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 1 Классификация микропроцессоров. Краткая характеристика каждого класса
По виду архитектуры
1.1. По форматам используемых команд (инструкций)
1.1.1 CISC – архитектура
1.1.2. RISC – архитектура
1.1.3. VLIW – архитектура
1.2. По способу организации выборки команд и данных
1.2.1. Принстонская архитектура или архитектура фон-Неймана
1.2.2. Гарвардская архитектура
2. По назначению
2.1. Микропроцессоры общего назначения или универсальные
2.2. Специализированные микропроцессоры
3. По виду обрабатываемых входных сигналов
3.1 Аналоговые
3.2. Цифровые
4. По количеству выполняемых программ
4.1. Однопрограммные
4.2. Мультипрограммные
5. По числу БИС в микропроцессорном комплекте
5.1. Однокристальные
5.2. Многокристальные
5.3. Многокристальные секционные
2)СISC-архитектура микропроцессоров. Общая характеристика. Достоинства и недостатки
CISC-архитектура относится к процессорам (компьютерам) с полным набором команд (Complete Instruction Set Computer - CISC). Она реализована на многих типах процессоров (например, Pentium), выполняющих большой набор разноформатных команд с использованием многочисленных способов адресации.
Система команд процессоров с CISC- архитектурой может содержать несколько сотен команд разного формата (от 1 до 15 байт), или степени сложности, и использовать более 10 различных способов адресации, что позволяет программисту реализовывать наиболее эффективно алгоритмы решения различных задач.
Развитие традиционных CISC-архитектур микропроцессоров по пути расширения функциональных возможностей и снижения затрат на программирование привело к увеличению числа команд в наборе и числа микрокоманд в команде. Следствием этого явилось усложнение ИС и снижение быстродействия выполнения программ. Один из путей устранения указанных недостатков состоит в использование сокращенного набора команд, организация которого подчинена увеличению скорости их выполнения.
3)Работа 7-сегментных индикаторов в режиме динамической индикации
Для отображения цифровых данных одного цифрового индикатора обычно недостаточно. В таких случаях к микроконтроллеру подключают сразу несколько таких индикаторов. Однако, из-за отсутствия достаточного количества выводов у процессора приходится применять специальные ухищрения. Используется схема подключения четырех семисегментных индикаторов к микроконтроллеру. При этом индикаторы, включенные по такой схеме, не могут работать все одновременно. Если их включить одновременно, то все они будут отображать одно и то же. Такая схема предназначена для работы индикаторов в режиме динамической индикации.
Режим динамической индикации часто применяется для многоразрядных цифровых индикаторов. Он состоит в том, что разряды индикатора работают не одновременно, а по очереди. Переключение разрядов происходит с большой скоростью. Если скорость переключения разрядов достаточно велика, то человеческий глаз не замечает того, что разряды горят по очереди.
Работа цифрового индикатора в режиме динамической индикации очень напоминает смену кадров в кино или телевидении. В каждый момент времени работает только один разряд. И каждый разряд показывает свою цифру. Разряды включаются по очереди, начиная с первого и заканчивая последним. Затем все начинается сначала. Такой способ работы индикатора имеет только одно преимущество: он позволяет экономить выводы микропроцессора и количество управляющих элементов (ключей).
Работает схема очень просто. Специальная программа, реализующая работу динамической индикации, постоянно перебирает разряды индикатора и выводит на каждый из индикаторов соответствующий символ. Такая программа должна работать в фоновом режиме, независимо от остальных программ, выполняемых процессором. Это достигается применением режима прерываний по таймеру.
4) Подключение микроконтроллерных устройств к персональному компьютеру посредствам последовательного порта
Параметры физического уровня протокола RS-232
Рассмотрим параметры физического уровня протокола, которые определяют скорость обмена, метод кодирования информации и схему передачи[3].
В протоколе RS-232 принято двухуровневое кодирование сигнала. Все сигналы передаются специально выбранными уровнями, обеспечивающими высокую помехоустойчивость связи (рисунок 1). Отметим, что данные передаются в инверсном коде (логической единице соответствует низкий уровень, логическому нулю - высокий уровень).
|
Рисунок 1. Уровни сигналов RS-232 |
Такое кодирование позволяет достичь максимальной скорость передачи данных 115200 бит/с при длине соединительного провода 15 метров.
Формат передаваемых данных показан на рисунке 2. 5, 6, 7 или 8 бит данных сопровождаются стартовым битом, битом четности и одним или двумя стоповыми битами. Получив стартовый бит, приемник выбирает из линии биты данных через определенные интервалы времени.
Рисунок 2. Формат данных RS-232
Важно, чтобы тактовые частоты приемника и передатчика были одинаковыми, допустимое расхождение составляет не более 10%. Скорость передачи по RS-232C может выбираться из ряда: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с[4].
Отметим, что подключение микроконтроллера к персональному компьютеру по протоколу RS-232 напрямую не возможно, так как сигнал передается уровнями -3..-15 В (логическая «1») и +3..+15 В (логический «0»). Для преобразования уровней RS-232 в стандартные логические уровни TTL обычно используют специальные микросхемы преобразователей. Схема одного из возможных конвертеров уровней представлена на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема конвертера уровней RS-232-TTL
Основу предлагаемого конвертера составляет широко распространенная микросхема преобразователей уровней MAX232A фирмы Maxim, которая имеет множество аналогов других производителей (Analog Devices, LG и другие). Данная микросхема рассчитана на напряжение питания 5В и имеет встроенные удвоитель и инвертор напряжений на переключаемых конденсаторах для получения напряжения ±10 В, необходимых для работы с сигналами стандарта RS-232. Для работы микросхемы требуется 4 внешних конденсатора (C1, C2, C3, C4) емкостью 0.1 мкФ, которые используются в преобразователе напряжения.
Использование такого конвертера удобно не только для организации обмена информацией между персональным компьютером и готовым внешним устройством, но и на этапе отладки проектируемого модуля, что позволяет во многих случаях обойтись без внутрисхемного отладчика[5].
Схема разводки стандартного 9-ти штырькового разъема для подключения устройств через последовательный порт компьютера представлена на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема разводки разъема
Назначение каждого из выводов сведено в таблице 1.
Таблица 1
|
Наименование |
Направление |
Описание |
|
DCD |
IN |
Carrier Detect (Определение несущей) |
|
RXD |
IN |
Receive Data (Принимаемые данные) |
|
TXD |
OUT |
Transmit Data (Передаваемые данные) |
|
DTR |
OUT |
Data Terminal Ready (Готовность терминала) |
|
GND |
-- |
System Ground (Корпус системы) |
|
DSR |
IN |
Data Set Ready (Готовность данных) |
|
RTS |
OUT |
Request to Send (Запрос на отправку) |
|
CTS |
IN |
Clear to Send (Готовность приема) |
|
RI |
IN |
Ring Indicator (Индикатор) |
Несмотря на то, что стандарт связи RS-232 был разработан более 35 лет назад, его до сих пор с успехом применяют в устройствах автоматики, в компьютерной технике и других приложения. Учитывая это, многие производители современных микроконтроллеров в набор средств периферии своих продуктов включают универсальный асинхронно-синхронный приемопередатчик.
5) Простейший цифро-аналоговый преобразователь. Электрическая схема и ее описание
Простейший ЦАП
Описываемый ниже цифро-аналоговый преобразователь был разработан как вспомогательный, для применения в качестве составной части многоканального АЦП. Однако он вполне может служить самостоятельным устройством для преобразования цифровой информации в аналоговую форму. Точность преобразования этой схемы невелика. Преобразователь позволяет сформировать аналоговый сигнал, имеющий всего 256 градаций уровня. Однако, в некоторых случаях этого может оказаться вполне достаточно. Например, микропроцессорную систему управления преобразователем напряжения. Подобный ЦАП с успехом может использоваться для формирования синусоидального напряжения, которое затем можно усилить по мощности, подать на вход трансформатора и получить на выходе напряжение 220 В 50 Гц практически идеальной синусоидальной формы.
Схема цифро-аналогового преобразователя приведена на рис. 2.1.
Он представляет собой матрицу резисторов R3...R10. Через каждый из этих резисторов на выход преобразователя поступает сигнал с одного из выходов буферного регистра DD2. Номиналы резисторов подобраны по принципу удвоения. Сопротивление резистора R9 в два раза больше, чем сопротивление R10. Сопротивление R8 еще в два раза больше. И так далее. Из стандартного пятипроцентного ряда специально подобраны такие номиналы, чтобы получился ряд значений, в котором каждое последующее в два раза больше предыдущего. В связи с тем, что главным критерием была простота и низкая стоимость, решено было отказаться от прецизионных радиоэлементов и более совершенных схемных решений.
Для минимизации влияния нагрузки на точность преобразования используется эмиттерный повторитель (VT1, R11).
Посмотрим, как работает такая схема. Процессор DD1 просто записывает число, предназначенное для преобразования в аналоговый сигнал, в буферный регистр DD2. В тот же момент то же число появляется на выходах этого регистра в виде восьми битов двоичного кода. В соответствии со значениями разрядов этого кода, на каждом из выходов DD2 установится одно их двух возможных выходных напряжений. Напряжение на выходе может быть либо равно нулю (низкий логический уровень), либо практически равно напряжению питания (высокий логический уровень). Через соответствующие резисторы матрицы эти напряжения поступят на вход эмиттерного повторителя. Результирующее напряжение сложится из всех этих сигналов. Однако вес каждого из сигналов в общей сумме будет разный.
Младший разряд (Q1) будет иметь самый маленький вес. Разряд Q2 будет иметь вес в два раза больший. И так далее. В результате уровень сигнала на выходе схемы будет прямо пропорционален значению двоичного числа, записанного в регистр DD2. При изменении этого числа от ООН до FFH напряжение на выходе преобразователя будет изменяться в пределах от 0 до 5 вольт. Преобразователь способен выдавать 256 дискретных уровней напряжения. Шаг между соседними уровнями будет равен 5/256 = 0,0195 (где-то около 20 мВ).
Это в идеале. В реальной схеме диапазон изменения выходного напряжения будет меньше из-за падения напряжения на переходе база-эмиттер. Несколько улучшить параметры такого ЦАП можно путем исключения эмиттерного повторителя, но только в случае, если нагрузка высокоомная. Для управления регистром DD2 используется порт Р1 микроконтроллера (передача данных) и линия Р3.4 (сигнал записи). Резисторы RI и R2 установлены для обеспечения нормальной работы выходов Р1.0 и Р1.1. Эти выходы не имеют внутренних резисторов нагрузки, поэтому они требуют применения внешней нагрузки.
Приведенную схему ЦАП можно было бы еще больше упростить. Например, можно обойтись и без микросхемы DD2, подключив матрицу резисторов непосредственно к порту Р1. Можно также отказаться от эмиттерного повторителя. Но отказ от эмиттерного повторителя еще более снизит точность преобразования. А отказ от промежуточного регистра приведет к резкому ограничению функциональных возможностей всей схемы. Так как сделает невозможным одновременное применение порта Р1 для нескольких разных целей.