Тема 3.- 10 часов (у.з.-З) Разработка микропроцессорных систем на базе однокристальных микроконтроллеров c RISC-архитектурой .

Особенности разработки микропроцессорных систем на базе контроллеров с RISC-архитектурой. Программируемые периферийные контроллеры. Основные технические характеристики контроллера серии PIC16C5X. Общая архитектура и обозначение выводов. Организация памяти контроллера семейства PIC16C5X. Регистры ввода-вывода, внутренний таймер и схемы синхронизации. Система команд контроллера семейства PIC16C5X. Особенности контроллеров с AVR-архитектурой. Средства разработки PIC-контроллеров.

2. Проектирование МПУ на основе периферийных ОМК

2.1.Основные особенности периферийных ОМК

Предназначены для реализации простейших алгоритмов управления объектами или реализации вспомогательных функций в сложных схемах управления. Отличительными особенностями их является:

-реализуются на основе Гарвардской архитектуры.

-система команд не предназначена для реализации сложных математических вычислений (отсутствует умножение и деление).

-практически исключают аппаратное расширение, т. к. не поддерживают реализацию внешней СМ.

-имеют малые габаритные размеры.

-используется восьмиразрядный процессор обработки данных.

В настоящее время используются следующие типы периферийных контроллеров:

-PIC(Peripherial Interface Controller) фирмы MicroChip,

-I8042(Intel), UPI-42(NEC), К1835ВЕ49 (РОССИЯ),

-К1878ВЕ1(Тесей) на основе RISC-архитектуры и т.д.

2.2.Семейства однокристальных PIC-контроллеров

Выделяют четыре основных семейства восьмиразрядных PIC-контроллеров с RISC-архитектурой:

1) PIC16C5*-основное или базовое семейство контроллеров с двенадцатиразрядными командами. Это имеет простейшую архитектуру.

2)Р1С16С6*/7*/8*-усовершенствованное семейство средней производительности с четырнадцатиразрядными командами. Данное семейство характеризуется большой номенклатурой встроенных устройств в контроллер(АЦП,ЦАП,ШИМ).

3)Р1С17С**-высокопроизводительноесемействос шестнадцатиразрядными командами. По своим возможностям приближающиеся к восьмиразрядным универсальным контроллерам.

4)Р1С18С**-модифицированное высокопроизводительное семейство контроллеров с четырнадцати и шестнадцатиразрядными командами. По сравнению с предыдущими семействами имеет встроенную Flash-память (перепрограммируемое ПЗУ);систему команд адаптированную под компилятор языка С (Си) и линейно адресное пространство (в отличие от страничного, используемого ранее).

Замечание. Все перечисленные Р1С-контроллеры обладают полной командной совместимостью на уровне ассемблерных мнемоник. * - любая цифра

2.3. PIC-контроллер PIC16C58

Данный контроллер относится к базовому семейству контроллеров с двенадцатиразрядными командами и построен на основе RISC-архитектуры. Основные технические характеристики:

1)Тактовая частота контроллера-20 МГц (быстродействие при этом -5 MIPS). Контроллер является полностью ????? устройством, т. к. он может работать при любой тактовой частоте от 0 до 20

МГц.

2)Объем внутреннего ПЗУ (памяти программ) 2К-двенадцатиразрядных слов (ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, либо однокристальным программируемым ПЗУ).

3)Объем внутреннего ОЗУ (памяти данных) 73-восмиразрядных ячеек или регистра общего назначения.

4)Система команд включает 33 однословных команды (т.к. RIS архитектура). Каждая команда выполняется за один машинный цикл (200нс), исключение составляет лишь одна команда перехода, выполняемая за два машинных цикла.

5)Имеется встроенный восьмиразрядный таймер-счетчик (tmvO) с восьмиразрядными предварительным делителем частоты.

6)Имеется двухуровневый аппаратный стек. Т. о. вложенность подпрограмм не может превышать 2.

2.4. Внутренняя структура контроллера PIC16C58

Внутренняя ОЗУ (память данных) контроллера состоит из 73 восьмиразрядных РОН (регистров общего назначения) и 6 регистров специального назначения.

К специальным регистрам относят:

-TMR0-регистр данных таймера счетчика контроллера.

-STATUS-регистр признаков выполненной операции (слова состояния процессора).

-FSR-регистр адреса для косвенной адресации данных.

-PCL-младший байт счетчика РС контроллера.

-ПОРТ А и ПОРТ В- регистр данных портов ввода/вывода.

Все перечисленные специальные регистры относятся к устройствам непосредственно не связанным с ОЗУ. Однако, все эти регистры отображены в адресном пространстве ОЗУ, т.е. для команд они рассматриваются как ячейки ОЗУ с соответствующими адресами.

АЛУ контроллера позволяет обрабатывать восьмиразрядные данные и выполнять при этом следующие операции: сложение, вычитание, сдвиг, логические операции и битовые операции.

Если в команде контроллера используется 2 операнда, то один из них обязательно размещается в рабочем регистре (аккумуляторе W). Это основной регистр контроллера, и большинство команд оперирует с ним.

При выполнении команды, признаки полученного результата АЛУ обязательно запишется в регистр STATUS.

2.5. Схемы синхронизации PIC16C58.

Для генерации тактовой частоты к выводам OSC1 и OSC контроллера подключают кварцевый резонатор по схеме:

7)Контроллер обладает низким электропотреблением: при напряжении питания 2,4~6 В., потребляемый ток 2мА в нормальном режиме и 2мкА в режиме пониженного электропотребления.

8)реализуется в виде ИС с восемнадцатью выводами.

9)Имеется 12 линий ввода/вывода для подключения к объекту управления, организованных в два порта ввода/вывода:

-порт А - четырехразрядный;

-порт В - восьмиразрядный.