wykl_mim_cz1.pdf

(3396 KB) Pobierz
Mikroprocesory i kontrolery
1
zz
M
ikroprocesory i kontrolery
Materiały do wykładu
Tom
I
MIKROPROCESORY
Mikroprocesory i kontrolery
2
dr hab. inż. Zbigniew Czaja
Gdańsk 2015
Mikroprocesory i kontrolery
3
Cele wykładu:
•
Poznanie podstaw budowy, zasad działania mikroprocesorów i układów z nimi współpracujących.
Podstawowa wiedza potrzebna
do dalszego kształcenia się w technice mikroprocesorowej.
Poznanie podstaw budowy, zasad działania i sterowania mikrokontrolerów i ich urządzeń peryferyjnych.
Niezbędna wiedza do
dalszego samokształcenia się w tym kierunku i do wykorzystania mikrokontrolerów w praktyce.
Poznanie zasad działania i sterowania układami będącymi składowymi mikrosystemów elektronicznych,
między innymi:
buforami cyfrowymi, pamięciami o dostępie równoległym, wybranymi układami sterowanymi interfejsem SPI. Podstawa do dalszego
zdobywania wiedzy związanej z projektowaniem i oprogramowaniem elektronicznych systemów wbudowanych.
Nabycie umiejętności analizowania („czytania”) schematów blokowych i logicznych
opisujących złożone scalone układy
elektroniczne. Umiejętność ta pozwala na zrozumienie zasady działania układu opierając się na analizie jego schematu i czytanie ze
zrozumieniem jego opisu zawartych w dokumentacji technicznej (ang. datasheet). Umiejętność niezbędna przy projektowaniu
elektronicznych systemów wbudowanych.
Nabycie umiejętności analizy przebiegów czasowych
opisujących zachowanie się układu w czasie (pracę w „czasie rzeczywistym”).
Umiejętność ta jest niezbędna do projektowania i oprogramowywania układów elektronicznych, które jak wiadomo istnieją w
świecie
rzeczywistym zdeterminowanym przez czas. Przebiegi czasowe opisują zależności czasowe między sygnałami, graficznie ilustrują
sposoby sterowania w funkcji czasu układami elektronicznymi.
Nabycie niezbędnej umiejętności skutecznego uczenia się z dokumentacji technicznej
układów elektronicznych. Elektronika
cechuje się dużą dynamiką zmian na rynku. Co roku wprowadzana jest na rynek niezliczona liczba nowych układów scalonych,
natomiast wiele z tzw. „przestarzałych” jest wycofywana z rynku. Zatem wymagane jest od inżyniera
szybkie i dogłębne (a czasami
nawet szczegółowe) poznanie
nowego układu wybranego do danego projektu urządzenia:
o
o
szybkie, bo „czas to pieniądz” – im krótsza realizacja projektu tym jest on tańszy,
dogłębne, bo poprawiające efektywność pracy, ponieważ dość szybko umiemy układ poprawnie zaprogramować, w pełni
wykorzystać jego możliwości i szybko go uruchomić, gdyż rozumiemy jego zasadę działania i sterowania.
•
•
•
•
•
Mikroprocesory i kontrolery
4
Literatura podstawowa:
1. Niederliński A.: „Mikroprocesory,
mikrokomputery, mikrosystemy”,
Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa, 1988.
2. Daca W.: „Mikrokontrolery od układów 8-bitowych do 32-bitowych”, Wyd. NIKOM, Warszawa, kwiecień 2000.
3. Pełka R.: „Mikrokontrolery, architektura, programowanie, zastosowania”, Wyd. WKŁ, Warszawa 1999.
4. Jabłoński T: „Mikrokontrolery PIC16F8x w praktyce”, Wyd. BTC, Warszawa 2002.
5. Pietraszek S.: „Mikroprocesory jednoukładowe PIC”, Wyd. Helion, Gliwice 2002.
6. Starecki T.: „Mikrokontrolery 80C51 w praktyce”, Wyd. BTC, Warszawa 2002.
7. Doliński J.: „Mikrokontrolery AVR w praktyce”, Wyd. BTC, Warszawa 2003.
8. Hadam P.: „Projektowanie
systemów mikroprocesorowych”,
Wyd. BTC, Warszawa 2004.
9. Bryndza L.: „LPC2000 - Mikrokontrolery z rdzeniem ARM7”, Wyd. BTC, Legionowo 2007.
10.Michalski J. A.: „Mikroklocki. Mikroprocesory dla początkujących”, Wyd. BTC, Warszawa 2007.
11.Brzoza-Woch R.: „Mikrokontrolery AT91SAM7 w przykładach”, Wyd. BTC, Legionowo 2009.
12.Doliński j.: „Mikrokontrolery AVR - niezbędnik programisty”, Wyd. BTC, Legionowo 2009.
13.Baranowski R.: „Mikrokontrolery AVR ATmega w praktyce”, Wyd. BTC, Warszawa 2005.
14.Baranowski R.: „Mikrokontrolery AVR ATtiny w praktyce”, Wyd. BTC, Warszawa 2006.
15.Stawski E.: „Mikrokontrolery LPC2000 w przykładach”, Wyd. BTC, Legionowo 2009.
16.Bogusz J.: „Programowanie mikrokontrolerów 8051 w języku C wpraktyce”, Wyd. BTC, Warszawa 2005.
17.Jabłoński T., Pławsiuk K.: „Programowanie mikrokontrolerów PIC w języku C”, Wyd. BTC, Warszawa 2005.
...
Mikroprocesory i kontrolery
5
Wprowadzenie – podstawy techniki cyfrowej
Teoria układów cyfrowych, traktowanych jako układy logicznego działania, opiera się na dwuelementowej
algebrze
Boole'a.
Zastosowanie zasad i praw tej algebry umożliwia wykonanie analitycznej syntezy skomplikowanych funkcji logicznych
i zbudowanie odpowiadających im schematów logicznych układów cyfrowych.
Funkcją logiczną
nazywa się funkcję, której argumenty (zmienne logiczne) oraz sama funkcja mogą przybierać tylko
jedną z dwu wartości, np.
0
(inaczej ang.
FALSE
- czyli
Fałszywe)
lub
1
(inaczej ang.
TRUE
- czyli
Prawdziwe).
n
Funkcja logiczna:
F:{0,1}
→
{0,1}
m
, gdzie
n, m
– liczby naturalne.
Argumenty funkcji
oznaczamy zazwyczaj literami
A, B, C, ....
(mogą przyjmować tylko wartości
0
lub
1)
Operatory logiczne
oznacza się zazwyczaj:
•
•
iloczyn logiczny: * , · ,
∧
, AND
suma logiczna:
negacja:
+,
∨
, OR
!, ~, ¬,
A
, NOT
•
Mikroprocesory i kontrolery
6
Podstawowe zależności algebry Boole’a:
Przemienność
A*B=B*A
A+B=B+A
A + (B + C) = (A + B) + C
A * (B * C) = (A * B) * C
Łączność:
Rozdzielczość: A * (B + C) = (A * B) + (A * C)
A + (B * C) = (A + B) * (A + C)
Prawa de Morgana:
!(A + B) = !A * !B
!(A * B) = !A + !B
!!A = A
Podwójna negacja:
Własności jednej zmiennej ze stałymi 0 i 1
A+0=A
A+1=1
A+A=A
A + !A = 1
A*0=0
A*1=A
A*A=A
A * !A = 0
Mikroprocesory i kontrolery
7
Wartości argumentów funkcji logicznej odpowiadają
stanom wejść
układu cyfrowego,
a wartości samej funkcji -
stanom wyjść
tego układu.
Funkcja logiczna może być zadana za pomocą:
•
•
•
•
opisu słownego,
tablicy wartości funkcji - tzw.
tablicy prawdy
(ang.
truth table),
analitycznie w postaci
wyrażenia algebraicznego
(równania boolowskiego)
graficznie za pomocą
symboli logicznych.
Mikroprocesory i kontrolery
8
Rys. 1. Podstawowe bramki logiczne
Mikroprocesory i kontrolery
9
Bramki
AND, OR, NOT
tworzą tzw.
funkcjonalnie pełny
zestaw elementów. Oznacza to,
że
można z nich zbudować
dowolnie złożony układ logiczny.
Ponieważ,
każdą funkcję logiczną
kombinacyjną można zapisać jako sumę składników składających się z iloczynu
czynników (zmiennych i ich negacji), np.
F(A,B,C)
=
A*!B
+
A*B*C
+ !A*C
–
wyrażenie algebraiczne
lub
Rys. 2. Graficzna reprezentacja funkcji logicznej
Mikroprocesory i kontrolery
10
Za pomocą wyłącznie bramek
NAND
albo wyłącznie bramek
NOR
można także zrealizować dowolnie złożoną funkcję,
w tym również funkcje podstawowe
AND, OR, NOT.
Z tego powodu mówimy,
że
bramki
NAND
i
NOR
oddzielnie tworzą tzw.
minimalny
zestaw
funkcjonalnie pełny.
a)
b)
c)
Rys. 3. Realizacja bramki AND (a), OR (b) i NOT (c) za pomocą bramek NAND
Z prawa de Morgana: !(A * B) = !A + !B, podwójnej negacji: !!A = A i własności jednej zmiennej: A * A = A mamy:
AND:
!( !(A * B)) = !!(A * B) = A * B
OR:
!(!A * !B) = !!A + !!B = A + B
NOT:
!(A * A) = !(A) = !A

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin