Материал: Микропроцессорные системы (110

Утверждено научно-методическим советом физического факультета 17 сентября 2009 г., протокол № 8

Резензент канд. физ.-мат. наук, доц. Ю.Э. Корчагин

Учебное пособие подготовлено на кафедре электроники физического факультета Воронежского госуниверситета.

Рассматрива.тся основные особенности, структура и классификация параметров и характеристик микропроцессоров и микропроцессорных систем, основные области применения. Методическое пособие подробно останавливается на современных микроконтроллерах, а также DSP процессорах, областях их применения в соответствии с решаемыми практическими задачами.

Рекомендуется для магистров и специалистов старших курсов д/о и в/о.

Для специальности 010801 – Радиофизика и электроника и направления магистратуры 010800 – Радиофизика

2

3

Введение

Повышение технического уровня и эффективности электронного оборудования на основе новейших достижений электроники – одна из важнейших задач развития общества. Создание микропроцессоров обусловлено достижениями в области технологии производства больших интегральных схем (БИС). Вслед за появлением микропроцессоров разрабатывается и получает широкое развитие специальная многофункциональная аппаратура, используемая при решении большого числа задач современной техники.

Микропроцессоры позволяют на единой технологической схемотехнической базе за счет программирования создавать различные типы приборов. Микропроцессоры и микропроцессорные системы являются в настоящее время наиболее массовыми средствами вычислительной и коммуникационной техники. Разнообразие микропроцессорных БИС, выражающееся в их различной базовой технологии, архитектуре, технических характеристиках, требует глубоких знаний в различных областях цифровой вычислительной техники, включая технические и алгоритмические вопросы детального представления особенностей функционирования микропроцессорных БИС.

Данное учебное пособие может быть полезным при решении практических задач, когда необходимо построить систему управления или систему сбора и обработки данных при измерениях. При этом необходимо знать все требования, предъявляемые к проектируемому устройству, поскольку это определяет выбор конкретной модели микроконтроллера и программной реализации его работы.

Целью данного методического пособия является формирование у студентов знаний по принципам построения, техническому и программному обеспечению микропроцессоров и микропроцессорных систем, методологии их применения в различных устройствах обработки и передачи информации, измерительной аппаратуре, системах управления.

Структура микропроцессорной системы

Процессор, построенный на одной или нескольких БИС, называется микропроцессором. Набор БИС, обеспечивающих построение цифровых устройств, образует микропроцессорный комплект (МПК). Он позволяет совместно со сравнительно небольшим числом микросхем средней и малой степени интеграции создавать миниатюрные вычислительные устройства для разнообразных применений. С помощью МПК реализуются микропроцессорные системы (МПС). Если в устройстве, построенном на принципе схемной логики, любое изменение или расширение выполняемых функций влечет демонтаж устройства и монтаж другого устройства по новой схеме, то в МПС благодаря использованию принципа программируемой логики

4

изменение функций может быть достигнуто заменой хранящейся в памяти программы новой программой, соответствующей новым функциям устройства. Подобная гибкость вместе с другими связанными с использованием БИС достоинствами (низкой стоимостью, малыми размерами), а также высокая точность и помехозащищенность, характерные для цифровых методов, обусловили бурное внедрение МПС в различные сферы производства, научные исследования и бытовую технику. Микропроцессорные системы в свою очередь обеспечили широкое использование цифровых методов в различных технических применениях, и размах внедрения этих новых методов рассматривается как революция в технике.

Рассмотрим структурную схему микропроцессорной системы (МПС), приведенную на рис. 1. Функционирование МПС сводится к следующей последовательности действий: получение данных от различных периферийных устройств (с клавиатуры терминала, от дисплеев, из каналов связи, от различного типа внешних запоминающих устройств), обработка данных и выдача результатов обработки на периферийные устройства (ПУ). При этом данные от ПУ, подлежащие обработке, могут поступать и в процессе их обработки.

Рис.1. Структурная схема микропроцессорной системы

Для выполнения этих действий в МПС кроме микропроцессора предусматриваются следующие устройства: оперативная память (ОП), предназначенная для хранения и выдачи по запросам команд программ, определяющих работу микропроцессора, различных данных (исходных данных, промежуточных и конечных результатов обработки данных в микропроцес-

5