Состав и назначение семейства PIC-контроллеров

Министерство образования Республики Беларусь

 

Учреждение образования

«Гродненский государственный университет имени Янки Купалы»

 

 

физико-технический факультет

 

 

 

 

 

 

 

курсовой проект

 

 

по специализации

на тему: «Состав и назначение семейства PIC-контроллеров»

 

 

 

 

Специальность: 1 – 36 04 02 Промышленная электроника

Специализация: 1 – 36 04 02-01 Микропроцессорные и микроэлектронные управляющие и информационные устройства

 

 

 

 

Студент:

 

3 курса, 1 группы, вечернего отделения

Специальности Промышленная электроника _________    ______        Бутя О. А.

    Подпись  Дата  ФИО

 

 

руководитель:

           _______         ___________       ______           Волчок   В.А

Оценка      Подпись                  Дата               ФИО

 

 

 

 

 

 

 

Гродно, 2015

 

CОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Общие сведения о микроконтроллерах и микропроцессорах ……...…...4
1. Понятие микропроцессора………………………………………….....4
2. Структурная схема микропроцессора………………………..……….6
3. Понятие микроконтроллера  .................................................................7
4. Структурная схема микроконтроллера……………………………….8
5. Отличие микроконтроллера от микропроцессора……..…………….9

 

2. Классификация и структура микроконтроллеров………………………..10
3. Обзор микроконтроллеров  фирмы Intel …………………………………13
1. Микроконтроллеры семейства MCS-51……………………………...13
2. Архитектура микроконтроллеров MCS-51 …………………….….…14
3. Система команд микроконтроллеров MCS-51……………………....19
4. Перспективы развития фирмы Intel  ..……………………………..…21

Заключение …………………………………………………………………….25

Литература………………………………………………………………...……26 
Введение

Микроконтроллеры семейств PIC (Peripheral Interface Controller) компании Microchip объединяют все передовые технологии микроконтроллеров: электрически программируемые пользователем ППЗУ, минимальное энергопотребление, высокую производительность, хорошо развитую RISC-архитектуру, функциональную законченность и минимальные размеры. Широкая номенклатура изделий обеспечивает использование микроконтроллеров и устройствах, предназначенных для разнообразных сфер применения.

Первые микроконтроллеры компании Microchip PIC16C5x появились в конце 1980-х годов и благодаря своей высокой производительности и низкой стоимости составили серьезную конкуренцию производившимся в то время 8-разрядным МК с CISC-архитектурой.

В настоящее время компания Microchip выпускает пять основных семейств 8-разрядных RISC-микроконтроллеров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Понятия микропроцессора и микроконтроллера
1. Понятие микропроцессора.

 

Микропроцессор — это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Микропроцессор выполняет следующие основные функции:

чтение и дешифрацию команд из основной памяти;

чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;

прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;

выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.

В состав микропроцессора входят следующие устройства.

1. Арифметико-логическое устройство  предназначено для выполнения  всех арифметических и логических  операций над числовой и символьной  информацией.

2. Устройство управления координирует  взаимодействие различных частей  компьютера. Выполняет следующие  основные функции:

формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;

формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;

получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.

3. Микропроцессорная память предназначена  для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой  в вычислениях непосредственно  в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится  на регистрах и используется  для обеспечения высокого быстродействия  компьютера, так как основная  память не всегда обеспечивает  скорость записи, поиска и считывания  информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.

4. Интерфейсная система микропроцессора  предназначена для связи с  другими устройствами компьютера. Включает в себя:

внутренний интерфейс микропроцессора;

буферные запоминающие регистры;

схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной. (Порт ввода-вывода — это аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору , другое устройство.)

К микропроцессору и системной шине наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора. К ним относятся математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

Математический сопроцессор используется для ускорения выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления тригонометрических функций. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно с основным микропроцессором, но под управлением последнего. В результате происходит ускорение выполнения операций в десятки раз. Модели микропроцессора, начиная с МП 80486 DX, включают математический сопроцессор в свою структуру.

Контроллер прямого доступа к памяти освобождает микропроцессор от прямого управления накопителями на магнитных дисках, что существенно повышает эффективное быстродействие компьютера.

Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с микропроцессором значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств, освобождает микропроцессор от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует режим прямого доступа к памяти.

Прерывание — это временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной. Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в микропроцессор.

Все микропроцессоры можно разделить на группы:

микропроцессоры типа CISC с полным набором системы команд;

микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд;

микропроцессоры типа VLIW со сверхбольшим командным словом;

микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др.

Важнейшими характеристиками микропроцессора являются:

тактовая частота. Характеризует быстродействие компьютера. Режим работы процессора задается микросхемой, называемой генератором тактовых импульсов. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций выполняет микропроцессор за одну секунду. Тактовая частота измеряется в МГц;

разрядность процессора — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция. Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обрабатывать в единицу времени и тем больше, при прочих равных условиях, производительность компьютера; 

Системы на основе микропроцессоров строят примерно следующим образом: рис. 1.

Рисунок 1. Система, основанная на микропроцессоре

Как видно на рис.1, микропроцессор в этой системе имеет множество вспомогательных устройств, таких как постоянное запоминающее устройство, оперативная память, последовательный интерфейс, таймер, порты ввода/вывода и т.д. Все эти устройства обмениваются командами и данными с микропроцессором через системную шину. Все вспомогательные устройства в микропроцессорной системе являются внешними. Системная шина, в свою очередь, состоит из адресной шины, шины данных и шины управления [1].

 

2. Структурная схема микропроцессора

 

Структурная схема микропроцессора (МП) рис.2, включает в себя три основных узла: арифметико-логическое устройство (АЛУ) , устройство управления (УУ) и узел регистров. Для осуществления связи между этими узлами используется внутренняя шина данных. Она состоит из восьми (для восьми разрядных МП) линий, по которым передаются 8-разрядеые слова (байты) и командная информация. Передача слов по внутренней шине данных между узлами МП осуществляется в обоих направлениях, но в разные  непересекающиеся временные интервалы.

Рисунок 2 Структурная схема микропроцессора

 

3. Понятие микроконтроллера

Микроконтроллер – это микросхема, которая представляет собой мини-компьютер, предназначенный для выполнения различных функций. Данная микросхема работает в соответствии с заложенной в нее программой. Микроконтроллер может в себе содержать различное количество так называемых периферийных модулей, которые определяю его возможности. К периферии микроконтроллера относятся, например: АЦП (аналого-цифровой преобразователь), различные таймеры, аналоговый компаратор, UART (по простому говоря COM-порт), USB, CANи т.д.  Как правило, любой микроконтроллер содержит следующие основные узлы:

• Арифметико-логическое устройство (АЛУ);
• Оперативная память (ОЗУ);
• Постоянная память (ПЗУ);
• Генератор тактовой частоты;
• Порты ввода/вывода;
• Память программ;
• Аналоговый компаратор;
• SCI интерфейс;
• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
• Таймеры.

 

Ниже представлена блок-схема микроконтроллера рис.3. Все опорные устройства, такие как постоянное запоминающее устройство, оперативная память, таймер, последовательный интерфейс, порты ввода/вывода являются встроенными. Поэтому не возникает необходимости создавать интерфейсы с этими вспомогательными устройствами, и это экономит много времени для разработчика системы.

Микроконтроллер не что иное, как микропроцессорная система со всеми опорными устройствами, интегрированными в одном чипе. Ядро микроконтроллера (центральный процессор), как правило строится на основе RISC-архитектуры.

 

Программа, записанная в память микроконтроллера может быть защищена от возможности ее последующего чтения/записи, что обеспечивает защиту от ее несанкционированного использования. [п.1]

Рисунок 3. Блок-схема микроконтроллера

 

4. Структурная схема микроконтроллера

 

Микроконтроллер характеризуется большим числом параметров, поскольку он одновременно является сложным программно-управляемым устройством и электронным прибором (микросхемой). Приставка "микро" в названии микроконтроллера означает, что выполняется он по микроэлектронной технологии.

В ходе работы микроконтроллер считывает команды из памяти или порта ввода и исполняет их. Что означает каждая команда, определяется системой команд микроконтроллера. Система команд заложена в архитектуре микроконтроллера и выполнение кода команды выражается в проведении внутренними элементами микросхемы определенных микроопераций.

Микроконтроллер может в себе содержать различное количество так называемых периферийных модулей, которые определяю его возможности, а также стоимость. К периферии микроконтроллера относятся, например: АЦП (аналого-цифровой преобразователь), различные таймеры, аналоговый компаратор, UART (по простому говоря COM-порт), USB, CANи т.д. Но, как правило, любой микроконтроллер содержит следующие основные узлы:

• Арифметико-логическое устройство (АЛУ или ALU);
• Оперативная память (ОЗУ);
• Постоянная память (ПЗУ);
• Генератор тактовой частоты;
• Порты ввода/вывода;
• Таймеры;

Структурная схема показана на рис.4. [п.2.]

 

Рисунок 4. Структурная схема микроконтроллера

 

5. Отличие микроконтроллера от микропроцессора