oqimi) ta'minlaydi. Bitta portning barcha liniyalaridagi umumiy oqim yuki 80 mA dan oshmasligi kerak (barcha qiymatlar 5 V kuchlanish uchun berilgan).
AVR-da kirish/chiqish portlarini qurishning me'moriy xususiyati shundaki, har bir jismoniy chiqish (pin) uchun umumiy 8-bitli mikrokontrollerlarda (Intel, Microchip, Motorola va boshqalar) bo'lgani kabi 2 ta emas, 3 ta nazorat/nazorat biti mavjud. .). Bu xavfsizlik uchun xotirada port tarkibining nusxasiga ega bo'lish zaruratining oldini oladi va tashqi qurilmalar bilan ishlashda, ayniqsa tashqi elektr shovqini bo'lgan muhitda mikrokontroller tezligini yaxshilaydi. Interrupts (INTERRUPTS) Interrupt tizimi mikrokontrollerning eng muhim qismlaridan biridir. Barcha AVR mikrokontrollerlari ko'p darajali uzilish tizimiga ega. Interrupt ichki yoki tashqi hodisa bilan aniqlangan ustuvor vazifani bajarish uchun dasturning normal oqimini to'xtatadi. Har bir bunday hodisa uchun alohida dastur ishlab chiqiladi, u uzilish so'rovini qayta ishlash pastki dasturi (qisqacha aytganda, uzilishlar pastki dasturi) deb ataladi va dastur xotirasida joylashgan. Uzilishga olib keladigan hodisa ro'y berganda, mikrokontroller dastur hisoblagichining tarkibini saqlaydi, protsessorning joriy dasturni bajarishini to'xtatadi va uzilish tartibini bajarishga kirishadi. Uzilish tartibini bajargandan so'ng, avval saqlangan dastur hisoblagichi tiklanadi va protsessor to'xtatilgan dasturni bajarishga qaytadi. Har bir hodisaga ustuvorlik berilishi mumkin. Prioritet tushunchasi shuni anglatadiki, ishlayotgan uzilish tartibi faqat joriyidan yuqoriroq ustuvorlikka ega bo'lsa, boshqa hodisa tomonidan to'xtatilishi mumkin. Aks holda, markaziy protsessor yangi hodisani faqat avvalgisini qayta ishlashni tugatgandan keyingina qayta ishlashni boshlaydi. Taymerlar/hisoblagichlar (TIMER/COUNTERS) AVR mikrokontrollerlari 1 dan 4 gacha kengligi 8 yoki 16 bit bo'lgan taymerlarni/hisoblagichlarni o'z ichiga oladi, ular ham ichki soat manbasidan taymer sifatida, ham tashqi hodisalarni hisoblagich sifatida ishlashi mumkin. Ular vaqt oraliqlarini aniq shakllantirish, mikrokontrollerning pinlarida impulslarni hisoblash, impulslar ketma-ketligini yaratish va ketma-ket aloqa kanali qabul qiluvchining soatini hisoblash uchun ishlatilishi mumkin. PWM rejimida taymer/taymer puls kengligi modulyatori bo'lishi mumkin va dasturlashtiriladigan chastota va ish aylanishi bilan signal yaratish uchun ishlatiladi. Taymerlar/hisoblagichlar uzilish so'rovlarini yaratishga, protsessorni voqealar asosida ularga xizmat ko'rsatishga o'tkazishga va uni vaqti-vaqti bilan taymerlarning holatini so'rash zaruratidan ozod qilishga qodir. Mikrokontrollerlar asosan real vaqt tizimlarida qo'llanilganligi sababli, taymerlar/hisoblagichlar eng muhim elementlardan biridir. Watchdog taymeri (WDT) Watchdog taymeri tasodifiy dastur nosozliklarining halokatli oqibatlarini oldini olish uchun mo'ljallangan. U 1 MGts chastotada ishlaydigan o'zining RC osilatoriga ega. Asosiy ichki RC osilatorida bo'lgani kabi, 1 MGts qiymati taxminiydir va birinchi navbatda mikrokontrollerning besleme kuchlanishiga va haroratiga bog'liq. Kuzatuv taymeridan foydalanish g'oyasi juda oddiy va uni dastur yoki tashqi ta'sir nazorati ostida uning muddati tugashidan va protsessor qayta o'rnatilgunga qadar muntazam ravishda qayta o'rnatishdan iborat. Agar dastur normal ishlayotgan bo'lsa, protsessorning qayta o'rnatilishini oldini olish uchun watchdog reset buyrug'i muntazam ravishda bajarilishi kerak. Agar mikroprotsessor tasodifan dastur doirasidan tashqariga chiqsa (masalan, elektr ta'minoti pallasida kuchli shovqin tufayli) yoki dasturning biron bir qismiga yopishib qolsa, qo'riqchini tiklash buyrug'i etarli vaqt va to'liq protsessor uchun bajarilmaydi. barcha registrlarni ishga tushirish py va tizimni ish holatiga keltiruvchi reset sodir bo'ladi. Analog komparator (AC) Analog komparator mikrokontrollerning ikkita pinidagi kuchlanishlarni solishtiradi. Taqqoslash natijasi dasturdan o'qilishi mumkin bo'lgan mantiqiy qiymat bo'ladi. Analog komparatorning chiqishi analog komparatordan uzilishga ulanishi mumkin. Foydalanuvchi uzilishni ko'tarilgan yoki tushgan chekkada yoki kalitda tetiklash uchun sozlashi mumkin. Mega8515 analog-raqamli konvertordan (A/D CONVERTER) tashqari barcha zamonaviy AVRlarda mavjud. Analog-raqamli konvertor (ADC) uning kirishiga qo'llaniladigan kuchlanishning raqamli qiymatini olish uchun ishlatiladi. Ushbu natija ADC ma'lumotlar registrida saqlanadi. Mikrokontroller pinlaridan qaysi biri ADC kirishi bo'lishi tegishli registrga kiritilgan raqam bilan aniqlanadi. Umumjahon ketma-ket qabul qiluvchi (UART yoki USART) Universal asinxron yoki universal sinxron/asinxron qabul qiluvchi (Universal Sinxron/Asinxron qabul qiluvchi va uzatuvchi - UART yoki USART) mikrokontrollerni tashqi dunyo bilan almashish uchun axborot kanalini tashkil qilish uchun qulay va oddiy seriyali interfeysdir. Dupleks rejimida ishlashga qodir (bir vaqtning o'zida ma'lumotlarni uzatish va qabul qilish). U RS-232 standart protokolini qo'llab-quvvatlaydi, bu esa shaxsiy kompyuter bilan bog'lanish imkonini beradi. (MK va kompyuterni ulash uchun sizga, albatta, signal darajasini ulash sxemasi kerak bo'ladi. Buning uchun maxsus chiplar mavjud, masalan, MAX232.) Seriyali periferik interfeys SPI Seriyali periferik uch simli interfeys SPI (Serial Peripheral Interface) ishlab chiqilgan. ikki qurilma o'rtasida ma'lumotlar almashinuvini tashkil qilish. U mikrokontroller va raqamli potansiyometrlar, DAC/ADC, FLASH ROM va boshqalar kabi turli qurilmalar o'rtasida ma'lumot almashish uchun ishlatilishi mumkin. Ushbu interfeysdan foydalanib, bir nechta AVR mikrokontrollerlari o'rtasida ma'lumot almashish qulay. Bundan tashqari, mikrokontroller SPI interfeysi orqali dasturlashtirilishi mumkin. Ikki simli ketma-ket interfeys TWI Ikki simli ketma-ket interfeys TWI (Two-wire Serial Interface) Philips I2C (ikki simli ikki tomonlama avtobus) interfeysining asosiy versiyasining to'liq analogidir. Ushbu interfeys soat chizig'i (SCL) va ma'lumotlar liniyasidan (SDA) tashkil topgan ikki yo'nalishli avtobus yordamida 128 tagacha turli xil qurilmalarni bir-biriga ulash imkonini beradi. JTAG interfeysi JTAG interfeysi Joint Test Action Group tomonidan ishlab chiqilgan va sanoat standarti sifatida ro'yxatga olingan, IEEE Std 1149.1-1990. To'rt simli JTAG interfeysi tenglikni sinovdan o'tkazish, kontaktlarning zanglashiga olib tashlash va mikrokontroller dasturlash uchun ishlatiladi.Ko'pgina Mega oilasi mikrokontrollerlarida IEEE Std 1149.1 standartiga mos JTAG yoki chipda nosozliklarni tuzatish uchun debugWIRE interfeysi mavjud. Bundan tashqari, 16 KB yoki undan katta flesh-xotiraga ega barcha Mega mikrokontrollerlari JTAG interfeysi orqali dasturlashtirilishi mumkin.Soat generatori Soat generatori barcha mikrokontroller tugunlarining ishlashini sinxronlashtirish uchun impulslarni hosil qiladi. AVR ning ichki soati bir nechta mos yozuvlar manbalaridan (tashqi osilator, tashqi kristall, ichki yoki tashqi RC) boshqarilishi mumkin. Minimal ruxsat etilgan chastota hech qanday tarzda cheklanmaydi (bosqichma-bosqich rejimga qadar). Maksimal ish chastotasi mikrokontrollerning o'ziga xos turi bilan belgilanadi va Atmel tomonidan o'z xususiyatlarida ko'rsatilgan, ammo ish chastotasi, masalan, xona haroratida 10 MGts bo'lgan deyarli har qanday AVR mikrokontrolleri osongina 12 MGts ga "overclock" qilinishi mumkin. Real vaqt tizimi (RTC) RTC barcha Mega mikrokontrollerlarida va ikkita "klassik" kristallarda - AT90(L)S8535da amalga oshiriladi. RTC taymer/taymerida dasturiy ta'minotda asosiy soat manbaiga yoki qo'shimcha asinxron mos yozuvlar manbasiga (kristal yoki tashqi soat) ulanishi mumkin bo'lgan alohida oldindan o'lchov moslamasi mavjud. Buning uchun mikrosxemaning ikkita pinlari ajratilgan. Ichki osilator tashqi 32,768 kHz chastotali kvarts soati bilan ishlash uchun optimallashtirilgan.
|