Микроконтроллеры. Основные сведения

Интерфейс связи

 

Интерфейс связи (от англ. interface — поверхность раздела, перегородка) — совокупность средств и методов взаимодействия между элементами системы для осуществления передачи данных между ними.

 

Характеризуется совокупностью (стеком) протоколов передачи данных — набор соглашений, который определяет обмен данными между элементами системы от физического до прикладного уровней (модель OSI). Протоколы задают способы передачи сообщений и обработки ошибок по каналам связи, а также позволяют разрабатывать стандарты, не привязанные к конкретной аппаратной платформе.

 

Данный состав является типовым, поэтому микроконтроллеры, предназначенные для этих целей (СУ) уже имеют в своем составе законченные решения этих типовых задач.

 

 

 

Микроконтроллер – электронно-вычислительное устройство, которое помимо средств выполнения математических вычислений и алгоритмов (процессор и память) обладает набором средств, необходимых для прямого взаимодействия с устройствами, входящими в аппаратуру системы регулирования или управления – перечисленным выше т.н. типовым составом аппаратуры СУ.

 

Микроконтроллер – устройство, включающее в себя процессор, память (ОЗУ и ПЗУ) и различные специализированные периферийные устройства, такие как:

· цифровые порты, которые можно настраивать как на ввод, так и на вывод

· интерфейсы ввода-вывода, такие как UART, I²C, SPI, CAN, USB, Ethernet

· аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи

· компараторы

· широтно-импульсные модуляторы, генераторы сигналов

· таймеры, счетчики, квадратурные демодуляторы

· массивы встроенной флэш-памяти

· встроенный тактовый генератор

· устройства контроля питания и сигнала сброса (RESET)

 

Также возможны специализированные блоки:

· контроллеры бесколлекторных двигателей

· контроллеры дисплеев и клавиатур

· радиочастотные приемники и передатчики

 

Характеристики МК:

· Разрядность – 8, 16, 32.

· Быстродействие – MIPS, FLOPS

· Архитектура – RISC, CISC, ARM

· Поддержка плавающей точки

 

Общение ЦП с устройствами осуществляется посредством работы (запись/чтение) c соответствующими регистрами МК.

Регистр — область памяти, используемая для хранения n-разрядных двоичных слов (чисел) и выполнения преобразований над ними.

 

Порты ввода-вывода – имеет электрическое состояние на выводах, соответствующее числу, записанному в регистр порта

 

Классифицируются по:

- количеству линий (контактов)

- направленности – входные, выходные, двунаправленные

Электрически по:

- логические уровни (TTL (ТТЛ), CMOS (КМОП))

- максимальное напряжение

- нагрузочная способность – макс допустимый ток

- входной/выходной импеданс (вх/вых сопротивление)

- количеству состояний – с поддержкой 3-го состояния – tristate, z-state или без

- наличию подтягивающих резисторов (pull-up, pull-down) и возможность и управления ими. Необходимы для согласования и задания определенного состояния входной ножки.

 

Электрические уровни логических сигналов в зависимости от напряжения питания и технологии логических элементов (ТТЛ, КМОП):

 

здесь

V_СС – напряжение питания,

V_IH – входное напряжение высокого уровня,

V_IL – входное напряжение низкого уровня,

V_OH – выходное напряжение высокого уровня,

V_OL – выходное напряжение низкого уровня.

 

 Как правило, одни и те же выводы микросхемы микроконтроллера могут быть сконфигурированы как входные или выходные линии для разной периферии, например, как линия IO общего назначения или как линия для входного сигнала АЦП.

 

 

Широтно-импульсные модуляторы –устройства, реализующие ШИМ, такой тип модуляции, когда передаваемым сигналом является ширина импульса или скважность (отношение длительности импульса к периоду следования импульсов, измеряется в %).

 

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал).

 

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд). Цифро-аналоговые преобразователи являются интерфейсом между дискретным цифровым миром и аналоговыми сигналами.

Счётчик числа импульсов — устройство, на выходах которого получается двоичный (двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Счётчики могут строиться на T-триггерах. Основной параметр счётчика — модуль счёта — максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком. Счётчики обозначают через СТ (от англ. counter).

Таймер — устройство, выдающее в заданный момент времени (или по прошествии интервала времени) определённый сигнал, либо порождающее внутреннее событие для ЦП - прерывание.

Устройства контроля питания и сигнала сброса - предназначены для контроля питания и корректного запуска ядра и периферии.

Устройство запуска по питанию - Power-on Reset (POR) – по сути одновибратор, генерирует импульс определенной ширины на внутренней линии сброса (INTERNAL RESET) по сигналу внешней линии сброса (RESET) в процессе включения (нарастания напряжения питания) – гарантирует, что контроллер запустится тогда, когда напряжение питания будет номинальным.

Детектор падения напряжения – brown-out detector (BOD) – измеряет напряжение питания и в случае, если оно падает ниже установленного уровня, генерирует внутренний сигнал сброса (подвешивает контроллер), пока значение напряжения питания не вырастет выше уровня включения.

Watchdog timer - «Сторожевой пес» - сторожевой таймер – перезапускает контроллер (генерирует импульс внутреннего сброса) в случае, если в течении заданного интервала не произошло обнуление его счетчика.