Descrivere le caratteristiche dei sistemi di microprocessore di calcolo e controllo. Sistemi a microprocessore. Fornire sistemi di microprocessore immunità al rumore

Sistema di microprocessore (MPS) è un sistema che include almeno 1 microprocessore (MP), un dispositivo di archiviazione (memoria), un dispositivo di ingresso / uscita (UVV), un dispositivo di accoppiamento del pneumatico di sistema con dispositivi I / O (controller), un bus di sistema.

Questo sistema può essere considerato come un esempio di un sistema elettronico progettato per elaborare i segnali di ingresso e il rilascio dei segnali di uscita. Il ruolo dei segnali di ingresso e di uscita è possibile utilizzare segnali analogici, segnali digitali singoli, codici digitali, una sequenza di codici digitali. In questo sistema, come in qualsiasi sistema digitale, i segnali analogici di ingresso vengono convertiti in una sequenza di codici utilizzando i convertitori analogici (ADC) e il modulo di segnali analogici di uscita dalla sequenza dei codici utilizzando i convertitori analogici digitali (DAC). Le informazioni vengono elaborate e memorizzate in forma digitale.

Informazioni generali sui sistemi di microprocessore

A causa del set di applicazioni di MP e Microevm, è possibile classificare i MPS a livello di sistema. Possono essere rappresentati:

• sistemi di monitoraggio e gestione integrati;
• sistemi di accumulo e elaborazione locali;
• sistemi di controllo distribuiti per oggetti complessi;
• sistemi di elaborazione parallela ad alte prestazioni distribuiti.

Sulla base del precedente, nel nostro tempo sono state determinate le seguenti aree prioritarie, in cui si applica ai MPS:

• tecnica di comunicazione;
• sistemi di controllo;
• attrezzature per la casa e il commercio;
• attrezzatura di controllo e misurazione;
• equipaggiamento militare;
• macchine informatiche, sistemi, complessi e reti;
• trasporto.

Il processo di attuazione dei MPS all'area delle attrezzature di strumentazione ha permesso di aumentare significativamente l'accuratezza delle misurazioni e dell'affidabilità, e ha anche ampliato la funzionalità degli strumenti e ha assicurato le seguenti funzioni: calibrazione, correzione e compensazione della temperatura, controllo e Controllo del complesso di misurazione, creazione di soluzioni e di elaborazione dati, diagnostica di malfunzionamento, indicazioni, test e dispositivi di controllo.

L'introduzione dei parlamentari nei sistemi di comunicazione ha portato ad un crescente spostamento dei metodi analogici digitali, che ha portato al loro uso diffuso in codici, convertitori multiplexer, dispositivi di controllo degli errori, unità di controllo dell'apparecchiatura di ricezione e trasmissione.

Nota 1.

I parlamentari in dispositivi come terminali e registri di cassa di banche, terminali di check-out dei centri commerciali, ecc. Erano sempre più ampi. L'uso di MP e MPS in elettrodomestici consente di aprire la sua ampia opportunità nel campo dell'efficienza, migliorare l'affidabilità e l'uso diversificato.

L'uso dei parlamentari in diversi campi equipaggiamento militare cresce annualmente - dai sistemi di navigazione aeromobile Prima di controllare il movimento dei robot di trasporto.

Tipi principali di sistemi a microprocessore

Distinguere il seguente tipi principali di MPS.:

• i microcontrollori sono il tipo più semplice in cui tutto o la maggior parte dei nodi di sistema sono rappresentati come un singolo chip;
• i controllori sono manager dei MPS, realizzati sotto forma di singoli moduli;
• i microcomputer sono i parlamentari più potenti, avendo sviluppato mezzi di interfaccia con dispositivi esterni;
• i computer di qualsiasi tipo sono i MPS più potenti e universali.

Un chiaro limite tra questi tipi a volte è abbastanza difficile, poiché la velocità di tutti i tipi di MP è in costante crescita, e succede che il nuovo microcontrollore potrebbe rivelarsi più velocemente, ad esempio un computer obsoleto. Ma le differenze fondamentali tra loro esistono.

I microcontrollori sono dispositivi universali, quasi sempre utilizzati come parte di dispositivi più complessi, compresi i controller. Il pneumatico del sistema del microcontrollore è all'interno del chip. Le possibilità di collegare dispositivi esterni al microcontroller sono limitati. I dispositivi integrati su microcontrollori sono solitamente utilizzati per eseguire un compito.

I controller sono solitamente creati per risolvere un'attività separata o un gruppo di attività ravvicinate. Non hanno la possibilità di collegare ulteriori nodi e dispositivi (grande memoria, strumenti I / O). Il loro pneumatico di sistema di solito non è disponibile per l'utente. Per struttura, il controller è semplice e ottimizzato per la massima velocità. Fondamentalmente, i programmi eseguiti da loro sono memorizzati in memoria permanente e non cambiano. I controller costruttivi sono prodotti come una tavola singola.

Nota 2.

I microcomputer differiscono dai controller una struttura più aperta, poiché sono autorizzati a connettersi al bus di sistema di diversi dispositivi aggiuntivi. I microcomputer nel framework, il caso con i connettori della linea di sistema sono disponibili per l'utente. I microcomputer hanno impianti di archiviazione delle informazioni sui supporti magnetici (dischi magnetici) e la comunicazione utente utilizzata (monitor video, tastiera). I microcomputer sono progettati per risolvere una gamma più ampia di attività rispetto ai controller, tuttavia, devono essere adattati a ciascuna nuova attività. I programmi eseguiti dal microcomputer possono essere facilmente sostituiti.

I computer, incluso personale, sono i più universali dai MPS. Forniscono la possibilità di migliorare, nonché le ampie possibilità di collegare nuovi dispositivi. Il bus computer è disponibile per l'utente. Oltre a questo, i dispositivi esterni (WU) hanno la possibilità di connettersi a un computer attraverso diverse porte di comunicazione integrata (il numero di porte può raggiungere fino a 10). Il computer ha strumenti di comunicazione altamente avanzati con un utente, memorizzazione a lungo termine di informazioni di grande volume, comunicazioni con altri computer su reti di informazione. La portata dei computer è la più diversificata: dai calcoli matematici e dalla manutenzione dell'accesso al database prima di gestire il lavoro di sistemi elettronici complessi, giochi per computer, ecc.

Figura 1. Schema di Logic MPS

dove D - Sensori, OU - L'oggetto di controllo, sono meccanismi esecutivi, BSD - L'unità di interfaccia con sensori, IR - Controller informativi, BSIK - Un blocco di interfaccia con controller informativi, op - La memoria principale, DP - Memoria aggiuntiva A seconda della memoria Sull'applicazione dei MPS ci sono specializzati e universali, incorporati e autonomi.

Sfondo Nimanan Architecture.

Conformemente all'organizzazione del campionamento e dell'esecuzione del team in MPS moderni, è utilizzata una delle due architetture: il Nymananovskaya (Princetone) o il fondo di Harvard.

La caratteristica principale dell'architettura dello sfondo-Neiman è quella di utilizzare la memoria complessiva per memorizzare programmi e dati.

Figura 2. Struttura dei parlamentari di sfondo Neuman

Il vantaggio principale di questa architettura è semplificare il dispositivo MPS, poiché l'appello è implementato solo a una memoria condivisa. Inoltre, l'uso di un'area unificata di memoria ha permesso di ridistribuire tempestivamente risorse tra le aree dei programmi e dei dati, che ha aumentato significativamente la flessibilità dei MP per software. Posizionare la pila nella memoria complessiva facilitata l'accesso ai suoi contenuti. Pertanto, questo tipo di architettura è diventato il principale per computer universali, incluso personale.

Architettura di Harvard

La caratteristica principale dell'architettura Harvard è quella di utilizzare spazi di indirizzi separati per la memorizzazione dei comandi e dei dati, come rappresentato in FIG. 3.

Figura 3. Struttura dei parlamentari con architettura di Harvard

Harvard Architecture fornisce una velocità potenzialmente più elevata dell'esecuzione del programma in confronto con il background di Nymanovskaya a causa della capacità di implementare le operazioni parallele. Il processo di campionamento del prossimo comando può essere parallelo al precedente. Questo metodo di attuazione delle operazioni consente di garantire l'esecuzione di vari comandi per lo stesso numero di clock, il che consente di determinare facilmente il tempo di esecuzione di cicli e sezioni critiche del programma.

Il microprocessore (MP) è un processore informatico funzionale implementato come uno o più bis ed è progettato per gestire le informazioni digitali su programmi specificati.

Controller a microprocessore (IPC) - Micro-computer completato funzionale, destinato a fini di controllo e gestione.

L'IPC può essere implementato nel seguente database degli elementi:

Microprocessori a chip a chip (OMP);

MP con sezione (multicristial);

Microcontrollori a chip singolo (omk);

Complessi schemi logici programmabili matrix (PLS, PLD, CPLD, ecc.).

Il più grande effetto dell'introduzione dei microprocessori è raggiungibile in dispositivi e sistemi di automazione locale, misurazione, sistemi di controllo, controllo e altre aree, in cui l'uso di strumenti di elaborazione dei dati digitali prima della comparsa di microprocessori non è progressiva. Resparativamente basso costo, dimensioni ridotte e consumi energetici, elevata affidabilità e eccezionale flessibilità che non è caratteristica di altri metodi di elaborazione dei dati forniscono la priorità del microprocessore ad altri strumenti di elaborazione dei dati. Il microprocessore è anche uno strumento conveniente per costruire controller progettato per controllare e controllare i processi tecnologici in vari settori dell'economia nazionale.

Il più grande effetto dell'utilizzo di microprocessori è ottenuto con una versione incorporata del suo utilizzo quando il microprocessore è incorporato all'interno degli strumenti, dei dispositivi o delle macchine. In questa forma di realizzazione, il microprocessore richiede tanta prestazione computazionale (moltiplicazione, divisione, ecc.), Caratteristica di un computer normale, quanta efficienza logica è così necessaria nelle attività di controllo.

OMK - Funzionalmente finito IPC implementato sotto forma di uno SBI (over-bis). OMK include: Processore, RAM, ROM, PORTE I / O Per il collegamento dei dispositivi esterni, i moduli di ingresso del segnale analogico ADC analogico, i timer, i controller di interruzione, i controller di varie interfacce, ecc.

L'OMK più semplice è un incoraggiamento non più di 1 e con otto conclusioni.

2. Classificazione dei sistemi a microprocessore (a scopo, responsabile, in base al metodo di gestione, secondo le caratteristiche tecnologiche costruttive);

Distinguere:

1) Periferico (interfaccia) omkprogettato per implementare i sistemi di controllo più semplici MP. Avere basse prestazioni e piccole dimensioni complessive. In particolare, i dispositivi periferici e-mail (tastiera, mouse, ecc.) Includono: PIC - Micro chip, VPS - 42 (Intel).

2) Umk universale a 8 bitprogettato per implementare i sistemi MP piccoli e medie prestazioni. Avere un semplice sistema di comando e una grande nomenclatura di dispositivi integrati. Tipi principali: MSC - 51 (Intel) MotorolaHC05 -HC012, ecc.

3) Umk universale a 16 bit. Progettato per implementare sistemi a media prestazioni in tempo reale. La struttura e il sistema dei comandi sono finalizzati a una rapida risposta agli eventi esterni. Il più grande utilizzo nei sistemi di controllo dei motori elettrici (sistemi meccatronici).

4) Omk specializzato a 32 bitimplementare l'architettura del braccio ad alte prestazioni e sono destinati ai sistemi di telefonia, alla trasmissione di informazioni, alla televisione e all'altra, che richiedono un'elaborazione delle informazioni ad alta velocità. Digitare OMK a 16 bit include: MSC96 / 196/296 (Intel), C161-C167 (Siemens, Infineon), HC16motorola DR.

5) Processori di segnale digitale (DSP - Processore del segnale digitale)progettato per un complesso elaborazione matematica dei segnali misurati in tempo reale. Ampiamente utilizzato nella telefonia e nella comunicazione. Le principali differenze tra DSP: un po 'aumentato delle parole trattate (16,32,64 bit) e ad alta velocità in formato punto flottante (16flops). Produttori: texasinstruments (TMS320 et al.), AnalogDevice (ADSP 2181, ecc.).

Di aree di utilizzo Sono state determinate le tre direzioni dello sviluppo dei microprocessori:

microcontrollers.

microprocessori universali

segnale microprocessore

Di struttura interna Ci sono due principi di base per la costruzione di microprocessori:

Architettura di Harvard

Sfondo Nimanan Architecture.

Di sistema di comando I microprocessori si distinguono per una grande varietà, a seconda del produttore. Ciononostante, è possibile definire due politiche estreme di microprocessori:

Microprocessori della batteria.

Microprocessori con registri generici

3. l'uso di sistemi a microprocessore (dalla selezione di uno studente);

I MPS sé stesso, dotati di una varietà di informazioni sui dispositivi di input (UVV), possono essere utilizzate come prodotto finito. Tuttavia, spesso ai MPS è necessario nutrire i segnali da una pluralità di sensori di misurazione e attuatori di un oggetto di controllo complesso o di un processo tecnologico. In questo caso, è già formato un sistema di calcolo complesso, il cui centro è MP. Semplice nel design architettonico dei microprocessori viene utilizzato per misurare gli intervalli di tempo, controllare le operazioni di calcolo più semplici (nei calcolatori), il lavoro di film, foto, radio e apparecchiature televisive. Sono utilizzati in sistemi di allarme di sicurezza e audio, elettrodomestici e dispositivi domestici.

La produzione di giochi elettronici con microprocessori si sta sviluppando rapidamente. Generano non solo mezzi di intrattenimento interessanti, ma consentono anche di verificare e sviluppare tecniche di conclusioni logiche, destrezza e tasso di reazione.

I videogiochi possono essere attribuiti a applicazioni che richiedono computer con un set limitato di funzioni. Oggi, le console di gioco consumano la massima quantità

se non si contano PC, microprocessori a 32 bit. MP Intel, Motorola ha ricevuto la più grande applicazione. Il dispositivo Sony PlayStation utilizza un processore MIPS a 32 bit e nell'applicazione video Nintendo 64 - anche 64 è il chip di scarico8 dello stesso produttore. I prodotti di Sega con i videogiochi Saturno e Genesis hanno portato il RISC - i processori della serie Hitachi SH nel terzo posto del mondo in termini di vendite tra i sistemi a 32 bit.

Buone prospettive promuovono processori a 32 bit i segretari elettronici personali (PDA) ed organizzatori elettronici. I moderni organizzatori elettronici sono un vivido esempio di applicazioni integrate, perché per loro non ci sono praticamente fornitori di software indipendenti. D'altra parte, il tipo PDA di Newton Type è Apple, infatti, nient'altro che una nuova piattaforma di elaborazione, il quale dipende dagli sviluppatori software (software).

Fino ad ora, i dispositivi con un set limitato di funzioni utilizzano il successo tra gli organizzatori elettronici. Ciononostante, ulteriore miglioramento della tecnologia può

per prelevare questi computer "manuali" nei leader assoluti, che in termini di vendite in termini fisici dovrebbero aggirare i PC.

Una caratteristica importante del MP è l'elaborazione preliminare di informazioni da dispositivi esterni (WU), trasformazione di formati di dati, controllori di dispositivi esterni elettromeccanici. Nell'attrezzatura MP, consente di controllare gli errori, la codifica - la decodifica delle informazioni e gestire i dispositivi di trasmissione ricezione. Il loro uso consente più volte di ridurre la larghezza necessaria dei canali televisivi e telefonici, creare una nuova generazione di apparecchiature di comunicazione. L'uso di MP in controllo e strumenti di misurazione e come impianti di controllo dei sistemi radio-elettronici consente di calibrare, verificare e verificare gli strumenti, la correzione e la compensazione della temperatura, il controllo e il controllo dei complessi di misurazione, la conversione e la lavorazione, l'indicazione e la presentazione della temperatura di dati, diagnostica e malnutrizione.

Con l'aiuto di agenti a microprocessore, i compiti tecnici complessi sullo sviluppo di vari sistemi di raccolta e elaborazione delle informazioni possono essere risolti, dove le funzioni comuni sono ridotte alla trasmissione di segnali multipli in un centro per valutare e prendere una decisione. Ad esempio, nei sistemi di bordo degli aeromobili durante il volo, si accumulerà una grande quantità di informazioni da varie fonti, che spesso lo richiede immediatamente. Questo è effettuato centralmente utilizzando un sistema di elaborazione basato sui parlamentari di bordo.

La gamma di applicazione di apparecchiature a microprocessore è ora molto ampia, i requisiti per i sistemi a microprocessore sono presentati da uno diverso. Pertanto, sono stati formati diversi tipi di sistemi a microprocessore, potenza diversa, versatilità, velocità e differenze strutturali. I tipi principali sono i seguenti:

• i microcontrollori sono il tipo più semplice di sistemi di microprocessore in cui tutti o la maggior parte dei nodi di sistema sono fatti sotto forma di un singolo chip;
• controller - Sistemi a microprocessore di controllo realizzati sotto forma di singoli moduli;
• i microcomputer sono più potenti sistemi a microprocessore con mezzi di accoppiamento sviluppati con dispositivi esterni.
• i computer (compresi i personali) sono i sistemi a microprocessore più potenti e più versatili.

Un chiaro limite tra questi tipi è a volte abbastanza difficile da spendere. La velocità di tutti i tipi di microprocessori è in costante crescita, e spesso c'è una situazione in cui il nuovo microcontrollore risulta essere più veloce, ad esempio, un personal computer obsoleto. Ma alcune differenze fondamentali sono ancora disponibili.

I microcontrollori sono dispositivi universali che sono quasi sempre usati da soli, ma come parte di dispositivi più complessi, compresi i controller. Il bus di sistema del microcontrollore è nascosto dall'utente all'interno del microcircuito. Le possibilità di collegare dispositivi esterni al microcontroller sono limitati. I dispositivi sui microcontrollori sono solitamente progettati per risolvere un compito.

I controller sono solitamente creati per risolvere qualche compito separato o gruppo di attività ravvicinate. Di solito non hanno la possibilità di collegare ulteriori nodi e dispositivi, come memoria grande, strumenti I / O. Il loro pneumatico di sistema non è spesso disponibile per l'utente. La struttura del controller è semplice e ottimizzata per la massima velocità. Nella maggior parte dei casi, i programmi eseguiti sono memorizzati in memoria permanente e non cambiano. I controller costruttivi sono prodotti in una versione dell'Unione.

I microcomputer differiscono dai controller di una struttura più aperta, consentono di connettersi al bus di sistema di diversi dispositivi aggiuntivi. I microcomputer nel framework, il caso con i connettori autostradali di sistema accessibile all'utente sono fabbricati. I microcomputer possono avere strutture di archiviazione delle informazioni su supporti magnetici (ad esempio, dischi magnetici) e comunicazioni utente abbastanza sviluppate (monitor video, tastiera). I microcomputer sono progettati per una vasta gamma di compiti, ma in contrasto con i controller, deve essere adattato a ciascuna nuova attività. Il programma eseguito dal microcomputer può essere facilmente modificato.

Infine, i computer e il più comune di loro sono personal computer - questi sono i sistemi più universali dei microprocessore. Forniscono necessariamente la possibilità di aggiornare, oltre a ampie opportunità per collegare nuovi dispositivi. Il loro bus di sistema, ovviamente, è disponibile per l'utente. Inoltre, i dispositivi esterni possono essere collegati a un computer attraverso diverse porte di comunicazione integrate (il numero di porte a volte raggiunge 10). Il computer ha sempre strumenti di comunicazione utente altamente sviluppati, archiviazione a lungo termine di informazioni sul volume di grandi dimensioni, strumenti di comunicazione con altri computer su reti di informazione. Le aree di applicazione del computer possono essere le più diverse: calcoli matematici, manutenzione dell'accesso a database, gestione di sistemi elettronici complessi, giochi per computerPreparazione di documenti, ecc.

Qualsiasi compito in linea di principio può essere eseguito utilizzando ciascuno dei tipi elencati di sistemi a microprocessore. Ma quando si sceglie un tipo, è necessario evitare il minordondanza possibile e fornire la flessibilità del sistema necessaria per questa attività.

Attualmente, quando si sviluppano nuovi sistemi di microprocessore, il percorso dell'utilizzo dei microcontrollori è spesso scegliendo (circa l'80% dei casi). Allo stesso tempo, i microcontrollori vengono applicati o in modo indipendente, con apparecchiature aggiuntive minime o come parte di controller più complessi con strumenti I / O sviluppati.

I sistemi di microfrocessore classici basati su processori di chip e set di microprocessore sono ora abbastanza rari, in primo luogo, a causa della complessità del processo di sviluppo e debug di questi sistemi. Questo tipo di sistemi a microprocessore viene scelto principalmente quando i microcontrollori non possono fornire le caratteristiche desiderate.

Infine, i sistemi di microprocessore basati su un personal computer occupano ora un luogo notevole. In questo caso, lo sviluppatore deve solo dotare un personal computer con dispositivi di interfaccia aggiuntivi e il nucleo del sistema a microprocessore è già pronto. Personal Computer ha sviluppato strumenti di programmazione, che semplifica in modo significativo il compito dello sviluppatore. Inoltre, può fornire gli algoritmi di elaborazione delle informazioni più complessi. I principali svantaggi del personal computer sono di grandi dimensioni dello scafo e dell'hardware per semplici compiti. Lo svantaggio è l'inaptabilità della maggior parte dei personal computer a lavorare in condizioni difficili (tinta, alta umidità, vibrazioni, alte temperature, ecc.). Tuttavia, i personal computer speciali adattati a varie condizioni operazione.

Fspo. "MK e MP" riassunto della lezione №1.1
Introduzione: microprocessori, sistemi a microprocessore,
microcontrollers.
Piano di lezione:

Microprocessori, sistemi a microprocessore, microcontrollori

Aree di utilizzo

Microcontrollori familiari.

1. Microprocessori, sistemi a microprocessore, microcontrollori
Per tutto il tempo dell'esistenza e dell'uso delle macchine di calcolo elettronico (computer), la loro velocità dei parametri più importanti, il consumo energetico, è stato determinato l'affidabilità, prima di tutto utilizzata dalla base dell'elemento, cioè quei "mattoni" elettronici, di cui a Il grande e complesso "edificio" è costruito - computer. Nelle macchine di prima generazione, sono stati utilizzati dispositivi elettrovacuum (viste di Radiolm), fornendo le prestazioni dei computer in centinaia o migliaia di operazioni al secondo. Queste auto erano ingombranti, spesso fuori uso, e per garantire il loro normale funzionamento, è stato richiesto un complesso sistema di raffreddamento.

L'invenzione del transistor ha permesso di portare le prestazioni del computer a dozzine e centinaia di migliaia di operazioni al secondo con un aumento significativo della densità di imballaggio (layout) di elementi: transistor, diodi, resistori, condensatori. Tale computer apparteneva alle macchine di seconda generazione.

L'emergere di chip integrali, incluso un gran numero di elementi elettronici, e il loro uso della terza e ulteriori generazioni alla performance delle ultime e ulteriori generazioni hanno aumentato le prestazioni di quest'ultimo, ha permesso di semplificare la procedura per comunicare a Persona con un computer, l'ha portata il più possibile per l'oggetto di controllo e il controllo.

Microprocessore (MP) è un dispositivo che accetta, elaborando e rilasciando informazioni. Il MP costruttivo contiene uno o più circuiti integrati ed esegue azioni definite dal programma scritto in memoria.

I parlamentari universali sono tali parlamentari, nel sistema di comandi di cui viene posata la versatilità algoritmica. Quest'ultimo significa che la composizione eseguita dalla macchina consente di ottenere la conversione delle informazioni in conformità con un determinato algoritmo.

I parlamentari specializzati sono progettati per risolvere una certa classe di compiti e talvolta solo per risolvere un particolare compito. Le loro caratteristiche essenziali sono semplicità di controllo, la compattezza dell'hardware, basso costo e bassa potenza del consumo.

Il sistema a microprocessore è un sistema di calcolo, misurazione o di controllo, il principale dispositivo di elaborazione delle informazioni in cui è MP. Il sistema a microprocessore è costruito da un set di microprocessore bis.

La meravigliosa proprietà dei sistemi a microprocessore è la loro elevata flessibilità, la capacità di riconfigurare rapidamente, se necessario, anche cambiamenti significativi negli algoritmi di controllo. La riconfigurazione viene eseguita a livello di codice senza significativi costi di produzione. La creazione di microprocessori consente di ridurre il costo e le dimensioni mezzi tecnici L'elaborazione delle informazioni, aumentare la velocità, ridurre il consumo energetico.

Le caratteristiche dei sistemi di informazione e controllo del microprocessore destinati all'automazione dei processi tecnologici:

La presenza di un insieme limitato di compiti chiaramente formulati;

Lavora in tempo reale, cioè Garantire il tempo minimo di reazione al cambiamento di condizioni esterne;

La presenza di un sistema sviluppato di dispositivi esterni, la loro grande varietà;

Una differenza significativa in compiti funzionali;

Requisiti ad alto affidabilità tenendo conto della lunga durata del funzionamento continuo;

Condizioni operative complesse;

Garantire la modalità di funzionamento o la modalità automatica con la partecipazione dell'operatore come elemento del sistema.

Ulteriore aumento del grado di integrazione ci ha permesso di postare nel cristallo del chip non separare più semplici nodi o frammenti di dispositivi informatici, ma interi dispositivi e anche interi computer. Ciò ha portato alla creazione di un microcontrollore (MK) - Prodotti di microelettronica e apparecchiature informatiche di una classe fondamentalmente nuova, che è in grado di elaborare e archiviare informazioni in uno o più microcircuiti.

L'uso di microcontrollori nei prodotti non solo porta ad un aumento degli indicatori tecnici ed economici (costo, affidabilità, consumo energetico, dimensioni complessive), ma riduce anche il tempo di sviluppo dei prodotti e li rende modificabili, adattivi. L'uso di microcontrollori in sistemi di controllo garantisce alti tassi di efficienza a basso costo.

I microcontrollori sono strumento efficace Automazione di una varietà di oggetti e processi.

Si può considerare che il microcontrollore è un computer che è stato inserito nello stesso microcircuito. Da qui e le sue principali qualità attraenti: piccole dimensioni; Alte prestazioni, affidabilità e capacità di essere adattate per svolgere una varietà di compiti.

Un microcontrollore a chip singolo è un dispositivo realizzato strutturalmente in un alloggiamento BIS e contenente tutti i componenti principali del kit microprocessore.

Il microcontrollore in aggiunta alla CPU (CPU) contiene memoria e numerosi dispositivi I / O:

Porte digitali universali che possono essere configurate sia ingressi che output;

Varie interfacce I / O, come UART, I²C, SPI, Can, USB, IEEE 1394, Ethernet;

Convertitori analogici analogici e digitali;

Comparatori;

Modulatori latitudinali e impulsi;

Timer;

Controller di motori sfusi;

Controller di display e tastiere;

Ricevitori e trasmettitori di radiofrequenza;

Array della memoria flash incorporata;

Generatore di clock integrato e timer di watchdog;

^ 2. Applicazioni
NEL mondo moderno È difficile trovare il campo della tecnologia in cui non si applica i microprocessori. Vengono applicati quando si calcolano, eseguono le funzioni di controllo, vengono utilizzate durante l'elaborazione del suono e dell'immagine. A seconda dell'applicazione del microprocessore, i requisiti per questo sono cambiati. Questo impone un'impronta sulla struttura interna del microprocessore. Attualmente sono stati determinati tre direzioni dello sviluppo dei microprocessori:

Microprocessori universali

Microcontrollers.

A PARTIRE DAL
Supercomputer
Microprocessori Ignali.

I microprocessori universali sono utilizzati per costruire macchine informatiche. Usano le soluzioni più avanzate per migliorare la velocità, non prestando particolare attenzione alle dimensioni, al costo e all'energia consumata. Nella tecnologia di comunicazione, i computer vengono utilizzati per controllare i sistemi di comunicazione o i dispositivi di comunicazione con dimensioni e costi di grandi dimensioni. Tali computer sono chiamati controller.

^ S.
Dispositivi mobili
I processori Ignali sono utilizzati per risolvere i problemi che tradizionalmente hanno risolto l'ingegneria del circuito analogico. I requisiti specifici sono presentati ai processori del segnale. Richiedono la massima velocità, le dimensioni ridotte, una leggera dock con i convertitori analogici analogici e analogici digitali, un grande bit dei dati elaborati e un piccolo set di operazioni matematiche, che include necessariamente il funzionamento di cicli di accumulo di moltiplicazione e hardware. In questi processori, tali parametri sono anche importanti come il costo delle dimensioni e del consumo energetico, ma qui è necessario sopportare valori di grandi caratteristiche rispetto ai microcontrollori.

I microcontrollori vengono utilizzati per controllare i dispositivi di comunicazione di piccole dimensioni ed economici, erano chiamati microevm a cristalli singoli. Nei microcontrollori, in contrasto con i microprocessori universali, la massima attenzione è rivolta alle dimensioni, al costo e all'energia consumata.

E
Elettrodomestici.
utilizzando un moderno microcontrollore di un dispositivo di calcolo potente sufficiente con ampie capacità integrate su un singolo chip anziché un intero set, riduce significativamente le dimensioni, il consumo energetico e il costo del suo database. Utilizzato nella gestione di vari dispositivi e dei loro blocchi separati:

Nella tecnologia informatica: schede madri, controller di unità disco rigide e flessibili, CD e DVD;

Elettronica e una varietà di dispositivi elettrodomestici.che utilizza sistemi di controllo elettronici - lavatrici, forni a microonde, lavastoviglie, telefoni e dispositivi moderni;

Nel settore:

Dispositivi di automazione industriale - Dal relè programmabile e sistemi integrati al PLC,

Sistemi di controllo della macchina.

Mentre i processori per uso generico a 8 bit sono completamente superato da modelli più produttivi, i microcontrollori a 8 cifre continuano ad essere utilizzati ampiamente. Questo è spiegato dal fatto che ci sono un gran numero di applicazioni in cui non è richiesta ad alte prestazioni, ma il basso costo è importante. Allo stesso tempo, ci sono microcontrollori con capacità di calcolo di grandi dimensioni, come i processori del segnale digitale.

Attualmente, vi è un'enorme nomenclatura (più di 10.000) di vari microcontrollori che differiscono nella portata dell'uso, parametri incorporati in nodi periferici di cristallo. Il rilascio di microcontrollori è impegnato in più di una dozzina di produttori.

^ 3. microcontrollori familiari
I microcontrollori sono combinati nella famiglia. A una famiglia includono prodotti con lo stesso nucleo - un insieme di concetti come il sistema di comando, il ciclicogramma della CPU, l'organizzazione della memoria e della memoria dei dati, del sistema di interrupt e di un reclutamento di base dei dispositivi periferici. Le differenze tra diversi rappresentanti della stessa famiglia sono incluse principalmente nei dispositivi periferici e nella quantità di memoria o dati del programma. La caratteristica più importante della famiglia è la compatibilità del software a livello del codice binario di tutti i mk in arrivo.

Famiglie famose:

Intel 8051 è un microcontrollore a chip singolo (non confuso con il processore) Architettura di Harvard, che è stato prodotto per la prima volta da Intel nel 1980, per l'uso in sistemi embedded. Durante gli anni '80 e all'inizio degli anni '90, è stato estremamente popolare. Tuttavia, attualmente obsoleto ed esteso a dispositivi più moderni, con 8051 nuclei compatibili compatibili prodotti da oltre 20 produttori indipendenti, come Atmel, Maxim IC (controllata di Dallas Semiconductor), NXP (precedentemente Philips Semiconductor), Winbond, Laboratori di silicio, Texas Instruments e Semiconduttore del cipresso. C'è anche un clone sovietico di questo chip, KR1816V51. Il nome ufficiale della famiglia 8051 di Intel Microcontrollers - MCS-51.

PIC (microchip)

PIC - Harvard Architecture Microcontrollers prodotto dalla American Company Microchip Technology Inc. Il nome PIC è una riduzione del controller di interfaccia periferica, il che significa "Controller di interfaccia periferica".

La base del concetto di Pic, una per tutte le famiglie emesse, è stata posata dall'architettura RISC (computer ridotta di istruzioni computer - architettura con un set di comandi ridotti) con un sistema di semplici comandi singoli, applicando la memoria integrata e la memoria dei dati e la memoria dati integrata consumo di energia.

La base dell'architettura RISC è basata sui principi fondamentali:

Qualsiasi operazione viene eseguita per un tatto;

Il sistema di comando deve contenere un numero minimo di istruzioni della stessa lunghezza;

Le operazioni di elaborazione dei dati sono implementate solo nel formato "Registra registro";

I risultati dovrebbero essere formati a una velocità di una parola per il tatto.

Nella nomenclatura di Microchip Technology Inc. C'è una vasta gamma di microcontrollori 8 e 16 e 32 bit e controller di segnale digitale sotto il marchio PIC. Una caratteristica distintiva dei controller PIC è la buona continuità di varie famiglie. Si tratta di compatibilità software (un singolo ambiente di sviluppo IDE MPLAB gratuito) e compatibilità sulle uscite, per periferia, per tensioni di alimentazione, mediante lo sviluppo, dalle biblioteche e dalle pile dei protocolli di comunicazione più popolari. La nomenclatura ha più di 500 diversi controller con tutti i tipi di varianti di periferiche, memoria, il numero di conclusioni, prestazioni, potenza e catene di temperatura, ecc.

AVR (Atmel)

Il concetto di nuovi microcontrollers di velocità è stato sviluppato dagli sviluppatori di Atmel Research Center in Norvegia, le cui iniziali sono state quindi formate il marchio AVR (AVR BOGEN / Vergard Wollan / RISC Architecture). I primi microcontrollori AVR AT90S1200 sono apparsi a metà del 1997 e ha rapidamente acquisito la posizione dei consumatori.

Architecture AVR, basata sui microcontrollers AT90S, combina il potente processore Harvard RISC con accesso separato alla memoria e alla memoria dati, 32 registri per scopi generali, ciascuno dei quali può funzionare come batteria del registro e il sistema sviluppato del 16 bit risolto squadre. Lunghezza. La maggior parte dei comandi viene eseguita in un tatto della macchina con l'esecuzione simultanea della corrente e del campione del comando seguente, che fornisce prestazioni fino a 1 MIPS per frequenza dell'orologio MHz.

Vantaggi:

Elevata velocità / consumo energetico;

Comode modalità di programmazione;

Ampia nomenclatura;

Disponibilità di software e supporto hardware;

Elementi di carico elevate.

Braccio (braccio limitato)

Architettura del braccio (macchina ADVANCED RISC, macchina RISC avanzata, una macchina RISC migliorata) - una famiglia di core a microprocessore a 32 bit con licenza e 64 bit per lo sviluppo del braccio limitato. La società è impegnata nello sviluppo di nuclei e strumenti per loro (compilatori, strumenti di debug, ecc.), Guadagnando le licenze dell'architettura a produttori di terze parti.

Nel 2007, circa il 98% dei più che un miliardo di telefoni cellulari venduti all'anno sono stati equipaggiati con almeno un processore del braccio. A partire dal 2009, i processori del braccio rappresentano fino al 90% di tutti i processori a 32 bit integrati. I processori del braccio sono ampiamente utilizzati nell'elettronica di consumo, compresi i PDA, cellulari, media digitale e giocatori, console da gioco portatili, calcolatrici e periferiche informatiche, come ad esempio dischi fissi o router.

Questi processori hanno un basso consumo energetico, quindi sono ampiamente utilizzati nei sistemi embedded e dominano il mercato dei dispositivi mobili per i quali è importante un basso consumo energetico.

Licenzianti: dispositivi analogici, Atmel, Xilinx, Altera, Cirrus Logic (inglese), Intel (prima del 27 giugno 2006), Marvell (inglese), NXP, Stmicroelectronics, Samsung, Mediatek, Mstar, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, Nvidia , Freescale, Miland.

Domande di controllo
Cos'è un microprocessore? Il suo appuntamento?

Quali sono i microprocessori?

Cos'è un sistema a microprocessore?

Cos'è un microcontrollore? Il suo appuntamento?

In che modo il microprocessore differisce dal microcontrollore?

Famiglia di microcontrollori.

Argomenti per i messaggi
Elementi logici.

Decoder.

Register-Latch.

Microcircuiti di memoria RAM (RAM) tipo statico.

Microcircuiti di memoria ROM (ROM).

Il microprocessore è chiamato un dispositivo informativo che, in base al programma specificato dai segnali di controllo, elabora queste informazioni, cioè implementa le informazioni di input, l'output, la memorizzazione ed esegue operazioni aritmetiche e logiche.

Il diagramma strutturale semplificato di uno dei microprocessori è presentato in Fig.10.37 ed è costituito da un dispositivo di controllo (UU), un dispositivo aritmetico e logico a otto bit (ALU) e una combinazione di n registri paralleli per la sezione M (POH) , progettato per la memorizzazione di numeri binari utilizzati nel processo di calcolo. Il microprocessore comprende anche due registri del buffer parallelo (BR) destinati alla memorizzazione a breve termine dei numeri (A) e (B) durante il funzionamento (Alla).

Il dispositivo di controllo (UU) con il firmware delle singole operazioni specifica le modalità di funzionamento in tutti gli elementi del microprocessore. Quando il microprocessore è operativo (A) e (c), l'operazione viene eseguita sulla rete elettrica dai registri (RON) sui registri del buffer (s) e (BRV). Quindi, per comando dal dispositivo di controllo (UU), il dispositivo aritmetico e logico (ALU) produce l'operazione specificata e il suo risultato (f) da

l'autostrada viene trasmessa ai registri (RON), in cui viene cancellato il numero precedentemente registrato. Ad esempio, l'aggiunta di tre numeri viene eseguita in questo modo: prima i primi primi primi numeri sono piegati e il risultato è registrato in RON. Quindi il risultato dell'aggiunta e del terzo numero viene ricevuto al dispositivo (ALU), come risultato della loro aggiunta, il risultato finale è registrato nei registri (RON).

Fig.10.37. Diagramma a blocchi semplificato di microprocessore

Affinché il microprocessore (MP) di svolgere le sue funzioni, sono necessari ulteriori dispositivi, che sono rappresentati in Fig.10.38 e costituiscono un sistema a microprocessore o un micro computer.

Fig.10.38. Sistema di microprocessore

Il sistema a microprocessore contiene memoria (ROM) e (RAM) destinata alla memorizzazione delle informazioni. (ROM) rappresentano dispositivi memorabili costanti contenenti informazioni invariate che possono essere lette solo con l'aiuto dei comandi (K). (RAM) Si tratta di dispositivi di archiviazione operativa che memorizzano i programmi, cioè le informazioni che possono essere ripetutamente registrate e leggere nel processo di esecuzione del programma, sotto forma di scambio di dati (D). Le informazioni in memoria si trovano nelle cellule, ognuna delle quali ha il proprio indirizzo (A). I dati (E) entrano negli ingressi del dispositivo di ingresso (UVV) e dal dispositivo di uscita (Guida.) Le informazioni vengono lette. Il microprocessore (MP) è associato agli indirizzi (A) con (ROM) e (UVV). Immissione delle informazioni nei sistemi di microprocessore vengono eseguite dalla tastiera, i sensori dei parametri tecnologici con uscite digitali, con dispositivi PhtHching e informazioni di uscita - attraverso i registri. I dispositivi I / O sono una totalità di registri, amplificatori e chiavi. L'interazione dei sistemi a microprocessore tra se stessi e con dispositivi esterni viene eseguita con l'aiuto di hardware speciale, che sono soggetti ai comandi del processore centrale.