Mikrořadiče

Mikrořadiče
1Co to je?.........................................................................................................1
2Dělení............................................................................................................1
2.1Dle druhu paměti....................................................................................1
2.2Podle šířky datové sběrnice....................................................................2
2.3Podle instrukční sady..............................................................................2
3Co je uvnitř?..................................................................................................2
4Kdo to vyrábí?...............................................................................................5
5Programování čipů prakticky........................................................................5
6Periferie ´51..................................................................................................5
1 Co to je?
Mikrořadiče(jinak mikrokontroléry) jsou počítače, které obsahují všechny podstatné
části počítače v jednom čipu. Díky tomu jsou velmi univerzální a v dnešní době také
velmi levné. Dnes již obsahují velké množství periferií a různé druhy paměti. Nejčastější
periferiie jsou čítače, časovače, seriový kanál U(S)ART, PWM generátory, A/D
převodníky, řadiče I2C transceivery, USB řadiče, ethernetová rozhraní a dnes dokonce
433MHz transceivery. Právě tyto integrované periferie přináší způsob vytvořit zařízení,
které dosahuje minimálních rozměrů a přitom bez problému nahrazuje standardní
počítač.
2 Dělení
Mikrokontroléry lze dělit dle různých kritérií, nejdůležitější popíši níže.
2.1 Dle druhu paměti
Dle druhu paměti lze mikrokontroléry rozdělit jednak z hlediska uspořádání adresního
prostoru nebo podle technologie použité paměti.
Uspořádat adresní prostor mikrokontroléru lze prakticky dvěma způsoby
podle a) je veškerá pamět uspořádána lineárně v jednom adresním prostoru.
podle b)je paměť programu samostatně oddělená od paměti dat a SFR(registrů
speciálních funkcí, tj. ovládání periferií) – tzv. Harwardská architektura
Ondřej Kunc/Pillár : Mikrokontroléry :minulost, současnost a budoucnost
1
Z hlediska typu použité paměti dělíme mikrokontroléry na
OneTimeProgrammable(PROM), NotProgrammable(ROM), Flash(Reprogrammable),
vnitřní RAM je zpravidla statická, dále mají některé mikrokontroléry navíc EEPROM
paměť, která je přístupná v programu(nejčastěji PIC).
2.2 Podle šířky datové sběrnice
Běžně se vyskytují mikrokontroléry 4,8,16 a 32-bitové. Mikrokontroléry se širší sběrnicí
se dnes také vyrábí, ale jsou to spíše specializované obvody jako DSP a podobně.
2.3 Podle instrukční sady
dělíme mikrokontroléry na RISC a CISC, hlavní rozdíl, je ten, že mikrokotroléry RISC
mají velmi málo instrukcí(např PIC16F84 pouze 33), CISC mikrokontroléry mívají
instrukcí více, některé jsou svým způsobem nadbytečné, protože je lze realizovat
správným použitím jiných instrukcí nebo jejich sekvencí. RISCové mikrořadiče jsou
zpravidla značně rychlejší, mívají kratší pracovní cyklus.
3 Výkon
Současné mikrořadiče dosahují výkonů až ve stovkách MIPS(např mikrokontroléry
firmy Ubicom pro síťové prvky), pro obyčejné chudé smrtelníky se v poslední době
objevily na trhu mikrokontroléry ATMEL AT89LP2051, které mají výkon až 20MIPS při
frekvenci hodin 20MHz, mají totiž speciální jádro kompatibilní s 89C51, ale většinou
operací provádějí v jednom taktu hodin, ne 12 taktech jako 89C51, vzhledem k tomu, že
jsou cenově dostupné(v GM electronics 39Kč s DPH) a navíc plně kompatibilní s
původním AT89C2051, tak lze očekávat, že budou velmi používané. Zároveň bych
rozebral porovnávání výkonů RISC a CISC procesorů.
Ondřej Kunc/Pillár : Mikrokontroléry :minulost, současnost a budoucnost
2
4 Co je uvnitř?
Obr 1. Jádro 8051
Ondřej Kunc/Pillár : Mikrokontroléry :minulost, současnost a budoucnost
3
Ondřej Kunc/Pillár : Mikrokontroléry :minulost, současnost a budoucnost
4
5 Kdo to vyrábí?
Nejznámějšími firmami, které vyrábí mikrokontroléry jsou
●
Motorola(MC68HC..)
●
HITACHI(H8S,a spec. mikrokontroléry s ROM programem(HD4478A00-pro řízení
LCD displayů))
●
ATMEL('51, AVR)
●
MICROCHIP(PIC ....)
●
STMicroelectronics(ARM7)
●
WinBond(Spec. mikrokontroléry pro PC desky, měření teploty, )
●
ZILOG
6 Programování čipů prakticky
Programátor který umožní naprogramovat například AT89C2051 od firmy ATMEL.
Tento typ mikrokontrolérů jsem si vybral ze dvou důvodů, jednak s ním mám osobní
zkušenost, a zároveň je prostě legendou mikrokontrolérů(z hlediska ceny, jednoduchého
pochopení instrukčního souboru a také odolnosti čipu).
v prezentaci ukázat a vysvětlit fotku
7 Periferie ´51
Pro rozebrání periferií jsem si zase vybral právě mikrokontroléry standardu MCS-51,
protože nám jsou nejbližší. S čítačem/časovačem bychom měli mít všichni nějaké
zkušenosti, proto se tím nebudeme zabývat, ale ukážeme si, jak se u MCS-51 obsluhuje
sériový kanál. Vezměme v úvahu nejběžnější seriovou linku používanou pro průmyslové
aplikace mikrokontrolérů, její parametry jsou (asynchronní komunikace,
9600Baud,1stopbit,parita žádná, řízení toku žádné, napěťové úrovně dle standardu
RS232C).
Jak na to
●
Hw hledisko:
●
mikrokontroléry mají výstupní úrovně na portech v TTL/CMOS compatible
úrovních, je třeba je převést na RS232, k tomu se v dnešní době používá
nejčastěji obvod MAX232C, nebo MC1488 v kombinaci MC1489(potřebuje
Ondřej Kunc/Pillár : Mikrokontroléry :minulost, současnost a budoucnost
5
5,+15,-15V)
Sw hledisko:
●
●
je třeba, aby zůstal volný alespoň jeden časovač, který bude seriovou linku
časovat, protože AT89C2051 nemá vnitřní BaudRateGenerator(vysvětlit)
●
ukážeme si zdrojový kód, který umožní přijímat data a vystavovat je na port
P1
ORG 0
JMP begin
ORG 0Bh
JMP serial_IT
ORG 100h
begin:
MOV SCON,#50h
ORL TMOD,#22h ; 2X pro seriovku(povesenou na Timer1) a X2 pro timer T0
MOV TH1,#0FDh ; rychlost 9600Baud @fCLK=11,0592Mhz
MOV TL1,#0FDh
MOV TH0,#0
SETB ES ;preruseni seriovky ON
SETB EA ;globalni povoleni preruseni
SETB TR1 ;spusteni casovace pro seriovku
JMP $ ;tady budeme čekat, pokud zrovna nepoběží přerušení
serial_IT:
JNB RI,EMIT_IT
CLR RI
MOV P1,SBUF ;přijatá data uložíme na port P1
JMP END_IT
EMIT_IT:
CLR TI
END_IT:
RETI
Jak na odesílání dat?
SFR Registr SBUF je rozdvojen, tzn, že existují dva registry a řadič je rozlišuje, podle
toho, jestli je do něj zapisováno, nebo je čten, tak je umožněna obousměrná
komunikace. Problémem je, že do SBUF registru nesmíme zapsat, pokud ještě nebyl
odeslán minulý znak, bohužel neexistuje příznak, kterým by se to dalo testovat, proto
jsem v jedné aplikaci řešil tento problém tímto makrem.
SEND MACRO znak
JB SENT,$
Ondřej Kunc/Pillár : Mikrokontroléry :minulost, současnost a budoucnost
6
MOV SBUF,znak
SETB SENT
ENDM
příznak SENT byl pouhým rezervovaným bitem, který se vždy na konci přerušení
seriové linky vymazal.
-----Pilly
Ondřej Kunc/Pillár : Mikrokontroléry :minulost, současnost a budoucnost
7