Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Вопрос №6
RISC-архитектура микропроцессоров. Общая характеристика. Достоинства и недостатки
RISC-архитектура относится к процессорам (компьютерам) с сокращенным набором команд (Reduced Instruction Set Computer - RISC). Основная особенность RISC-архитектуры проявляется в том, что система команд состоит из небольшого количества часто используемых команд одинакового формата, которые могут быть выполнены за один командный цикл (такт) центрального процессора. Более сложные, редко используемые команды реализуются на программном уровне. Однако за счет значительного повышения скорости выполнения команд средняя производительность RISC-процессоров может оказаться выше, чем у процессоров с CISC-архитектурой.
Большинство команд RISC-процессоров связано с операцией регистр-регистр. Для обращения к памяти оставлены наиболее простые с точки зрения временных затрат операции загрузки в регистры и записи в память.
Современные RISC-процессоры реализуют около 100 команд, имеющие фиксированный формат длиной 4 байта, и используют небольшое число наиболее простых способов адресации (регистровую, индексную и несколько других). RISC-процессоры содержать 10-100 регистров общего назначения (РОН), тогда как в CISC-процессорах всего 8-16 регистров. Обращение к внешней памяти в RISC-процессорах используется только в операциях загрузки данных в РОН или пересылки результатов из РОН в память. За счет сокращения аппаратных средств, необходимых для декодирования и выполнения сложных команд, достигается существенное упрощение ИС RISC-процессоров, снижение их стоимости, а также значительное повышение их производительности.
Вопрос №7
Принстонскую архитектуру или архитектуру фон-Неймана характеризуют следующие особенности:
Недостаток принстонской архитектуры - использование общей шины для передачи команд и данных ограничивает производительность цифровой системы.
1.2.2. Гарвардская архитектура (создатель Говард Айкен). Ее особенностью является разделение памяти команд (программ) и памяти данных. Память команд и память данных соединяются с процессором отдельными шинами. Благодаря разделению потоков команд и данных, а также совмещению операций их выборки (и записи результатов обработки) обеспечивается более высокая производительность, чем при использовании архитектуры фон-Неймана. Гарвардская архитектура получила широкое применение в микроконтроллерах, а также во внутренней структуре современных высокопроизводительных микропроцессоров в кэш-памяти с раздельным хранением команд и данных. В тоже время во внешней структуре большинства МПС реализуются принципы принстонской архитектуры.
Недостатки гарвардской архитектуры:
Вопрос №8
Особенности работы встроенного аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера AVR
Отличительные особенности:
●8-разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с малым потреблением
●Прогрессивная RISC архитектура
●130 высокопроизводительных команд, большинство команд выполняется за один тактовый цикл
●32 8-разрядных рабочих регистра общего назначения
●Полностью статическая работа
●Производительность приближается к 16 MIPS (при тактовой частоте 16 МГц)
●Встроенный 2-цикловый перемножитель
●Энергонезависимая память программ и данных
●4 -256 Кбайт внутрисистемно программируемой Flash памяти
●Обеспечивает 1000 циклов стирания/записи
●Дополнительный сектор загрузочных кодов с независимыми битами блокировки
●Внутрисистемное программирование встроенной программой загрузки
●Обеспечен режим одновременного чтения/записи (Read-While-Write)
●512 байт EEPROM
●Обеспечивает 100000 циклов стирания/записи
●1 Кбайт встроенной SRAM
●Программируемая блокировка, обеспечивающая защиту программных средств пользователя
возможность программирования непосредственно в системе через последовательные интерфейсы SPI и JTAG;
разнообразные способы синхронизации: встроенный RС-генератор с внутренней или внешней времязадающей RС-цепочкой, встроенный генератор с внешним кварцевым или пьезокерамическим резонатором, внешний сигнал синхронизации;
двухканальный генератор ШИМ - сигнала регулируемой разрядности (один из режимов работы 16-битных таймеров/счетчиков). Разрешение формируемого сигнала может составлять от 1 до12 бит;
многоканальный 10-битный АЦП последовательного приближения, имеющий как несимметричные, так и дифференциальные входы;
последовательный синхронный интерфейс SPI.
очень низкая стоимость.
Вопрос №9
Параллельные порты ввода-вывода микроконтроллеров AVR
Параллельные порты — это особые устройства ввода/вывода, позволяющие передавать во внешний мир или принимать одновременно восемь разрядов данных. Для обозначения портов используются латинские буквы А, В, С и т.д. Количество портов ввода/вывода варьируется в зависимости от модели микроконтроллера.
В микроконтроллерах AVR каждому параллельному порту ввода/вывода поставлены в соответствие три регистра (букве х соответствует имя порта А, В и т.д.):
DDRx — регистр направления передачи данных — определяет, является тот или иной вывод порта входам или выходом; если некоторый разряд регистра DDRx содержит лог. 0, то соответствующий вывод порта сконфигурирован как вход, в противном случае — как выход;
PORTx — регистр порта — если вывод выполняет роль выхода, то в соответствующий разряд записывается значение, предназначенное для вывода; если вывод выполняет роль входа, то лог. 0 в некотором разряде регистра PORTx соответствует высокоомный вход, а лог. 1 — вход, нагруженный подтягивающим сопротивлением;
PINx — регистр выводов порта — в отличие от регистров DDRx и PORTx доступен только для чтения и позволяет считать входные данные порта на внутреннюю шину микроконтроллера.
Выводы портов зачастую выполняют различные альтернативные функции при работе с внутренними и периферийными модулями микроконтроллеров AVR. Так, к примеру, в некоторых моделях в качестве внешних тактовых входов таймеров/счетчиков Т/СО и Т/С1 используются разряды 0 и 1 порта В или 4 и 5 порта D. Точное назначение выводов портов следует сверять по спецификации микроконтроллера.
Вопрос №10
Работа таймеров-счетчиков микроконтроллеров AVR в режиме широтно-импульсной модуляции
Режим «Быстродействующий ШИМ» (Fast PWM)
ШИМ - расшифровывается как Широтно-Импульсная Модуляция. На английском это звучит как ' Pulse Width Modulation' ( PWM). Сигнал с ШИМ часто используется в устройствах управления. Сигнал с ШИМ можно, например, использовать для регулировки скорости вращения электродвигателя постоянного тока. Для этого вместо постоянного напряжения на двигатель подается прямоугольное импульсное напряжение. Благодаря инерции двигателя, импульсы сглаживаются, и двигатель вращается равномерно. Меняя скважность импульсов (то есть отношение периода импульсов к их длительности), можно изменять среднее напряжение, приложенное к двигателю и тем самым менять скорость его вращения. Точно таким же образом можно управлять и другими устройствами. Например, нагревательными элементами, осветительными приборами и т.п. Преимущество импульсного управления в высоком КПД. Импульсные управляющие элементы рассеивают гораздо меньше паразитной мощности, чем управляющие элементы, работающие в аналоговом режиме.
Рисунок 3.5. Работа таймера в режиме Fast PWM.
Для формирования сигнала ШИМ используются те же самые регистры совпадения, которые работают и в режиме СТС. Формирование сигнала ШИМ может осуществляться несколькими разными способами. Работа таймера в режиме Fast PWM проиллюстрирована на рисунке 3.5. Сигнал с ШИМ формируется на специальном выходе микроконтроллера. На вход таймера подаются импульсы от системного генератора. Таймер находится в состоянии непрерывного счета. При переполнении таймера его содержимое сбрасывается в ноль, и счет начинается сначала. В режиме ШИМ переполнение таймера не вызывает прерываний. На рис. 3.5 это показано в виде пилообразной кривой обозначенной как TCNTn. Кривая представляет собой зависимость содержимого счетного регистра от времени
Содержимое счетного регистра непрерывно сравнивается с содержимым регистра совпадения. Пока число в регистре OCRn больше, чем число в счетном регистре таймера (TCNTn), напряжение на выходе ШИМ равно логической единице. Когда же в процессе счета содержимое счетного регистра TCNTn станет больше содержимого OCRn, на выходе ШИМ установится нулевой потенциал. В результате на выходе мы получим прямоугольные импульсы. Скважность этих импульсов будет зависеть от содержимого регистра OCRn. Чем меньше число в OCRn, тем выше скважность выходных импульсов. На рисунке 3.5 показана скважность импульсов для двух разных значений регистра OCRn. Если содержимое OCRn достигнет своего максимального значения, то импульсы на выходе ШИМ исчезнут, и там постоянно будет присутствовать логическая единица. При уменьшении числа в OCRn появятся импульсы малой скважности (длительность почти равна периоду). Если плавно уменьшать число в OCRn, то скважность будет плавно уменьшаться. Когда содержимое OCRn достигнет нуля импульсы на выходе ШИМ, так же исчезнут и там установится логический ноль.
Режим «ШИМ с фазовой коррекцией» ( Phase Correct PWM)
Описанный в предыдущем разделе режим ШИМ имеет один недостаток. При изменении длительности импульсов меняется и их фаза. Центр каждого импульса как бы сдвигается во времени. При управлении электродвигателем такое поведение фазы не желательно. Поэтому в микроконтроллерах AVR предусмотрен еще один режим ШИМ. Это ШИМ с точной фазой. Принцип работы таймера в этом режиме изображен на рисунке 3.6.
Рисунок.3.6. Работа таймера в режиме Phase Correct PWM.
Отличие режима ' Phase Correct PWM' от режима ' Fast PWM' в режиме работы счетчика. Сначала счетчик считает так же, как и в предыдущем режиме (от каждого входного импульса его значение увеличивается на единицу). Достигнув своего максимального значения, счетчик не сбрасывается в ноль, а переключается в режим реверсивного счета. Теперь уже от каждого входного импульса его содержимое уменьшается на единицу. В результате, пилообразная кривая, отображающая содержимое счетного регистра TCNTn становится симметричной, как показано на рисунке 3.6. Система совпадения работа так же, как и в предыдущем случае. Благодаря симметричности сигнала на таймере фаза выходных импульсов в процессе регулировки скважности не изменяется. Середина каждого импульса строго привязана к точке смены направления счета таймера.
Недостатком режима ' Phase Correct PWM' можно считать в два раза меньшую частоту выходного сигнала. Это существенно уменьшает динамичность регулирования. Кроме того, при использовании внешних фильтров, для преобразования импульсного сигнала ШИМ в аналоговый, схема с более низкой частотой потребует применения комплектующих с большими габаритами и массой.