Проектирование автоматизированнь2х станков и комплексов (830798), страница 34

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 34)

Этофон-Неймановская архитектура, более универсальная, но требующая после включе­ния начальной загрузки программного обеспечения.13.3. ОднокрисmШlьные микроконтроллеры в станках и станочных комплексах165В этом случае не требуется загрузка в память программного обеспечения исразу после включения САУ работоспособна.5.Средства аппаратной и программной защиты от сбоев, обнаружениепрограммных сбоев, быстрый перезапуск и восстановление работоспособно­сти УП.6.Наличие на кристалле вычислительного ядра и всех элементов устрой­ства связи с объектом (тактовый генератор; память программ и данных, раз­битую на ряд зон; таймерную систему; универсальные порты для формирова­ния линий связи с объектом, по которым можно проводить контроль и управ­ление им, и т. п.).Рассмотрим общие элементы, интегрированные на кристалле микропро­цессора и микроконтроллера.Микропроцессор-последовательностнаясхема, способная к программно-управляемой обработке информации. Реак­ция на входные воздействия помимо значений этих воздействий зависитеще и от ее состояния.

Для работы микропроцессора необходима память, вкоторой содержится набор инструкций или команд. Каждая команда имееткод, дополненный при необходимости адресами операндов, поэтому длинакоманд может быть различной. Например, для команды «уменьшить содер­жимое аккумулятора на единицу» достаточно задать только ее код, а коман­да «прибавить к числуоперанды32число86»должна помимо кода включать еще и32 и 86.Микропроцессор имеет набор специальных регистров и регистров общегоназначения. Разрядность регистров наряду с тактовой частотой микропроцес­сора во многом определяют его производительность. 8-разрядные микропро­цессоры способны обрабатывать 8-разрядные слова или байты, 16-разряд­ныепроводить действия с машинным словом в два байта. Тактовая ча­-стотаопределяетсячастотойтактовогогенератора,сигналыкоторогоинициируют работу микропроцессора.

Свой цикл работы, или машинныйцикл,микропроцессор выполняет занесколькотактов,совершаяприэтомпростейшее завершенное действие или простую (короткую) команду, напри­мер очистить аккумуляторет от1- 2CLR А.Число тактов в цикле различно и составля­у микропроцессоров с RlSС-архитектурой до12и более у микро­процессоров с классической архитектурой.Среди специальных регистров выделим прежде всего счетчик команд РС,определяющий объем адресного пространства памяти, с которой способенработать микропроцессор.

Это неотъемлемая часть любого микропроцессораи микроконтроллера. Алгоритм работы микропроцессора таков:1) считать из памяти содержимое ячейки,адрес которой содержится в счет­чике команд РС, и интерпретировать считанное значение как код команды;2) покоду команды определить ее длину, наличие операндов или их адре­сов и адрес следующего кода команды;3) установитьв счетчике команд адрес кода следующей команды, выпол­нить предписанные действия и перейти к п.1.16613.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексахЛюбой микропроцессор имеет выводReset,который служит для переводапроцессора в начальное состояние.

При этом в счетчике команд устанавлива­ется предопределенное начальное значение (как правило, «О»). Достаточносчетчику команд сбиться и ввести вместо кода команды любую другую еечасть, и микропроцессору для восстановления нужно будет начинать все сна­чала. Для этого необходимо активизировать выводReset.Важным регистром микропроцессора является аккумулятор А, в которомпроводятся все предписываемые кодом команды действия. Это основной ре­гистр арифметико-логического устройства микропроцессора.Отдельные биты регистраPSW устанавливаютсвои значения по резуль­татам предыдущей операции.

Есть бит переполнения аккумулятора Оlay), битнулевого результатаZ (Zero),(Over-бит арифметического переноса и т. п.Эти биты широко используются системными программистами для построе­ния арифметических действий со словами двойной или большей длины, дляуправления работой периферийных и внутренних устройств микропроцес­сора.Регистр-указатель данных содержит адреса операндов, над которымиследует произвести предписанные программой действия.

Иногда эти реги­стры называют индексными.Регистр-указатель стекаSPуказывает на вершину стека микропроцес­сора. Стековый механизм передачи управления настолько широко использу­ется в микропроцессорах, что для его реализации предусмотрен специальныйрегистр. При переходе к вложенной подпрограмме значение счетчика команд(адресследующего кода команды, подлежащей исполнению) записывается ввершину стека. Затем в счетчик команд заносится адрес входа в подпрограм­му. При возврате из подпрограммы значение счетчика команд восстанавлива­ется из вершины стека.Регистры общего назначения служат обычно для хранения результатовпромежуточных вычислений.

Команды обращения к ним выполняются быст­рее, чем к оперативной памяти, и занимают меньший объем. Во многих мик­ропроцессорах эти регистры достаточноуниверсальны имогут выполнятьфункции вышеперечисленных регистров.Для реакции микропроцессора на внешние события предусмотрен меха­низм прерываний. Микропроцессор должен запустить подпрограмму обслу­живания прерывания как реакцию на произошедшее событие.

Например, есликоординатный стол дошел до упора (конечного выключателя), двигательнужно реверсировать и т. п. Поскольку важных для работы системы событийможет быть много и для каждого нужно запускать свою подпрограмму об­служивания, возможна векторная и автовекторная организация прерываний.При автовекторной организации прерывания для каждого устройства,фиксирующего внешние события, предусматривается своя линия запросапрерыванияINT_ n.Внешнее устройство при запросе выставляет на эту ли­нию активный (обычно низкий) уровень.

Микропроцессор, обнаружив на13.3. ОднокрисmШlьные микроконтроллеры в станках и станочных комплексахсвоем выводеINT_n167активный уровень, заканчивает очередную команду; за­носит содержимое счетчика команд в стек; устанавливает на счетчике командчисло, соответствующее активной линии прерывания-адрес вектора пре­рывания; обращается к ячейке памяти с этим адресом и считывает из нее иряда последующих ячеек адрес входа в подпрограмму обслуживания преры­вания (адрес первой команды этой подпрограммы); выполняет подпрограммуобслуживания, которая должна заканчиваться командой возврата из преры­вания; заносит в свой счетчик команд и регистрPSWсохраненные в стекезначения и возвращается к тому месту программного кода, где он был до воз­никновения прерывания.Если одновременно происходит несколько прерываний, в микропроцес­соре предусмотрен механизм приоритетов линий.

Первым будет обслужи­ваться запрос линии с большим приоритетом прерывания. Прерывание сбольшим приоритетом может прервать и подпрограмму обслуживания менееприоритетного прерывания, а стековый механизм обеспечит правильный воз­врат в основную программу.При векторной организации прерывания линия запросапредусмотрена линия подтверждения прерыванияINTE.INTодна, ноПолучив запрос,микропроцессор заканчивает очередную команду, заносит содержимое счет­чика команд в стек, выставляет активный уровень на линию подтвержденияпрерыванияINTE; внешнее устройство, запросившее прерывание, в ответ насигнал INTE выставляет на шину данных микропроцессора свой идентифика­тор адрес вектора прерывания; микропроцессор считывает с шинь1 данныхадрес вектора прерывания и заносит его в счетчик команд РС.

Далее все про­исходит аналогично автовекторной организации прерывания.При автовекторной организации источник прерываний предельно прост,например пара контактов, замыкающих линию. В микроконтроллерах ис­пользуют обычно автовекторные, а в микропроцессорах-векторные преры­вания.Современнь1е однокристальные микроконтроллеры можно разделить науниверсальные и специализированные, предназначенные для автоматизациисравнительно узкого класса объектов. Среди универсальных особое местозанимает семействоMCS-51фирмыIntel иего аналоги. Среди специализиро­ванных микроконтроллеров следует отметить достаточно универсальные се­мействаPIC12- PIC18фирмыMicrochip,отличающиеся RISС-архитектуройи развитой специализацией под конкретные объекты.

Особо следует отметитьмикроконтроллеры на основе ядра АRМ, разрабатываемого фирмой АRМLimited. Ядропозволяет широко масштабировать аппаратную часть в рамкахпрограммной совместимости. На основе этого лицензированного ядра рядомфирм, являющихся лидерами рынка микроконтроллеров, выпускается мно­жество схем, специализированных для выполнения функций локальных, уз­ловыхидажецентральныхмашинным интерфейсом.микроконтроллеровсразвитымчеловеко­16813.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексах13.3.2. Устройство иработа основных узлов микроконтроллераНа примере микроконтроллера семействаMCS-51кратко рассмотрим ти­повые узлы, интегрированные на кристалле.Двунаправлет-тые порты ввода-вывода позволяют считывать подводимыек ним внешние сигналы, т.

Характеристики

Список файлов книги