Opracowanie pytan part2.pdf

II. Zagadnienia obowiązujące do części „Mikrokontrolery”:

1. Definicja mikrokontrolera (w skrócie: mk), dwie najważniejsze cechy techniczne jego

jednostki centralnej.

Mikrokontroler definicja:

– układ cyfrowy z wyspecjalizowanym mikroprocesorem i niezbędnymi do jego samodzielnej pracy

urządzeniami zawartymi w jednym układzie scalonym

– zdolny do autonomicznej pracy (nie wymaga układów pomocniczych)

– zaprojektowany do pracy w systemach kontrolno-pomiarowych i komunikacyjnych, stąd posiada

rozbudowany system komunikacji z otoczeniem

– pracuje w czasie rzeczywistym

Cechy jednostki centralnej:

– szerokość szyny danych (8, 16, 32 bity)

– częstotliwość sygnału taktującego. Jej wartość powinna być jak najmniejsza, ponieważ pobór mocy

jest proporcjonalny do częstotliwości sygnału taktującego, ale jednocześnie na tyle duża, aby

zapewnić minimalną wymaganą prędkość przetwarzania danych

2. · Uszczegółowiona budowa mk oraz funkcje realizowane przez jego bloki.

– j.c. realizuje program zawarty w

pamięci programu (ROM, FLASH)

– zmienne programu przechowywane są

w pamięci danych RAM

– j.c. jest taktowana zegarem, którego

częstotliwość jest stabilizowana

oscylatorem kwarcowym

– mk jest wprowadzany w stan

początkowy sygnałem RESET

– układy peryferyjne umożliwiają oczyt

sygnałów wejściowych cyfrowym i

analogowych oraz generację sygnałów

wyjściowych stosowanych do

sterowania układami mse

3. · Cechy mk wyróżniające go spośród innych układów cyfrowych z wbudowanym

mikroprocesorem.

– zamknięcie magistrali danych i adresowej wewnątrz układu scalonego

– stała struktura pamięci RAM/ROM

– stałość programu sterującego

– dostęp do rejestrów procesora i układów we/wy poprzez mechanizm adresowania pamięci RAM

– rejestrowa struktura j.c.

– Procesory boolowskie wykonujące operacje na pojedynczych bitach w pamięci, rejestrach i układach

we/wy

– bogaty zestaw urządzeń we/wy

– rozbudowane i szybkie układy przerwań we/wy

– różnorodne tryby i środki redukcji mocy pobieranej

– rozbudowane mechanizmy kontroli i detekcji nieprawidłowych stanów mk

– zawarcie w jednej strukturze układów cyfrowych i analogowych

4. · Pełnione funkcje i typy pamięci zaimplementowanych w mk.

Podział ze względu na pełnione funkcje:

– pamięć programu, zawierająca kod programu, tablice stałych, wektor resetu i przerwań

– pamięć danych, przechowująca zmienne

– stos sprzętowy (obsługa przerwań i wywołań funkcji – przechowuje bieżącą wartość licznika)

– pamięć EEPROM – przechowuje zmienne i tablice stałych, które nie mogą ulec skasowaniu

Podział pamięci programu:

– ROM – pamięć stała umożliwiająca tylko odczytywanie swojej zawartości, nieprogramowalna

– EPROM – pamięć z możliwością kasowania dotychczasowej zawartości i wprowadzenia nowej

zawartości

– OTP – pamięci typu EPROM, możliwe jest tylko jednokrotne zaprogramowanie bez możliwości

skasowania zawartości

– FLASH – pamięć z mozliwością kasowania zawartości i programowania bezpośrednio w systemie

mikroprocesorowym

5. · Struktury mk ze względu na sposób korzystania z zewnętrznych pamięci.

1) mk udostępniające szyny systemowe poprzez wyprowadzenia portów:

- szyny systemowe są dostępne dla użytkownika jako alternatywne funkcje wyprowadzeń portów .

Daje to możliwość podłączenia układów pamięci zewnetrznej, którą podłącza się do odpowiednich

portów mk

- wadą jest rezygnacja z części portów

2) mk udostępniające bezpośrednio szyny systemowe

- szyny systemowe mk są dostępne dla użytkownika bezpośrednio jako wyprowadzenia układu

scalonego bez funkcji alternatywnych przypisanych tym wyprowadzeniom

- możliwość przyłączenia pamięci zewnętrznych bez rezygnacji z niektórych portów

- takie mk nie posiadają wewnętrznych pamięci programu i danych

- możliwe jest korzystanie ze znacznie większych pamięci

3) mk zamknięte

- szyny systemowe nie są dostępne dla użytkownika

- mk korzysta wyłącznie z pamięci wewnętrznej

- można podłączać do niego urządzenia peryferyjne przez porty

- stosowane w przypadku prostych mk 8-bitowych

6. · Zalety zamknięcia magistrali wewnątrz mk.

– zwiększenie niezawodności mikrosterownika

– zmniejszenie poboru mocy

– zwiększenie szybkości pracy

– zmniejszenie ilości zacisków zewnętrznych i zwiększenie ich elastyczności

7. · Warstwowy model mk zamkniętego.

8. · Sposoby generacji sygnału zegarowego w mk.

9. · Techniki redukcji pobieranej mocy w mk i tryby specjalne pracy mk.

Techniki redukcji:

– Elastyczne sterowanie szybkością pracy w zależności od aktualnych potrzeb, gdyż zależność poboru

mocy układów CMOS zależy od częstotliwości pracy. Służy do tego sieć dystrybucji sygnałów

zegarowych w mk

– Zastosowanie 2 oscylatorów. Jeden pracuje z maksymalną częstotliwością, drugi z niską. Przejście z

wysokiej do niskiej częstotliwości powoduje spadek pobieranej mocy o 3 rzędy

Specjalne tryby pracy mk:

– tryb pełnej aktywności (RUN)

– tryb uśpienia (pracują wszystkie urządzenia peryferyjne, procesor nie) (WAIT lub SLEEP)

– tryb, w którym nie pracuje procesor, a pracują niektóre urządzenia peryferyjne

– tryb pełnego wstrzymania pracy mk (zamrożenia) (STOP lub HALT)

10. · Sposoby wejścia i wyjścia z poszczególnych trybów specjalnych pracy mk.

Sposoby wejścia:

– wykonując odpowiednią instrukcję

– ustawiając odpowiednie bity

Sposoby wyjścia:

– pojawienie się przerwania zewnętrznego lub przerwania od urządzeń peryferyjnych

– reset zewnętrzny mk

– reset wywołany przez niezablokowany, aktualnie pracujący układ watchdog

11. · Przeznaczenia sygnału RESET z źródła sygnału RESET w mk.

Sygnał RESET służy do:

– inicjalizacji pracy mk (wprowadzenie w stan początkowy). Inicjalizacja polega na ustawieniu

licznika rozkazów na początek kodu programu.

– Urządzenia we/wy i rejestry sterujące ustawiane są w tryb standardowy (spoczynku)

– uniwersalne końcówki we/wy są ustawione jako wejścia o wysokiej impedancji, aby minimalnie

wpływać na otoczenie mk

– służy do wprowadzania mk w tryb programowania lub testowania

Źródła RESETU:

– po włączeniu zasilania

– wywołany zewnętrznym sygnałem RESET

– reset programowy (wykonanie instrukcji RESET lub ustawienie odpowiedniego bita)

– reset wywołany przez układ watchdog

– reset wywołany przez układy nadzorujące poprawność pracy mk

12. · Przeznaczenie i zasada pracy licznika watchdog w mk.

Przeznaczenie:

– autonomiczne liczniki watchdog

– monitory sygnału zegarowego

– układy detekcji zaniku i powrotu napięć zasilających

– układy detekcji przyczyn awarii systemowych

13. · Cechy systemu przerwań z programowym przeglądaniem urządzeń w mk.

– jc nie zna źródła przerwania. Musi programowo przejrzeć flagi przerwań wszystkich urządzeń

– flagi poszczególnych przerwań nie są kasowane sprzętowo przy wejściu w obsługę przerwania.

Trzeba je kasować programowo w trakcie obsługi

– najczęściej obsługa wszystkich przerwań jest pod jednym wspólnym adresem, zwanym wektorem

przerwań

– kolejność priorytetu przerwań zależy od przyjętej kolejności odpytywania flag przerwań

poszczególnych urządzeń

– zaleta: prostota struktury sprżetowej potrzebnej do realizacji systemu przerwań z programowym

przeglądaniem urządzeń

– wada: długi czas potrzebny na identyfikację źródła przerwania

14. · Cechy systemu przerwań wektoryzowanych w mk.

– na sygnał potwierdzenia przyjęcia przerwania przez jc urządzenie, które zgłosiło przerwanie, podaje

na szynę danych kod identyfikacyjny, który jest traktowany jak numer elementu w wektorze

przerwań. Wektor przerwań reprezentuje listę adresów obsługi przerwań

– każde źródło przerwania ma przypisany adres obsługi przerwania w pamięci programu, zwany

wektorem przerwania

– każdemu przerwaniu przypisany jest priorytet (najpierw obsługiwany jest wyższy priorytet,

przerwanie o wyższym priorytecie może przerwać obsługę przerwania o niższym, istnieje możliwość

zmiany kolejności priorytetów)

– wejście w obsługę danego przerwania zeruje sprzetowo jego flagę przerwania

15. · Budowa i zasada działania linii portów równoległych.

- czytanie danych (pobieranie) podawanych z zewnątrz na wyprowadzenia

portu przez port polega na doprowadzeniu chwilowych stanów napięć na

tych wyprowadzeniach do wewnętrznej szyny danych układu. Jest to

realizowane przez uaktywnienie trójstanowego bufora sygnałem „czytanie”

wpisywanie (wprowadzanie) danej do portu powoduje, że chwilowy stan

wewnętrznej szyny danych zostaje zapamiętany w elementach

zapamietujących poszczególnych linii i wystawiany na wyprowadzenia

portu. Stan wyprowadzeń portu pozostaje niezmienny, dopóki nie nastąpi

kolejna operacja wpisania do portu.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: