Название: Микропроцессоры, микроконтроллеры и однокристальные микропрограммируемые устройства
Издательство: МАМИ
Автор: А.А. Мельников, А.А. Мельников (ст), А.А. Мельников (мл)
Год: 2008
Страниц: 504
Формат: pdf, djvu
Размер: 146 Мб
Язык: русский
О книге:
В книге Микропроцессоры, микроконтроллеры и однокристальные микропрограммируемые устройства рассказано о методах построения микропроцессорных устройств и конкретно процессоров, которые используются в различных технических устройствах самого широкого назначения. Не считая того, даются описания электронных узлов и компонентов однокристальных микропрограммируемых устройств, которые популярны у разработчиков.
Часть I
Список не стандартизованных сокращений 3
Список сокращений и терминов на английском языке 4
Предисловие 7
Введение 9
Глава 1. Системы управления 10
Структура системы управления 10
Кинетика информационных процессов 16
Преобразователи систем управления 17
Общие положения 17
Элементная база преобразователей систем управления 18
Основы теории дискретных двоичных автоматов 19
Единицы измерения количества информации 23
Общие положения 23
Единица измерения информации и информационные меры 25
Единицы измерения скорости движения информации 27
Терминологические проблемы 27
Устройство управления и обработки информации 28
Устройства обработки информации 28
Устройства управления 30
Системы автоматического регулирования 31
Система автоматического регулирования частоты вращения вала с
использованием амплитудной модуляции 31
Система автоматического регулирования частоты вращения вала с
частотной модуляцией 35
Система автоматического регулирования частоты вращения вала с
кодовыми видами модуляции 39
Универсальные операционные преобразователи с кодовыми видами
модуляции 45
Функциональное назначение процессора и контроллера в системе
управления 48
Глава 2. Устройства обработки информации с кодовыми и кодово-импульсными видами модуляции 52
Обобщенная структура устройств обработки информации 52
Синтез узкоспециализированного процессора 56
Синтез операционного преобразователя 56
Синтез управляющего устройства 59
Синтез аппаратного управляющего устройства на логических
элементах 59
Синтез комбинационных схем на основе программируемых
логических матриц 65
Синтез управляющего устройства на основе микропрограммного
принципа управления 68
Пример построения микропрограммы 71
Структурные схемы процессоров 75
Глава 3. Описание сложных систем управления 77
Общие положения 77
Развернутая структурная схема системы управления 80
Основные методы преобразования параметров технических объектов в
сигналы с кодовой модуляцией 87
Общие положения 87
Устройства для преобразования частотно-временных сигналов в код и
двоичных кодов в частотно-временные сигналы 94
Преобразователи временных сигналов в микропроцессорных БИС ...99
Частотно-кодовые и время- кодовые преобразователи для
преобразования низкочастотных сигналов 99
Фиксация изменения сигнала на входе преобразователей 105
Реализация схемы фиксации сигнала на входе и формирование
единичного приращения (инкремента) счетчика 106
Глава 4. Вещественно-материальная среда моделирования системы управления 111
Схемотехника процессора 111
Обобщенная функциональная схема ядра микропроцессора с трехшинной
архитектурой 113
Запоминающие устройства 118
Общие положения 118
Классификация запоминающих устройств 118
Основные параметры запоминающих устройств 121
Статические ОЗУ 123
Постоянные запоминающие устройства 127
Однократно программируемая память 129
Перепрограммируемые запоминающие устройства 130
Fksh-память 130
EEPROM память 131
Другие типы запоминающих устройств 131
Согласующие устройства 132
Принципы построения портов 136
Структура параллельного порта микропроцессора 136
Структура последовательного порта микропроцессора 138
Агрегатно-модульный принцип построения систем 141
Общие вопросы 141
Совместимость устройств системы управления 143
Интерфейсы 144
Глава 5. Микропроцессорные системы с трехмагистральной структурой 147
Структура микропроцессорной системы с тремя магистралями 147
Функционирование микропроцессора с трехмагистральной структурой 148
Алгоритм функционирования микропроцессора с 8-разрядной сеткой . 152
Микропроцессорные системы на базе схемотехники микроЭВМ 154
Глава 6. Основы теории передачи сообщений 158
Общие положения 158
Линии связи 163
Общие положения 163
Реализация линий связи на физическом уровне 165
Согласование линий связи 168
Канальное оборудование 169
Глава 7. Командно - информационные сети 171
Общие вопросы 171
Формат сообщений и общий алгоритм работы Cl LAN 172
Сетевые адаптеры 175
Базовая иерархическая эталонная модель взаимодействия устройств
передачи сообщений 176
Общие вопросы 176
Физический уровень 177
Канальный уровень 178
Управление потоком 179
Необходимость управления потоком 179
Синхронная и асинхронная передача данных 180
Последовательный интерфейс RS-232 в командно - информационной
сети 181
Командно-информационные магистрали микропроцессоров 185
Командно-информационная магистраль (шина) I2C 185
Общие положения 185
Принципиальная электрическая схема шины 12С 187
Протокол обмена 12С шины 188
Командно-информационная сеть LIN 194
Общие положения 194
Особенности протокола LIN 195
Командно-информационная сеть CAN 198
Общие положения 198
Топология (структура) CAN 198
Функционирование сети CAN 200
Общие характеристики (показатели) CAN сети 203
Требования к синхронизации 212
Общие положения 212
Аппаратная синхронизация 213
Пересинхронизация 214
Кодирование 214
Фильтрация сообщений 215
Обработка ошибок 215
Обнаружение ошибок 215
Типизация неисправностей 216
Проверка корректности сообщения 217
Поддержка протокола CAN производителями элементной базы 217
Микросхемы фирмы Microchip для стандарта CAN 217
Микросхемы фирмы Motorola для стандарта CAN 218
Командно-информационные коммуникационные сети протоколов высокого уровня 219
Общие положения 219
CAN в автомобилестроении 220
Усовершенствование интерфейса CAN 221
Протоколы ТТР 222
Протокол шины MOST 222
Глава 8. Система управления с магистрально-сетевой организацией 223
Обобщенная схема 223
Современные однокристальные программируемые устройства 226
Глава 9. Конструкция однокристальных программируемых устройств 235
Общие положения 235
Базовые матричные кристаллы 237
Глава 10. Классификация микропроцессоров, микроконтроллеров и микропрограммируемых устройств 239
Общие положения 239
Основные показатели качества микропроцессоров 241
Глава 11. Информационно-алгоритмическая среда моделирования систем управления 248
Системы счисления 248
Формы представления чисел в цифровых автоматах 251
Выполнение арифметических операций 253
Программное обеспечение микропроцессорных устройств 256
Общие сведения 256
Функционирование микропрограммируемых устройств 256
Алгоритм и его структура 257
Языки программирования 258
Часть II
Список не стандартизованных сокращений 3
Список сокращений и терминов на английском языке 4
Глава 12. Микропроцессорные устройства на основе микропроцессорного ком¬плекта серии КР580 7
Состав микропроцессорною комплекта 7
Процессор на базе МПК серии КР580 9
Принципиальная схема процессорного ядра МП КР 580 14
Формат данных и команд 17
Способы адресации 18
Режимы работы МП 19
Система команд микропроцессора КР580ВМ80 21
Принцип работы микропроцессора 26
Время - кодовый преобразователь-микропроцессор
(программируемый интервальный таймер) К580ВИ53 29
Способы обмена данными в микропроцессорной системе 34
Способ формирования адреса при обмене данными с ЗУ и ВУ 34
Обмен данными между МП и ВУ 35
Микропроцессор как системный контроллер 36
Микропроцессорная система управления на основе
микропроцессорного набора КР580 37
Глава 13. Однокристальные микро программируемые устройства семейства MCS-51 39
Общая характеристика MCS-51 базовой архитектуры 39
БИС ОМПУ MCS-51 43
Структура ОМПУ MCS-51 45
Блок процессора 50
Синхронизация и управление в ОМПУ MCS-51 50
Память и программно доступные ресурсы 51
Организация памяти 51
Память программ 52
Память данных 53
Особый режим работы памяти ОМПУ MCS-51 56
Система команд 58
Общие положения 58
Команды передачи данных 72
Арифметические команды 72
Логические команды 73
Команды битового процессора 73
Команды передачи управления и ветвления программы 74
Способы адресации операндов 75
Управление энергопотреблением 76
Прерывания 78
Блок таймеров - счетчиков 83
Общие положения 83
Режимы работы таймеров-счётчиков 90
Блок связи с периферийными устройствами 93
Модуль последовательного порта 93
Состав модуля последовательного порта 93
Применение последовательного порта 95
Параллельные порты ввода-вывода 99
Однокристальные микропрограммируемые устройства типа 8хС52 102
ОМПУ семейства АТ89 фирмы ATMEL 102
ОМПУ фирмы ANALOG DEVICES 106
Глава 14. Однокристальные программируемые устройства компании Microchip
Technology Incorporated 110
Общая характеристика 110
Однокристальные программируемые устройства семейства PIC12C5XX 111
Основные параметры 111
Структурная схема PIC12F675 113
БИС PIC12F675 114
Блок процессора ОПУ PIC12F629/675 116
Центральный процессорный элемент 116
Память и программно доступные ресурсы 117
Система команд 124
Дополнительные функции 128
Блок многофункциональных таймеров-счетчиков 133
Модуль таймера TMR0 133
Модуль таймера TMR1 134
Блок связи с внешними (периферийными) устройствами 136
Блок измерения и контроля 137
Компаратор 137
Модуль АЦП (только в PIC12F675) 142
Внутрисхемное программирование ICSP 144
Однокристальные программируемые устройства семейства PIC16X7XX 144
Однокристальные программируемые устройства семейства PIC16X8XX 156
Основные характеристики 156
Расположение выводов (цоколевка) 157
Структурная схема ОПУ PIC16F873 159
Организация памяти 162
Модули памяти программ и данных 162
Модули EEPROM (памяти данных) и FLASH памяти (памяти программ) 165
Особенности ОПУ PIC16F87X 166
Дополнительные функции процессора 166
Разряды регистра конфигурации 166
Генератор тактовых импульсов 167
Сброс элементов и модулей ОПУ 168
Прерывания 170
Сторожевой таймер WDT 172
Режим энергосбережения SLEEP 173
Диагностические и сервисные функции 174
Система команд 176
Многофункциональный единичный преобразователь-
микропроцессор 177
Модуль фиксации, сравнения, ШИМ 186
Общие положения 186
Режим фиксации 186
Режим сравнения 187
Режим формирования сигнала с широтно-импульсной модуляцией
(ШИМ) 188
Блок связи с внешними устройствами 191
Порты ввода -вывода А, В, С 191
Ведомый параллельный порт 192
Модуль ведущего синхронного последовательного порта 193
Универсальный синхронно - асинхронный приемопередатчик (USART) 195
Модуль 10-разрядного АЦП 195
Глава 15. Однокристальные восьмиразрядные микропрограммируемые устрой¬ства фирмы MOTOROLA 197
Общие положения 197
Микросхемы семейства 68НС05 198
Маркировка микросхем семейства 68НС05 198
Обобщенная структурная схема ОПУ семейства 68НС05 199
Конфигурация ОПУ 204
Однокристальные микропрограммируемые устройства семейства
68НС08/908 209
Маркировка микросхем семейства 68НС08/908 68НС05 209
Номенклатура ОПУ семейства 68НС08/908 211
Обобщенная структурная схема семейства 68НС08/908 212
Таймерные модули TIM08 215
Совершенствование таймерных модулей 221
Приложение. Основные термины и определения 223
Литература 230
Список не стандартизованных сокращений 3
Список сокращений и терминов на английском языке 4
Предисловие 7
Введение 9
Глава 1. Системы управления 10
Структура системы управления 10
Кинетика информационных процессов 16
Преобразователи систем управления 17
Общие положения 17
Элементная база преобразователей систем управления 18
Основы теории дискретных двоичных автоматов 19
Единицы измерения количества информации 23
Общие положения 23
Единица измерения информации и информационные меры 25
Единицы измерения скорости движения информации 27
Терминологические проблемы 27
Устройство управления и обработки информации 28
Устройства обработки информации 28
Устройства управления 30
Системы автоматического регулирования 31
Система автоматического регулирования частоты вращения вала с
использованием амплитудной модуляции 31
Система автоматического регулирования частоты вращения вала с
частотной модуляцией 35
Система автоматического регулирования частоты вращения вала с
кодовыми видами модуляции 39
Универсальные операционные преобразователи с кодовыми видами
модуляции 45
Функциональное назначение процессора и контроллера в системе
управления 48
Глава 2. Устройства обработки информации с кодовыми и кодово-импульсными видами модуляции 52
Обобщенная структура устройств обработки информации 52
Синтез узкоспециализированного процессора 56
Синтез операционного преобразователя 56
Синтез управляющего устройства 59
Синтез аппаратного управляющего устройства на логических
элементах 59
Синтез комбинационных схем на основе программируемых
логических матриц 65
Синтез управляющего устройства на основе микропрограммного
принципа управления 68
Пример построения микропрограммы 71
Структурные схемы процессоров 75
Глава 3. Описание сложных систем управления 77
Общие положения 77
Развернутая структурная схема системы управления 80
Основные методы преобразования параметров технических объектов в
сигналы с кодовой модуляцией 87
Общие положения 87
Устройства для преобразования частотно-временных сигналов в код и
двоичных кодов в частотно-временные сигналы 94
Преобразователи временных сигналов в микропроцессорных БИС ...99
Частотно-кодовые и время- кодовые преобразователи для
преобразования низкочастотных сигналов 99
Фиксация изменения сигнала на входе преобразователей 105
Реализация схемы фиксации сигнала на входе и формирование
единичного приращения (инкремента) счетчика 106
Глава 4. Вещественно-материальная среда моделирования системы управления 111
Схемотехника процессора 111
Обобщенная функциональная схема ядра микропроцессора с трехшинной
архитектурой 113
Запоминающие устройства 118
Общие положения 118
Классификация запоминающих устройств 118
Основные параметры запоминающих устройств 121
Статические ОЗУ 123
Постоянные запоминающие устройства 127
Однократно программируемая память 129
Перепрограммируемые запоминающие устройства 130
Fksh-память 130
EEPROM память 131
Другие типы запоминающих устройств 131
Согласующие устройства 132
Принципы построения портов 136
Структура параллельного порта микропроцессора 136
Структура последовательного порта микропроцессора 138
Агрегатно-модульный принцип построения систем 141
Общие вопросы 141
Совместимость устройств системы управления 143
Интерфейсы 144
Глава 5. Микропроцессорные системы с трехмагистральной структурой 147
Структура микропроцессорной системы с тремя магистралями 147
Функционирование микропроцессора с трехмагистральной структурой 148
Алгоритм функционирования микропроцессора с 8-разрядной сеткой . 152
Микропроцессорные системы на базе схемотехники микроЭВМ 154
Глава 6. Основы теории передачи сообщений 158
Общие положения 158
Линии связи 163
Общие положения 163
Реализация линий связи на физическом уровне 165
Согласование линий связи 168
Канальное оборудование 169
Глава 7. Командно - информационные сети 171
Общие вопросы 171
Формат сообщений и общий алгоритм работы Cl LAN 172
Сетевые адаптеры 175
Базовая иерархическая эталонная модель взаимодействия устройств
передачи сообщений 176
Общие вопросы 176
Физический уровень 177
Канальный уровень 178
Управление потоком 179
Необходимость управления потоком 179
Синхронная и асинхронная передача данных 180
Последовательный интерфейс RS-232 в командно - информационной
сети 181
Командно-информационные магистрали микропроцессоров 185
Командно-информационная магистраль (шина) I2C 185
Общие положения 185
Принципиальная электрическая схема шины 12С 187
Протокол обмена 12С шины 188
Командно-информационная сеть LIN 194
Общие положения 194
Особенности протокола LIN 195
Командно-информационная сеть CAN 198
Общие положения 198
Топология (структура) CAN 198
Функционирование сети CAN 200
Общие характеристики (показатели) CAN сети 203
Требования к синхронизации 212
Общие положения 212
Аппаратная синхронизация 213
Пересинхронизация 214
Кодирование 214
Фильтрация сообщений 215
Обработка ошибок 215
Обнаружение ошибок 215
Типизация неисправностей 216
Проверка корректности сообщения 217
Поддержка протокола CAN производителями элементной базы 217
Микросхемы фирмы Microchip для стандарта CAN 217
Микросхемы фирмы Motorola для стандарта CAN 218
Командно-информационные коммуникационные сети протоколов высокого уровня 219
Общие положения 219
CAN в автомобилестроении 220
Усовершенствование интерфейса CAN 221
Протоколы ТТР 222
Протокол шины MOST 222
Глава 8. Система управления с магистрально-сетевой организацией 223
Обобщенная схема 223
Современные однокристальные программируемые устройства 226
Глава 9. Конструкция однокристальных программируемых устройств 235
Общие положения 235
Базовые матричные кристаллы 237
Глава 10. Классификация микропроцессоров, микроконтроллеров и микропрограммируемых устройств 239
Общие положения 239
Основные показатели качества микропроцессоров 241
Глава 11. Информационно-алгоритмическая среда моделирования систем управления 248
Системы счисления 248
Формы представления чисел в цифровых автоматах 251
Выполнение арифметических операций 253
Программное обеспечение микропроцессорных устройств 256
Общие сведения 256
Функционирование микропрограммируемых устройств 256
Алгоритм и его структура 257
Языки программирования 258
Часть II
Список не стандартизованных сокращений 3
Список сокращений и терминов на английском языке 4
Глава 12. Микропроцессорные устройства на основе микропроцессорного ком¬плекта серии КР580 7
Состав микропроцессорною комплекта 7
Процессор на базе МПК серии КР580 9
Принципиальная схема процессорного ядра МП КР 580 14
Формат данных и команд 17
Способы адресации 18
Режимы работы МП 19
Система команд микропроцессора КР580ВМ80 21
Принцип работы микропроцессора 26
Время - кодовый преобразователь-микропроцессор
(программируемый интервальный таймер) К580ВИ53 29
Способы обмена данными в микропроцессорной системе 34
Способ формирования адреса при обмене данными с ЗУ и ВУ 34
Обмен данными между МП и ВУ 35
Микропроцессор как системный контроллер 36
Микропроцессорная система управления на основе
микропроцессорного набора КР580 37
Глава 13. Однокристальные микро программируемые устройства семейства MCS-51 39
Общая характеристика MCS-51 базовой архитектуры 39
БИС ОМПУ MCS-51 43
Структура ОМПУ MCS-51 45
Блок процессора 50
Синхронизация и управление в ОМПУ MCS-51 50
Память и программно доступные ресурсы 51
Организация памяти 51
Память программ 52
Память данных 53
Особый режим работы памяти ОМПУ MCS-51 56
Система команд 58
Общие положения 58
Команды передачи данных 72
Арифметические команды 72
Логические команды 73
Команды битового процессора 73
Команды передачи управления и ветвления программы 74
Способы адресации операндов 75
Управление энергопотреблением 76
Прерывания 78
Блок таймеров - счетчиков 83
Общие положения 83
Режимы работы таймеров-счётчиков 90
Блок связи с периферийными устройствами 93
Модуль последовательного порта 93
Состав модуля последовательного порта 93
Применение последовательного порта 95
Параллельные порты ввода-вывода 99
Однокристальные микропрограммируемые устройства типа 8хС52 102
ОМПУ семейства АТ89 фирмы ATMEL 102
ОМПУ фирмы ANALOG DEVICES 106
Глава 14. Однокристальные программируемые устройства компании Microchip
Technology Incorporated 110
Общая характеристика 110
Однокристальные программируемые устройства семейства PIC12C5XX 111
Основные параметры 111
Структурная схема PIC12F675 113
БИС PIC12F675 114
Блок процессора ОПУ PIC12F629/675 116
Центральный процессорный элемент 116
Память и программно доступные ресурсы 117
Система команд 124
Дополнительные функции 128
Блок многофункциональных таймеров-счетчиков 133
Модуль таймера TMR0 133
Модуль таймера TMR1 134
Блок связи с внешними (периферийными) устройствами 136
Блок измерения и контроля 137
Компаратор 137
Модуль АЦП (только в PIC12F675) 142
Внутрисхемное программирование ICSP 144
Однокристальные программируемые устройства семейства PIC16X7XX 144
Однокристальные программируемые устройства семейства PIC16X8XX 156
Основные характеристики 156
Расположение выводов (цоколевка) 157
Структурная схема ОПУ PIC16F873 159
Организация памяти 162
Модули памяти программ и данных 162
Модули EEPROM (памяти данных) и FLASH памяти (памяти программ) 165
Особенности ОПУ PIC16F87X 166
Дополнительные функции процессора 166
Разряды регистра конфигурации 166
Генератор тактовых импульсов 167
Сброс элементов и модулей ОПУ 168
Прерывания 170
Сторожевой таймер WDT 172
Режим энергосбережения SLEEP 173
Диагностические и сервисные функции 174
Система команд 176
Многофункциональный единичный преобразователь-
микропроцессор 177
Модуль фиксации, сравнения, ШИМ 186
Общие положения 186
Режим фиксации 186
Режим сравнения 187
Режим формирования сигнала с широтно-импульсной модуляцией
(ШИМ) 188
Блок связи с внешними устройствами 191
Порты ввода -вывода А, В, С 191
Ведомый параллельный порт 192
Модуль ведущего синхронного последовательного порта 193
Универсальный синхронно - асинхронный приемопередатчик (USART) 195
Модуль 10-разрядного АЦП 195
Глава 15. Однокристальные восьмиразрядные микропрограммируемые устрой¬ства фирмы MOTOROLA 197
Общие положения 197
Микросхемы семейства 68НС05 198
Маркировка микросхем семейства 68НС05 198
Обобщенная структурная схема ОПУ семейства 68НС05 199
Конфигурация ОПУ 204
Однокристальные микропрограммируемые устройства семейства
68НС08/908 209
Маркировка микросхем семейства 68НС08/908 68НС05 209
Номенклатура ОПУ семейства 68НС08/908 211
Обобщенная структурная схема семейства 68НС08/908 212
Таймерные модули TIM08 215
Совершенствование таймерных модулей 221
Приложение. Основные термины и определения 223
Литература 230
Скачать Микропроцессоры, микроконтроллеры и однокристальные микропрограммируемые устройства
