wykl_mim_cz2.pdf

(3201 KB) Pobierz
Mikroprocesory i kontrolery
1
M
ikroprocesory i kontrolery
Materiały do wykładu
Tom
II
MIKROKONTROLERY
Mikroprocesory i kontrolery
2
dr hab. inż. Zbigniew Czaja
Gdańsk 2015
Mikroprocesory i kontrolery
3
Definicja, budowa i zastosowania mikrokontrolerów
Definicja mikrokontrolera:
Mikrokontroler
to:
•
układ cyfrowy z wyspecjalizowanym mikroprocesorem
i niezbędnymi do jego samodzielnej pracy
urządzeniami zawartymi w jednym układzie scalonym (dzięki którym nie wymaga urządzeń
zewnętrznych, takich jak np. kontrolery magistral, przerwań, generatory sygnałów taktujących
mikroprocesor, itp.),
•
jest zdolny do
autonomicznej pracy,
tzn. w najprostszych zastosowaniach nie wymaga przyłączenia
zewnętrznych układów pomocniczych (peryferyjnych),
•
został zaprojektowany do pracy w
systemach kontrolno-pomiarowych oraz komunikacyjnych,
stąd
posiada rozbudowany system komunikacji z otoczeniem,
•
z reguły pracuje w
czasie rzeczywistym.
Mikroprocesory i kontrolery
4
Zdjęcie mikrokontrolerów w obudowach PDIP
Rys. 1. Uproszczona budowa mikrokontrolera
Cechy techniczne jednostki centralnej (CPU) mikrokontrolera (w skrócie
mk):
•
szerokość szyny danych.
Może być ona 8-bitowa, 16-bitowa lub 32-bitowa. Na podstawie tej szerokości określa się
typ mk, np. mk 8-bitowy,
częstotliwość sygnału taktującego (zegarowego),
Mk ukierunkowane są na zastosowania w układach kontrolno
pomiarowych i komunikacyjnych. W wielu tego typu zastosowaniach daje się określić wymaganą minimalną prędkość
przetwarzania danych przez jednostkę centralną. Nie obowiązuje przy tym zasada wzięta z mikroprocesorów,
że
im
większa prędkość przetwarzania danych tym lepiej.
rozbudowane
układy przerwań.
•
•
Mikroprocesory i kontrolery
5
Rys. 2. Uszczegółowiona budowa mk
Mikroprocesory i kontrolery
6
Funkcje bloków mk:
•
Jednostka centralna
(dokładniej zawarty w niej mikroprocesor) realizuje program zawarty w
pamięci programu (typu FLASH)..
•
Pamięć programu typu
FLASH
służy do przechowywania
kodu programu
oraz
stałych.
•
Zmienne programu
przechowywane są w
pamięci danych RAM.
•
Jednostka centralna jak i pozostałe wewnętrzne bloki mk są taktowane
sygnałem zegarowym
(clock), generowanym i rozprowadzanym przez
system zegarowy.
Częstotliwość sygnału
zegarowego może być stabilizowana np. zewnętrznym
oscylatorem kwarcowym.
•
W stan początkowy mk wprowadzany jest
sygnałem RESET
generowanym przez
układ
resetu.
•
Układy peryferyjne
umożliwiają odczyt sygnałów wejściowych cyfrowych, jak i również
analogowych (przetworniki A/C) oraz generację sygnałów wyjściowych stosowanych do
sterowania układami mse. Komunikacja z otoczeniem mk odbywa się za pośrednictwem linii
portów we/wy.
Mikroprocesory i kontrolery
7
Mk posiada następujące cechy
(11 cech mikrokontrolera):
1. zamknięcie magistrali danych i adresowej wewnątrz układu scalonego,
2. stała struktura pamięci ROM/RAM,
3. stałość programu sterującego,
4. dostęp do rejestrów procesora i układów we-wy poprzez mechanizm
adresowania pamięci RAM (memory
mapped registers and I/O),
5. rejestrowa struktura jednostki centralnej,
6. procesory boolowskie wykonujące operacje na pojedynczych bitach
w pamięci, rejestrach i układach we-wy,
7. bogaty zestaw urządzeń we-wy,
8. rozbudowane i szybkie układy przerwań we-wy,
9. różnorodne tryby i
środki
redukcji mocy pobieranej,
10. rozbudowane mechanizmy kontroli i detekcji nieprawidłowych
stanów mk,
11. zawarcie w jednej strukturze układów cyfrowych (sterujących)
i analogowych (pomiarowych).
Trzy pierwsze cechy dotyczą mk zamkniętych, które będą omówione w dalszej części wykładu.
Mikroprocesory i kontrolery
8
Rys. 3. Przykładowe obszary zastosowań mikroprocesorów i mikrokontrolerów
Mikroprocesory i kontrolery
9
Rys. 4. Przykładowe zastosowania mikrokontrolerów w technice samochodowej
Mikroprocesory i kontrolery
10
Przykładowe, wybrane zastosowania komputerów (mikrokontrolerów) w medycynie:
•
•
zaawansowane systemy komputerowe:
tomograf, ultrasonograf, itd.,
miniaturowe urządzenia diagnostyczne
umożliwiające wszechstronną kontrolę medyczną, np.:
•
elektroniczne urządzenie pomiaru ciśnienia krwi umożliwia bezpieczne wykonanie badania, dostępne również dla
osób cierpiących na arytmię serca,
komputerowa przystawka BCTS (Bronchical
Control Treatment System)
po podłączeniu do komputera osobistego
pozwala na dokładne dozowanie leków przeciw astmie,
niewielkie urządzenie mikroprocesorowe generujące bodźce elektryczne łagodzące ból,
temperaturę ciała najdokładniej zmierzy mikroprocesorowy termometr douszny (precyzyjny pomiar temperatury
błony bębenkowej, najbardziej miarodajnego wskaźnika ciepłoty ciała),
chorzy na cukrzycę mogą za pomocą komputerowego miernika dokładnie oceniać poziom cukru we krwi,
w użyciu są miniaturowe, przenośne aparaty EKG,
osoby mające problemy ortopedyczne są wspomagane przez inteligentne protezy reagujące na bieżąco na dziesiątki
bodźców związanych z dynamiką chodu.
...
•
•
•
•
•
•
•
Obecnie systemy mikroprocesorowe, w tym systemy czasu rzeczywistego znajdują liczne zastosowania w
diagnostyce
i
pielęgnowaniu pacjentów.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin