Рябов В.Т. - Устройство и программирование однокристальных микроконтроллеров (1041592), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Организация прерываний. Разрешить прерывания со следующим приоритетом: приемопередатчик, внешнее прерывание INT0, таймер-счетчик 0, внешнее прерывание INT1.16. Система команд микроконтроллеров семейства MCS-51. Методы адресации.30Гл. 4. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ АППАРАТНОЙ ЧАСТИЛОКАЛЬНЫХ МКСпециальный локальный микроконтроллер проектируется под конкретный узел (элемент) технологической машины, поэтому его элементная база, архитектура аппаратной частии программное обеспечение, если не целиком, то очень во многом определяются требованиями, предъявляемыми к этому элементу.
Рассмотрим ряд относительно независимых отреализуемой технологии и конструкции элемента технологической машины основ построения локальных МК.4.1. Элементная база и архитектура построениялокальных МКВыбор семейства и типа микроконтроллераОдним из узловых вопросов является выбор типа микроконтроллера, положенного воснову локального МК. В гл. 3, на уровне, позволяющем понять суть работы и оценить возможности, были рассмотрены микроконтроллеры семейства MCS-51. Но это далеко не единственное современное семейство МК, это эталон–минимум.
Краткий обзор выпускаемыхмикроконтроллеров был приведен в конце раздела 3.1, но прогресс так заметен, что необходимо постоянно следить за новинками рынка МК.Приведем здесь основные факторы, определяющие выбор того или иного семейства.1. Соответствие функциональным требованиям автоматизируемого устройства. МКпросто должен быть способен выполнить требуемую работу, причем с достаточнымзапасом по быстродействию и количеству портов ввода-вывода. Аппетит приходитво время еды и, наверняка, в процессе разработки захочется еще что-то добавить.2. Специализация микроконтроллера под автоматизируемое устройство во многомупростит аппаратное и программное обеспечение. Сейчас выпускаются МК, специализированные для управления асинхронными трехфазными электродвигателями, шаговыми двигателями и т.п. Достаточно появиться какому-либо устройствуширокого назначения, как для управления им уже выпускаются специализированные микроконтроллеры.3.
Наличие опыта разработки аппаратной и программной части для какого либо семейства МК, естественно, стимулирует продолжение работ в этом направлении.Идите проторенной дорогой, но следите за новинками рынка. Не бойтесь новыхрешений, но не разбрасывайтесь.4. Наличие аппаратных и программных средств поддержки разработки является существенным, даже обязательным, фактором выбора того или иного семейства.5. Обеспечение ремонтопригодности изделия также существенно влияет на выбор семейства микроконтроллера.
Прогресс в области микроконтроллерных средствуправления сейчас столь быстр и жизненные циклы изделий столь коротки, чтоможет оказаться, что к тому времени, когда ваша разработка вступит в строй, запасных частей (микроконтроллеров) к ней уже не найти. Их уже сняли с производства. Поэтому ориентируйтесь на семейства солидных фирм. Например, семействоMCS-51 и его клоны выпускаются добрым десятком американских, европейских иазиатских фирм и здесь проблем с поставками не будет.Дальнейшее рассмотрение аппаратной части и программного обеспечения локальныхМК здесь проводится на примере однокристальных контроллеров семейства MCS-51, поскольку ранее достаточно подробно было изложено их аппаратное построение и система команд31Портовая и шинная архитектура построения локальных МКФункциональный состав центральных, узловых и локальных МК рассматривался вразделе 1.3 первой части учебного пособия.
Локальный МК представляет из себя совокупность вычислительного ядра и устройств связи с объектом управления. Они формируют линии дискретного и аналогового контроля и управления и линии обмена по последовательнымканалам связи. Вычислительное ядро – достаточно универсальное устройство, способноевоспринимать информацию, поступающую от объекта через линии связи, непосредственнопроводящее обработку этой информации с целью выдачи управляющих воздействий, направленных на поддержание работоспособности объекта управления.Задачами устройств связи является нормализация уровней сигналов вычислительногоядра и объекта управления для обеспечения их надежной передачи по линиям связи, защитасигналов от помех, согласование сигналов вычислительного ядра и элементов объекта поуровню и временным характеристикам.Портовой будем называть архитектуру, когда все функции вычислительного ядра беретна себя МК и устройства связи с объектом начинаются для выдачи дискретного либо аналогового управления (ДУ и АУ) или заканчиваются при дискретном либо аналоговом контроле непосредственно (ДК и АК) от вывода порта микроконтроллера.
Никаких дополнительных регистровдля хранения и обработки информации нет. Для проведения ДК можно непосредственно ассемблерной командой проверить, на каком уровне установлен вывод порта. Например, командами:JB bit, rel; переход к метке «rel», если бит равен единицеилиJNB bit, rel; переход к метке «rel», если бит равен нулюможно провести дискретный контроль и осуществить по ее результату ветвление в ходе выполнения программы.Командами битового процессора:SETB bit; установка битаCLR bit; очистка битаможно включать и выключать элементы объекта, проводя дискретное управление.На рис. 4.1.
представлен фрагмент схемы локального МК с портовой архитектурой.Микроконтроллер контролирует состояние конечного выключателя SA1 и может управлятьнекоторой нагрузкой Rн, например, электромагнитом.Рис. 4.1. Фрагмент схемы локального МК с портовой архитектурой.32Конечный выключатель подключен к порту P1.7 через транзисторную оптопару DA1.Если контакт выключателя замкнуть, потечет ток через светодиод оптопары. Светодиод осветит базу фототранзистора и он откроется. Коллекторный ток фототранзистора вызовет падение напряжения на резисторе R2 и на выводе Р1.7 появится сигнал низкого уровня.
Читаясостояние вывода порта Р1.7, можно определить, включен или выключен конечный выключатель, т.е. проводить дискретный контроль объекта. Этот конечный выключатель можетбыть встроен, например, в вакуумный клапан и указывать нам, открыт он или закрыт.К порту P2.2 через повторитель DD2.1 также подключена оптопара DA2. Повторительразгружает порт МК и принимает ток светодиода оптопары при низком уровне сигнала навыводе P2.2. Как только на выводе порта появится низкий уровень, на затвор ключевоготранзистора VT1 будет подано управляющее напряжение, близкое к напряжению питания Ud.Ключ откроется, подключив нагрузку Rн.Целесообразность использования оптопар при подключении элементов объектауправления будет рассмотрена в следующем разделе.При шинной архитектуре формируется внешняя шина микроконтроллера и элементыобъекта управления подключаются к этой шине.
Организация внешней шины МК семействаMCS-51 и подключение схем памяти, регистров для выдачи дискретного управления и буферов для организации дискретного контроля приведено на рис. 3.5, 3.6 и 3.7 соответственно впредыдущей главе.С одной стороны при шинной архитектуре снимаются ограничения по количеству линий связи, с другой – усложняется схемотехническое построение контроллера и программноеобеспечение.
Команды битового процессора, позволяющие устанавливать и контролироватьотдельные порты МК, не могут широко использоваться, т.к. практически все порты придетсязадействовать для организации внешней шины. Для контроля и установки отдельных битовпридется использовать приемы маскирования.В учебных целях в контрольные вопросы включены задания по подключению и программированию записи в регистры, чтению из буферов и обращению к схемам внешней памяти в рамках шинной архитектуры. но, по определению, у локального микроконтроллерачисло линий связи с объектом управления должно быть невелико, поэтому избегайте шиннойархитектуры. Ответив на 4-ый - 7-ой контрольные вопросы можно будет сформулироватьразвернутый ответ на 8-ой вопрос.Контрольные вопросы.1.
Приведите факторы, определяющие выбор семейства МК.2. Опишите поэтапное прохождение сигналов дискретного контроля и управления всхеме, представленной на рис. 4.1. Почему для повышения нагрузочной способности портаприменен повторитель DD2.1, а не инвертор?3. Какие функции в схеме выполняет диод VD1.4. Дайте примеры ассемблерных команд контроля состояния SA1 и включения - выключения нагрузки Rн для схемы по рис.
4.1.5. Подключить в старшую зону адресов (C000h..FFFFh) МК внешнее энергонезависимое ОЗУ на 8 КБ. Дать примеры ассемблерных команд чтения и записи в младшую и старшую ячейку ОЗУ.6. Подключить в старшую зону адресов с 8000h до FFFFh внешнее энергонезависимое ОЗУ на 8 КБ и регистр на 8 ДУ. Дать примеры ассемблерных команд включения и выключения объекта, подключенного к четвертому биту регистра ключом по рис. 4.1.7. Подключить в старшую зону адресов с 8000h до FFFFh внешнее энергонезависимое ОЗУ на 8 КБ, регистр на 8 ДУ и буфер на 8 ДК. Дать примеры контроля второго битабуфера ДК.8.
Почему портовая архитектура предпочтительнее шинной?334.2. Обеспечение надежности функционированиямикроконтроллераАктивные и пассивные способы обеспечения надежности ЛМКНадежность функционирования микроконтроллера в комплексе определяется его аппаратным построением и программным обеспечением. При разработке схемотехническогорешения следует обеспечить согласование нагрузочных и временных характеристик используемых элементов. Схемотехническое решение вычислительного ядра (собственно ИС микроконтроллера и его минимального окружения) приводят в фирменных описаниях используемого семейства.
Часто приводится даже топология печатной платы этой части локальногомикроконтроллера. Более того, рядом фирм изготавливаются отладочные модули, включающие ИС МК с минимальным окружением, последовательным каналом связи с персональнымкомпьютером и программным обеспечением, позволяющим транслировать программы пользователя, проводить их загрузку в РПЗУ или Flesh-память ИС МК и осуществлять отладкупрограммного обеспечения. Использование такого готового модуля существенно упрощаетразработку ЛМК. Модули имеют портовые выводы, с помощью которые можно подключитьпрактически готовое вычислительное ядро к плате контроллера, на которой формируютсятолько устройства связи с объектом управления (УСО).Таким образом, разработка аппаратной части ЛМК может быть сведена к разработкеУСО и линий для реализации каналов дискретного и аналогового контроля и управления.Отказ МК проявляется в том, что он перестает выполнять предписанные ему функции,а основной причиной отказов, если правильно согласованы нагрузочные и временные характеристики используемых элементов, являются помехи, проникающие по цепям питания и полиниям связи с объектом управления.Почему здесь такое влияние уделяется помехам? Помеха в телевизоре или радиоприемнике проявляет себя как сбой и после ее исчезновения изображение восстанавливается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
