11. Базовый функциональный блок микроконтроллера включает:

1. Центральный процессор.

2. Внутренние магистрали адреса, данных и управления.

3. Схему формирования многофазной импульсной последовательности для тактирования центрального процессора и межмодульных магистралей.

4. Устройство управления режимами работы МК, такими, как активный режим, в котором МК выполняет прикладную программу, режимы пониженного энергопотребления, в один из которых МК переходит, если по условиям работы выполнение программы может быть приостановлено, состояния начального запуска (сброса) и прерывания.

Базовый функциональный блок принято называть процессорным ядром МК. Процессорное ядро обозначают именем семейства МК, основой которого оно является. Например, ядро НС05 — процессорное ядро семейства Motorola MC68HC05, ядро MCS-51 — ядро семейства МК Intel 8xC51, ядро PIC16 — процессорное ядро Microchip PIC16.

Процессорное ядро представляет собой неразрывное единство трех составляющих его технического решения:

1. Архитектуры центрального процессора с присущими ей набором регистров для хранения промежуточных данных, организацией памяти и способами адресации операндов в пространстве памяти, системой команд, определяющей набор возможных действий над операндами, организацией процесса выборки и исполнения команд.

2. Схемотехники воплощения архитектуры, которая определяет последовательность перемещения данных по внутренним магистралям МК между регистрами, арифметическо-логическим устройством и ячейками памяти в процессе выполнения каждой команды.

3. Технологии производства полупроводниковой БИС МК, которая позволяет разместить схему той или иной сложности на полупроводниковом кристалле, определяет допустимую частоту переключений в схеме и энергию потребления.

Эти три составляющие неразрывно связаны друг с другом и в конечном счете определяют важнейший параметр процессорного ядра МК — его производительность.Ядро современных 8-разрядных МК реализует один из двух принципов построения МП:

• МП с CISC-архитектурой — МП с полной системой команд (Complicated Instruction Set Computer).

• МП с RISC-архитектурой — МП с сокращенной системой команд (Reduced Instruction Set Computer).

12. Изменяемый функциональный блок включает в себя модули памяти различного типа и объема, порты ввода/вывода, модули тактовых генераторов, таймеры. В относительно простых МК модуль обработки прерываний входит в состав процессорного ядра. В более сложных МК он представляет собой отдельный модуль с развитыми возможностями. В состав изменяемого функционального блока могут входить и такие дополнительные модули как компараторы напряжения, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и другие. Каждый модуль проектируется для работы в составе МК с учетом протокола ВКМ. Данный подход позволяет создавать разнообразные по структуре МК в пределах одного семейства. В настоящее время существует подход по которому одному и тому же выводу микросхемы соответствует несколько различных функциональных назначений. При это назначение задается программно. Вот эти периферийные модули, память и составляют изменяемый функциональный блок.

13. Модули таймеров. служат для приема информации о времени наступления тех или иных событий от внешних датчиков событий, а также для формирования управляющих воздействий во времени. Модуль таймера 8-разрядного МК представляет собой 8-ми или 16-разрядный счетчик со схемой управления. Схемотехникой МК обычно предусматривается возможность использования таймера в режиме счетчика внешних событий, поэтому его часто называют таймером/счетчиком. В памяти МК 16-разрядный счетчик отображается двумя регистрами: TH — старший байт счетчика, TL — младший байт. Регистры доступны для чтения и для записи. Направление счета — только прямое, то есть при поступлении входных импульсов содержимое счетчика инкрементируется. счетчик может использовать один из источников входных сигналов: импульсную последовательность с выхода управляемого делителя частоты fBUS; сигналы внешних событий, поступающие на вход TOCKI контроллера. В первом случае говорят, что счетчик работает в режиме таймера, во втором — в режиме счетчика событий. При переполнении счетчика устанавливается в «единицу» триггер переполнения TF, который генерирует запрос на прерывание, если прерывания от таймера разрешены. Пуск и останов таймера могут осуществляться только под управлением программы. Программным способом можно также установить старший и младший биты счетчика в произвольное состояние или прочитать текущий код счетчика. Совершенствование подсистемы реального времени МК ведется по следующим направлениям: увеличение числа модулей таймеров/счетчиков. Этот путь характерен для фирм, выпускающих МК со структурой MCS-51, а также для МК компаний Mitsubishi и Hitachi; модификация структуры модуля таймера/счетчика, при которой увеличение числа каналов достигается не за счет увеличения числа счетчиков, а за счет введения дополнительных аппаратных средств входного захвата (input capture — IC) и выходного сравнения (output compare — OC). Такой подход используется, в частности, в МК компании Motorola.

14. Модули АЦП и ЦАП. Для того чтобы цифровое устройство могло работать с аналоговыми сигналами применяются эти устройства. АЦП – устр-во, преобразующее аналоговый сигнал в дискретный код. По типу проебразования АЦП бывают: линейные и нелинейные. Большинство АЦП считаются линейными (т.е. диапазон входных значений, отображаемый на выходное цифровое значение, связан по линейному закону с этим выходным значением, т.е. выходное значение k достигается при диапазоне входных значений от m(k + b) до m(k+1+b), где m и b – нек-ые константы. Константа b, как правило, имеет значение 0 или −0.5. Если b=0, АЦП наз. квантователь с ненулевой ступенью, если же b = −0.5, то АЦП наз. квантователь с нулём в центре шага квантования). Типы АЦП: 1.АЦП прямого преобразования или параллельный АЦП содержит по одному компаратору на каждый дискретный уровень входного сигнала. 2.АЦП последовательного приближения или АЦП с поразрядным уравновешиванием содержит компаратор, вспомогательный ЦАП и регистр последовательного приближения. АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой за N шагов, где N — разрядность АЦП. 3.АЦП дифференциального кодирования содержат реверсивный счётчик, код с которого поступает на вспомогательный ЦАП. Входной сигнал и сигнал со вспомогательного ЦАП сравниваются на компараторе. 4.АЦП сравнения с пилообразным сигналом (некоторые АЦП этого типа называют Интегрирующие АЦП) содержат генератор пилообразного напряжения, компаратор и счётчик времени. Пилообразный сигнал линейно нарастает до некоторого уровня, затем быстро спадает до нуля. В момент начала нарастания запускается счётчик времени. Когда пилообразный сигнал достигает уровня входного сигнала, компаратор срабатывает и останавливает счётчик; значение считывается со счётчика и подаётся на выход АЦП. 5.АЦП с уравновешиванием заряда (к ним относятся АЦП с двухстадийным интегрированием, АЦП с многостадийным интегрированием и нек-ые др.) содержат генератор стабильного тока, компаратор, интегратор тока, тактовый генератор и счётчик импульсов. Преобразование происходит в два этапа (двухстадийное интегрирование). 6.Конвейерные АЦП используют два или более шага-поддиапазона. На первом шаге производится грубое преобразование. Далее определяется разница между входным сигналом и аналоговым сигналом, соответствующим результату грубого преобразования (со вспомогательного ЦАП, на который подаётся грубый код). На втором шаге найденная разница подвергается преобразованию, и полученный код объединяется с грубым кодом для получения полного выходного цифрового значения. АЦП этого типа быстры, имеют высокое разрешение и небольшой размер корпуса. 7.Сигма-Дельта АЦП (наз. также Дельта-Сигма АЦП) производит аналого-цифровое преобразование с частотой дискретизации, во много раз превышающей требуемую и путём фильтрации оставляет в сигнале только нужную спектральную полосу. Применение. АЦП используется везде, где требуется обрабатывать, хранить или передавать сигнал в цифр. форме. Быстрые видео АЦП используются, например, в TV-тюнерах.