В большинстве случаев проектируемые микропроцессорные системы строятся на основе однокристальных микроконтроллеров. Микроконтроллеры, используемые в различных устройствах, выполняют функции интерпретации данных, поступающих с клавиатуры пользователя или от датчиков, определяющих параметры окружающей среды, обеспечивают связь между различными устройствами системы и передают данные другим приборам.

Проектирование микропроцессорной системы предполагает аппаратнопрограммную реализацию устройства. В соответствии с этим необходимо произвести математические расчеты, как при выборе аппаратных элементов системы, так и при разработке программного обеспечения.

При разработке аппаратных средств микропроцессорной системы необходимо провести расчет электрических параметров аппаратных модулей принципиальной схемы устройства. Эти расчеты проводят, используя законы электротехники. Следует решить следующие задачи:

- подключение питания;

- обеспечение режима генерации тактовых импульсов;

- расчет схемы запуска;

- подключение внешних устройств (аналоговых и цифровых);

- организация прерываний.

При разработке программного обеспечения чаще всего возникает необходимость расчета реальной частоты выполнения команд, количества тактов, нужных для организации задержки, расчет режимов работы таймеров и другие расчеты, связанные с реализацией программы.

Основные сведения о микроконтроллерах

Большое место в микропроцессорной технике занимают микроконтроллеры. В настоящее время происходит настоящая революция, оказавшая значительное влияние на каждого из нас – это автоматизация практически всей окружающей нас среды с помощью дешѐвых и мощных микроконтроллеров.

Микроконтроллер – это самостоятельная компьютерная система, которая содержит процессор, память, вспомогательные схемы и устройства ввода-вывода данных, размещенные в общем корпусе. Микроконтроллеры, используемые в различных устройствах, выполняют функции интерпретации данных, поступающих с клавиатуры пользователя или от датчиков, определяющих параметры окружающей среды, обеспечивают связь между различными устройствами системы и передают данные другим приборам. Применение микроконтроллеров позволяет значительно снизить количество и стоимость используемых материалов и комплектующих изделий, что обеспечит снижение себестоимости конечной продукции.

Основные типы:

- встраиваемые 8-разрядные МК;

- 16 и 32-разрядные МК;

- цифровые сигнальные процессоры (DSP).

Встраиваемые МК

Промышленностью выпускается очень широкая номенклатура встраиваемых (embedded) МК. В этих МК все необходимые ресурсы (память, устройства ввода/вывода и т.д.) располагаются на одном кристалле с процессорным ядром. Всё, что необходимо сделать – это подать питание и тактовые сигналы.

Встраиваемые микроконтроллеры могут базироваться на существующем микропроцессорном ядре или на процессоре, разработанном специально для данного микроконтроллера.

Основное назначение встраиваемых МК – обеспечить с помощью недорогих средств гибкое программируемое управление объектами и связь с внешними устройствами. Эти МК не предназначены для реализации комплекса сложных функций, но они способны обеспечить эффективное управление во многих областях применения.

Встраиваемые МК содержат значительное число вспомогательных устройств, благодаря чему обеспечивается их включение в реализуемую систему с использованием минимального количества дополнительных компонентов. В состав этих МК обычно входят:

- схема начального запуска процессора (RESET);

- генератор тактовых импульсов;

- центральный процессор;

- память программ (FLESH, ЕЕРROM) и программный интерфейс;

- память данных (RAM);

- средства ввода-вывода данных;

- таймеры, фиксирующие число командных циклов.

Общая структура микроконтроллера показана на рисунке 5.1.

Более сложные встраиваемые микроконтроллеры могут дополнительно

реализовать следующие возможности:

- встроенный монитор/отладчик программ;

- внутренние средства программирования памяти программ (ROM);

- обработка прерываний от различных источников;

- аналоговый ввод – вывод;

- последовательный ввод – вывод (синхронный и асинхронный);

- параллельный ввод – вывод (включая интерфейс с компьютером);

- подключение внешней памяти (микропроцессорный режим).

Рисунок 5.1 – Общая структура микроконтроллера

Все эти возможности значительно увеличивают гибкость применения МК и делают более простым процесс разработки систем на их основе. Но для реализации этих возможностей требуется расширение функций внешних выводов. Типичные значения максимальной частоты тактовых сигналов составляют для различных микроконтроллеров 10-20 МГц. Главным фактором, ограничивающим их скорость, является время доступа к памяти, применяемой в МК.