Базовая структура микроконтроллерной системы управления

Содержание
Введение 3
1. Структура взаимодействия объекта управления (ОУ), микроконтроллера и управленческого пульта 4
2. Архитектура микроконтроллера. Структура базового микроконтроллера на примере Intel MCS51 9
3. Организация и функционирование центрального процессора, шинные циклы 13
Заключение 21
Список использованной литературы 22

Оперативная память (ОП) - функциональный блок, который хранит информацию для УУ (команды) и АЛУ (данные). Задачи, которые решаются с помощью ПК, требуют хранения в памяти различного количества информационных данных, которое зависит от сложности реализуемого алгоритма, числа исходных информационных данных и т.п. Поэтому память должна вмещать довольно большое количество информационных данных, т.е. должна иметь большую емкость. С другой стороны, память должна обладать достаточным быстродействием, которое соответствует быстродействию других устройств ПК. Чем больше емкость памяти, тем медленнее к ней доступ, так как время доступа (т.е. быстродействие) определяется временем, которое необходимо для выборки из памяти или записи в нее информационных данных. Поэтому в ПК существует несколько запоминающих устройств, которые различаютсяемкостью и быстродействием.Периферийные устройства (ПУ). В их число входят устройства двух видов, а именно: устройства внешней памяти, которые предназначены для долговременного хранения информационных данных большого объема и программ, и коммуникационные устройства, которые предназначены для связи ПК с внешним миром (с пользователем, другими ПК и т.д.). Обмен данными с внешним устройством осуществляется через порты ввода-вывода. Порт (в переводе с англ. port - ворота, дверь, отверстие) - это абстрактное понятие, которое на самом деле несуществует. По аналогии с ячейками памяти порты можно рассматривать как ячейки, через которые можно записать в ПУ, или, напротив, - прочитать из него. Так же как и ячейки памяти, порты имеют уникальные номера - адреса портов ввода-вывода.Система шин. Объединение функциональных блоков в ПК осуществляется при помощи следующей системы шин: шины данных, по которой осуществляется обмен информационными данными между блоками ПК; шины адреса, которая используется для передачи адресов (номеров ячеек памяти или портов ввода-вывода, к которым производится обращение); и шины управления для передачи управляющих сигналов. Совокупность этих трех шин называют системной магистралью,системной шиной или системным интерфейсом. Назначение и состав шины, правила ее использования, типы передаваемых по шине сигналов и другие характеристики шины могут существенно отличаться у разных типовПК. Несмотря на это, есть принципиально общие закономерности в организации шин. Шина состоит из отдельных проводников (линий). Сигналы по линиям шины могут передаваться или при помо импульсов (наличие импульса соответствует логической 1, а отсутствие импульса - 0), или уровнем напряжения (к примеру, высокий уровень - логическая 1 , низкий - 0). Шириной шины является число линий (проводников), которые входят в состав шины. Ширина шины адреса определяет размер адресного пространства ПК. Если, к примеру, число линий адреса, которые используются для адресации памяти, является равным 20, то общее число адресуемых ячеек памяти составит, т.е. около одного миллиона ячеек (а именно, 1 048 576 ячеек).Зачастую на шине в любой момент времени можно выделить два активных устройства. Одно из них инициирует операцию обмена информационными данными (формирует управляющие сигналы адреса), в большей части случаев это ЦП, другое выполняет операцию (дешифрирует адреса и управляющие сигналы и принимает или передает информационные данные), т.е. является исполнителем. Память всегда выступает только в виде исполнителя.Функционирование ПК с шинной структурой можно описать обобщенным алгоритмом (см. рис. 5).Рисунок 5 – Алгоритм функционирования ПК с шинной структурой Инициализация. После включения ПК или операции сброса в регистры центрального процессора заносятся некоторые первоначальные значения. Обычно в процессе инициализации в память ПК помещается программа, которая называется первичным загрузчиком. Главное предназначение первичного загрузчика состоит в загрузке в память с устройства внешней памяти операционной системы. Эта программа может быть размещена в устройстве энергонезависимого типапамяти или автоматически считываться с некоторого устройства внешней памяти. Программному счетчику присваивается первоначальное значение, которое равно адресу первой команды загруженной программы.Центральный процессор производит операцию считывания команды из памяти. В качестве адреса ячейки памяти используется содержимое программного счетчика.Содержимое считанной ячейки памяти интерпретируется процессором как функция и помещается в регистр команды. Устройство управления приступает к интерпретации прочитанной команды. По полю кода операции из первого слова команды устройство управления определяет ее длину и, если это следует, организует дополнительные операции считывания, пока вся функция полноценно не будет прочитана процессором. Вычисленная длина команды прибавляется к исходному содержимому программного счетчика, и когда функция полностью прочитана, программный счетчик будет в себе сторонысохранять адрес следующей команды.По адресным полям команды управленческое устройство определяет, имеет ли функция в памяти операнды. Если это действительно так, то на основании указанных режимов адресации в адресных полях вычисляются адреса операндов и производятся операции чтения памяти с целью считывания операндов.Арифметико-логическое устройство и устройство управления выполняют операцию, которая указана в поле кода операции команды. Во флаговом регистре процессора запоминаются признаки операционного итога (знак итога, наличие переполнения,равно нулю или нет и т.д.).Если это требуется, то управленческое устройство выполняет функцию записи для того, чтобы поместить в памятьитог выполнения операции.Если последняя функция не была функцией ОСТАНОВИТЬ ПРОЦЕССОР, то описанная последовательность действий повторяется, начиная с шага 1. Описанная последовательность действий центрального процессора с шага 1 до шага 6 называется циклом процессора. У большей частиПКесть шинная организация и их поведение описывается представленным выше алгоритмом. В различных конкретных ПК реализация данного алгоритма может в некоторой степени различаться. Так, к примеру, процессор может считывать из памяти не одну, а сразу несколько команд и хранить их в специальной очереди команд. Очень часто используемые программой команды и информационные данные могут храниться не в основной памяти ПК, а в быстродействующей буферной памяти и т.д. Соответственно, функционирование любой фон-неймановской ПК описывается алгоритмом, который близок к приведенному выше, и представляет собой закономерную последовательностьдостаточно простых действий.ЗаключениеТаким образом, подвеем итоги по работе в целом и резюмируем следующее.Система микропроцессора принимает информационные данные об управленческом объекте от цифровых и аналоговых датчиков, вырабатывает управляющее воздействие в соответствии с законом управления и подает их на исполнительные механизмы. Законы управления реализуется в микропроцессорной системе, которая состоит из микроконтроллера-управляющей микро ПК и управленческого пульта. При помощиуправленческого пульта пользователь получает возможность управления работой микропроцессорной системы, а именно: запускать и останавливать ее, выдавать значение некоторых установок (постоянных) и т.п.В работе представлена структурная схема МПС и схема работы микропроцессорной системы, устройства связи с датчиком и исполнительными механизмами.Список использованной литературыБесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления/ Изд.4-е, перераб. и доп. - СПб.:Профессия, 2003. - 752 с.Пантелеев А.В. Теория управления в примерах и задачах: Учеб.пособие/А.В.Пантелеев, А.С.Бортаковский. – М.: Высш.шк., 2003. – 583 с.: ил.