Презентация на тему: Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов

Реклама. Продолжение ниже
Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов
1. Назначение микроконтроллеров
Характерные черты микроконтроллеров
Состав типовой микроконтроллерной системы
Функционирование типовой микроконтроллерной системы (1)
Функционирование типовой микроконтроллерной системы (2)
Семейства 8-разрядных микроконтроллеров
2. Архитектура AVR- микроконтроллеров
Архитектура AVR- микроконтроллеров (2)
Архитектура AVR- микроконтроллеров ( 3 )
Архитектура AVR- микроконтроллеров ( 4 )
Архитектура AVR- микроконтроллеров ( 5 )
Архитектура AVR- микроконтроллеров (6)
Архитектура AVR- микроконтроллеров (7)
Архитектура AVR- микроконтроллеров (8)
Архитектура AVR- микроконтроллеров (9)
Архитектура AVR- микроконтроллеров (10)
3. Программная модель AVR -микроконтроллеров
Программная модель AVR -микроконтроллеров (2)
Программная модель AVR -микроконтроллеров (3)
Программная модель AVR -микроконтроллеров (4)
Программная модель AVR -микроконтроллеров (5)
4. Система команд AVR- микроконтроллеров
Система команд AVR- микроконтроллеров (2)
Система команд AVR- микроконтроллеров (3)
Система команд AVR- микроконтроллеров ( 4 )
Коды условий
1/27
Средняя оценка: 5.0/5 (всего оценок: 29)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (635 Кб)
Реклама. Продолжение ниже
1

Первый слайд презентации: Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов

Микроконтроллеры Соловьёв Сергей Юрьевич, канд. техн. наук, доцент кафедры 303 Ушаков Андрей Николаевич, ассистент кафедры 303

Изображение слайда
1/1
2

Слайд 2: 1. Назначение микроконтроллеров

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 2 1. Назначение микроконтроллеров Микроконтроллер – это специализированный микропроцессор, предназначенный для построения устройств управления техническими объектами и технологическими процессами. Конструктивно микроконтроллер представляет собой большую интегральную схему (БИС), на кристалле которой размещены все составные части типовой вычислительной системы: микропроцессор, память, а также периферийные устройства для реализации дополнительных функций. Так как все элементы микроконтроллера размещены на одном кристалле, их также называют однокристальными (однокорпусными) микроЭВМ или однокристальными микроконтроллерами. Цель применения микроконтроллеров – сокращение числа компонентов, уменьшение размеров и снижение стоимости приборов (систем).

Изображение слайда
1/1
3

Слайд 3: Характерные черты микроконтроллеров

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 3 Характерные черты микроконтроллеров Характерные черты микроконтроллеров: RISC-архитектура (RISC – Reduced Instruction Set Computer – вычислитель с сокращённым набором команд); незначительная ёмкость памяти; физическое и логическое разделение памяти программ и памяти данных; система команд ориентирована на решение задачи управления. Микроконтроллеры предназначены для решения задач управления, контроля, регулирования и первичной обработки информации и менее эффективны при реализации сложных алгоритмов обработки данных. Микроконтроллеры составляют наиболее широкий класс микропроцессоров, используемых в приборах, устройствах и системах различного назначения.

Изображение слайда
1/1
4

Слайд 4: Состав типовой микроконтроллерной системы

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 4 Состав типовой микроконтроллерной системы В состав типовой микроконтроллерной системы управления входит микроконтроллер и аппаратура его сопряжения с объектом управления. ФСУ – формирователи сигналов управления; ИУ – исполнительные устройства; Д – датчики; ФСС – формирователи сигналов состояния

Изображение слайда
1/1
5

Слайд 5: Функционирование типовой микроконтроллерной системы (1)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 5 Функционирование типовой микроконтроллерной системы (1) Микроконтроллер производит периодический опрос сигналов состояния объекта и в соответствии с заложенным алгоритмом генерирует последовательности сигналов управления. Сигналы состояния характеризуют текущие параметры объекта управления. Они формируются путём преобразования выходных сигналов датчиков (Д) с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП) или формирователей сигналов состояния (ФСС); последние чаще всего выполняют функции гальванической развязки и формирования уровней. Сигналы управления, выработанные микроконтроллером, подвергаются преобразованию с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) или формирователей сигналов управления (ФСУ), в качестве которых применяются усилители мощности, оптроны, транзисторные и тиристорные ключи и др. Выходные сигналы ЦАП и ФСУ представляют собой соответственно аналоговые и дискретные управляющие воздействия, которые поступают на исполнительные устройства (ИУ).

Изображение слайда
1/1
6

Слайд 6: Функционирование типовой микроконтроллерной системы (2)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 6 Функционирование типовой микроконтроллерной системы (2) В системе могут быть также предусмотрены: панель управления, устройство индикации; интерфейс для обмена информацией с внешними устройствами и другие устройства. В зависимости от назначения и характеристик конкретной системы некоторые из указанных элементов могут отсутствовать. Разрядность выпускаемых микроконтроллеров варьируется от 4 до 64 бит. Наибольшее распространение получили 8-разрядные микроконтроллеры как пригодные для использования в различных приложениях и имеющие низкую стоимость. Характерными представителями таких устройств являются микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel ( http://www.atmel.com ).

Изображение слайда
1/1
7

Слайд 7: Семейства 8-разрядных микроконтроллеров

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 7 Семейства 8-разрядных микроконтроллеров Семейства MCS51 (8051) -совместимых микроконтроллеров фирм Philips, Dallas Semiconductor, Atmel, Cypress, Cygnal, Winbond и многих других Семейство PIC - контроллеров фирмы Microchip Семейство AVR - микроконтроллеров фирмы Atmel Семейство 68НС05/68НС08/68НС11 фирмы Motorola Семейство Z8 / Z8 0 фирмы Zilog Семейство ST7 фирмы STMicroelectronics …и огромное количество микроконтроллеров других фирм!

Изображение слайда
1/1
Реклама. Продолжение ниже
8

Слайд 8: 2. Архитектура AVR- микроконтроллеров

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 8 2. Архитектура AVR- микроконтроллеров AVR-микроконтроллеры – это 8-разрядные RISC-микроконтроллеры, отличительными особенностями которых являются наличие FLASH -памяти программ, широкий спектр периферийных устройств, высокая вычислительная производительность, а также доступность средств разработки программного обеспечения. В состав семейства AVR в настоящее время входит более 50 различных устройств, которые подразделяются на несколько групп. Универсальные AVR -микроконтроллеры входят в группы Tiny AVR и Mega AVR. Tiny AVR (ATtiny XХX ) – дешёвые устройства с небольшим количеством выводов. Mega AVR (ATmega XХX ) – мощные AVR-микроконтроллеры, имеющие наибольшие объёмы памяти и количество выводов, а также максимально полный набор периферийных устройств.

Изображение слайда
1/1
9

Слайд 9: Архитектура AVR- микроконтроллеров (2)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 9 Архитектура AVR- микроконтроллеров (2) Специализированные AVR-микроконтроллеры представлены следующими группами: LCD AVR ( ATmega 169 Х, ATmega 329 Х ) – микроконтроллеры для работы с жидкокристаллическими индикаторами; USB AVR ( AT 43 USB XХX, AT 76 C 711) – микроконтроллеры с интерфейсом USB ; Z-Link AVR ( ATmega XХ RZ X, AT XХ RZ X ) – микроконтроллеры с интерфейсом ZigBee ; CAN AVR (AT90CAN XX, AT90CAN XXX ) – микроконтроллеры с интерфейсом CAN ; DVD AVR ( AT 78 C XХX ) – контроллеры CD / DVD -приводов; RF AVR ( AT 86 RF ХХХ ) – микроконтроллеры для построения систем беспроводной связи; Secure AVR ( AT 90 SC XХХX, AT 97 SC XХХX ) – микроконтроллеры для смарт-карт; Smart Battery AVR (ATmega406) – микроконтроллер для управления зарядом батарей; Lighting AVR (AT90PWM XX ) – микроконтроллеры для управления электронным балластом люминесцентных ламп; FPGA AVR ( AT 94 K XХ AL ) – AVR -микроконтроллеры, выполненные на одном кристалле с ПЛИС. Кроме того, ранее выпускалась группа Classic AVR (AT90S XXХX ) – устройства, занимающие промежуточное положение между микроконтроллерами групп Mega и Tiny (заменены совместимыми усовершенствованными аналогами группы Mega ).

Изображение слайда
1/1
10

Слайд 10: Архитектура AVR- микроконтроллеров ( 3 )

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 10 Архитектура AVR- микроконтроллеров ( 3 )

Изображение слайда
1/1
11

Слайд 11: Архитектура AVR- микроконтроллеров ( 4 )

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 11 Архитектура AVR- микроконтроллеров ( 4 ) AVR-микроконтроллеры содержат на кристалле следующие аппаратные средства: 8-разрядное процессорное ядро; память программ; оперативную память данных; энергонезависимую память данных; регистры ввода-вывода; схему прерываний; схему программирования; периферийные устройства. Процессорное ядро ( Central Processing Unit – CPU ) AVR -микроконтроллеров содержит арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры общего назначения (РОН), программный счётчик, указатель стека, регистр состояния, регистр команд, дешифратор команд, схему управления выполнением команд.

Изображение слайда
1/1
12

Слайд 12: Архитектура AVR- микроконтроллеров ( 5 )

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 12 Архитектура AVR- микроконтроллеров ( 5 )

Изображение слайда
1/1
13

Слайд 13: Архитектура AVR- микроконтроллеров (6)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 13 Архитектура AVR- микроконтроллеров (6)

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
14

Слайд 14: Архитектура AVR- микроконтроллеров (7)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 14 Архитектура AVR- микроконтроллеров (7) Регистры общего назначения представляют собой 8-разрядные ячейки памяти с быстрым доступом, непосредственно доступные АЛУ. В AVR-микроконтроллерах имеется 32 РОН. Программный счётчик ( Program Counter – PC ) содержит адрес следующей выполняемой команды. Указатель стека ( Stack Pointer – SP ) служит для хранения адреса вершины стека. Регистр состояния ( Status Register – SREG ) содержит слово состояния процессора. Регистр команд, дешифратор команд и схема управления выполнением команд обеспечивают выборку из памяти программ команды, адрес которой содержится в программном счётчике, её декодирование, определение способа доступа к указанным в команде аргументам и собственно выполнение команды.

Изображение слайда
1/1
Реклама. Продолжение ниже
15

Слайд 15: Архитектура AVR- микроконтроллеров (8)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 15 Архитектура AVR- микроконтроллеров (8) Для ускорения выполнения команд используется механизм конвейеризации, который заключается в том, что во время исполнения текущей команды программный код следующей выбирается из памяти и декодируется. Память AVR-микроконтроллеров организована по схеме гарвардского типа – адресные пространства памяти программ и памяти данных разделены. Память программ представляет собой перепрограммируемое ПЗУ типа FLASH и выполнена в виде последовательности 16-разрядных ячеек, так как большинство команд AVR-микроконтроллера являются 16-разрядными словами. Гарантируется не менее 100 000 циклов перезаписи. Память программ имеет размер от 2 до 256 Kбайт (от 1 до 128 Kслов).

Изображение слайда
1/1
16

Слайд 16: Архитектура AVR- микроконтроллеров (9)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 16 Архитектура AVR- микроконтроллеров (9) Оперативная память данных представляет собой статическое ОЗУ (SRAM – Static Random - Access Memory ) и организована как последовательность 8-разрядных ячеек. Оперативная память данных может быть внутренней (до 16 Kбайт) и внешней (до 64 Кбайт). Энергонезависимая ( nonvolatile ) память данных организована как последовательность 8-разрядных ячеек и представляет собой перепрограммируемое ПЗУ с электрическим стиранием (РПЗУ-ЭС или EEPROM – Electrically Erasable Programmable Read-only Memory). Энергонезависимая память данных имеет размер до 64 Кбайт. Регистры ввода-вывода предназначены для управления процессорным ядром и периферийными устройствами AVR-микроконтроллера. Схема прерываний обеспечивает возможность асинхронного прерывания процесса выполнения программы при определённых условиях.

Изображение слайда
1/1
17

Слайд 17: Архитектура AVR- микроконтроллеров (10)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 17 Архитектура AVR- микроконтроллеров (10) К периферийным устройствам AVR-микроконтроллера относятся: порты ввода-вывода; таймеры; счётчики; сторожевой таймер; аналоговый компаратор; аналого-цифровой преобразователь; универсальный асинхронный (синхронно-асинхронный) приёмопередатчик – УАПП (УСАПП); последовательный периферийный интерфейс SPI ; отладочный интерфейс JTAG и др. Набором периферийных устройств определяются функциональные возможности микроконтроллера. Обмен информацией между устройствами AVR-микроконтроллера осуществляется посредством внутренней 8-разрядной шины данных.

Изображение слайда
1/1
18

Слайд 18: 3. Программная модель AVR -микроконтроллеров

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 18 3. Программная модель AVR -микроконтроллеров Программная модель микропроцессора представляет собой совокупность программно доступных ресурсов. В программную модель микроконтроллеров семейства AVR входят следующие элементы: РОН; регистры ввода-вывода; память программ; оперативная память данных; энергонезависимая память данных.

Изображение слайда
1/1
19

Слайд 19: Программная модель AVR -микроконтроллеров (2)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 19 Программная модель AVR -микроконтроллеров (2)

Изображение слайда
1/1
20

Слайд 20: Программная модель AVR -микроконтроллеров (3)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 20 Программная модель AVR -микроконтроллеров (3) РОН ( R0 … R31 ) могут использоваться в программе для хранения данных, адресов, констант и другой информации. Шесть старших регистров объединены попарно и составляют три 16-разрядных регистра Х [ R27:R26 ], Y [ R29:R28 ] и Z [ R31:R30 ]. РОН, регистры ввода-вывода и оперативная память данных образуют единое адресное пространство. Адресное пространство – это множество доступных ячеек памяти, различимых по адресам; адресом называется число, однозначно идентифицирующее ячейку памяти (регистр).

Изображение слайда
1/1
21

Слайд 21: Программная модель AVR -микроконтроллеров (4)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 21 Программная модель AVR -микроконтроллеров (4) Адреса ячеек памяти традиционно записываются в шестнадцатеричной системе счисления, на что указывает знак $ в обозначении адреса. Существует две конфигурации единого адресного пространства памяти AVR -микроконтроллеров. В конфигурации А младшие 32 адреса ($0000…$001F) соответствуют РОН, следующие 64 адреса ($0020…$005F) занимают регистры ввода-вывода, внутренняя оперативная память данных начинается с адреса $0060. В конфигурации В начиная с адреса $0060 размещаются 160 дополнительных регистров ввода-вывода; внутренняя оперативная память данных начинается с адреса $0100. Конфигурация А используется в младших моделях микроконтроллеров и в некоторых старших моделях в режиме совместимости с моделями, снятыми с производства; конфигурация В – в старших моделях.

Изображение слайда
1/1
22

Слайд 22: Программная модель AVR -микроконтроллеров (5)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 22 Программная модель AVR -микроконтроллеров (5) В память программ, кроме собственно программы, могут быть записаны постоянные данные, которые не изменяются в процессе работы микропроцессорной системы (константы, таблицы линеаризации датчиков и т. п.). Выполнение программы при включении питания или после сброса микроконтроллера начинается с команды, находящейся по адресу $0000 (т. е. в первой ячейке) памяти программ. Энергонезависимая память данных предназначена для хранения информации, которая может изменяться непосредственно в процессе работы микропроцессорной системы (калибровочные коэффициенты, конфигурационные параметры и т. п.). Энергонезависимая память данных имеет отдельное адресное пространство и может быть считана и записана программным путём.

Изображение слайда
1/1
23

Слайд 23: 4. Система команд AVR- микроконтроллеров

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 23 4. Система команд AVR- микроконтроллеров Система команд ( instruction set ) микропроцессора представляет собой совокупность выполняемых микропроцессором операций и правил их кодирования в программе. Система команд AVR-микроконтроллеров включает следующие группы: команды (инструкции) арифметических и логических операций; команды ветвления, управляющие последовательностью выполнения программы; команды передачи данных; команды операций с битами. Всего в систему команд входит более 130 инструкций. Младшие модели микроконтроллеров не поддерживают некоторых из них.

Изображение слайда
1/1
24

Слайд 24: Система команд AVR- микроконтроллеров (2)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 24 Система команд AVR- микроконтроллеров (2) В зависимости от количества используемых операндов возможны три типа команд AVR-микроконтроллера: безадресные; одноадресные; двухадресные. В первом типе команд присутствует только код операции (КОП), определяющий выполняемую командой функцию. В командах второго и третьего типов помимо кода операции содержится адресная часть, устанавливающая способ доступа соответственно к одному или двум участвующим в команде операндам (аргументам команды). Способ формирования адреса операнда, указание на который содержится в команде, называется адресацией ( addressing ). С помощью того или иного способа адресации вычисляется физический адрес, подающийся на шину адреса процессора для выбора ячейки памяти или регистра, используемых в команде.

Изображение слайда
1/1
25

Слайд 25: Система команд AVR- микроконтроллеров (3)

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 25 Система команд AVR- микроконтроллеров (3) Классификация способов адресации в соответствии с типом адресуемой памяти способы адресации: способы адресации РОН и регистров ввода-вывода; способы адресации оперативной памяти данных (ОЗУ); способы адресации памяти программ. Возможность использования различных способов адресации позволяет сократить размер и время выполнения программ. Для адресации РОН и регистров ввода-вывода предусмотрен всего один режим – прямая регистровая адресация. Для адресации оперативной памяти данных используются пять способов адресации: непосредственная; косвенная; косвенная со смещением; косвенная с предекрементом; косвенная с постинкрементом.

Изображение слайда
1/1
26

Слайд 26: Система команд AVR- микроконтроллеров ( 4 )

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 26 Система команд AVR- микроконтроллеров ( 4 ) Для адресации памяти программ используются следующие способы: непосредственная адресация; косвенная адресация; относительная адресация; адресация константы; адресация константы с постинкрементом. При выполнении арифметических и логических команд, а также команд работы с битами в регистре состояния SREG формируются коды условий ( C, Z, N, V, S, H ), представляющие собой признаки результата операции. Регистр состояния SREG находится в адресном пространстве регистров ввода-вывода.

Изображение слайда
1/1
27

Последний слайд презентации: Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов: Коды условий

Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов - Лекция 7 27 Коды условий Разряд С ( c arry – перенос) устанавливается, если при выполнении команды был перенос из старшего разряда результата. Разряд Z ( z ero – нуль) устанавливается, если результат выполнения команды равен нулю. Разряд N ( n egative – отрицательный результат) устанавливается, если старший значащий разряд результата равен 1 (правильно показывает знак результата, если не было переполнения разрядной сетки числа со знаком). Разряд V ( o v erflow – переполнение) устанавливается, если при выполнении команды произошло переполнение разрядной сетки числа со знаком. Разряд S = N  V ( s ign – знак) правильно показывает знак результата при переполнении разрядной сетки числа со знаком. Разряд H ( h alf carry – полуперенос) устанавливается, если при выполнении команды был перенос из третьего разряда результата.

Изображение слайда
1/1
Реклама. Продолжение ниже