Учебное пособие Харьков 014 удк

169
Рис. 5.29. Микропроцессорная система с гарвардской архитектурой 
 
5.7.2 Микроконтроллеры 
Особенностью построения современных технических систем, в 
том числе мехатронных, является широкая автоматизация процессов, 
контроля их состояния и управления их состоянием с помощью, так 
называемых контроллеров (устройств управления). Именно для 
создания подобных устройств используется в настоящее время боль-
шая часть выпускаемой электронной продукции. С целью сокраще-
ния аппаратурных затрат при построении контроллеров и снижения 
их стоимости производятся однокристальные микроконтроллеры 
(МК или ОМК, MCU – Microcontroller Unit), выполненные в виде 
отдельных БИС.
Если персональные компьютеры ориентированы на пользова-
теля, то микроконтроллеры − на объект управления. В отличие от 
микропроцессоров МК включают все устройства, необходимые для 
реализации цифровых систем управления минимальной конфигура-
ции: процессор, запоминающее устройство данных, запоминающее 
устройство команд, внутренний генератор тактовых сигналов, а 
также программируемую интегральную схему для связи с внешней 
средой. МК позволяют добиться небольших габаритов устройств, 
малой потребляемой мощности, а также возможности быстрой 
модификации алгоритмов работы.
Наибольшей специализацией и разнообразием функций 
обладают микроконтроллеры, используемые во встроенных системах 

170 
управления, в том числе в бытовых приборах. Общее число типов 
кристаллов с различными системами команд превышает 500. В 
настоящее время самыми распространенными и доступными (хотя и 
не единственными) являются микроконтроллеры семейств РIС 
(фирма Microchip) и AVR (фирма Atmel).
Спектр применения МК чрезвычайно широк. В наши дни на их 
базе создают интеллектуальные датчики, системы управления элект-
родвигателями, промышленные роботы, микро-АТС, автоответчики, 
АОНы, мобильные телефоны, зарядные устройства, факсы, модемы, 
пейджеры, таймеры, системы сигнализации, измерительные прибо-
ры, счетчики воды, газа и электроэнергии, дозиметры, приборы 
сигнализации, системы управления зажиганием и впрыском топлива, 
приборные панели и радарные детекторы, регуляторы температуры, 
влажности, давления и пр., схемы управления принтерами и плот-
терами, сетевые контроллеры, сканеры, схемы управления аудио- и 
видеосистемами, системы синтеза речевых сообщений, видеоигры, 
системы дистанционного управления, кассовые аппараты и т. д.
Быстрое развитие и распространение МК обусловлено их 
универсальностью и низкой стоимостью. Современные микроконт-
роллеры обладают всеми ресурсами для решения задач управления и 
при этом производятся в таком разнообразии, что могут удовлет-
ворить практически любые потребности. Сейчас именно они являют-
ся средством реализации блочного подхода к построению устройств 
электронной техники.
Устройствами ввода в микроконтроллеры являются преобразо-
ватели информации, а именно датчики, установленные на объекте 
управления. Датчики преобразуют неэлектрические величины в 
электрические сигналы. В состав микроконтроллеров обычно входят 
преобразователи аналоговых сигналов в цифровой код − аналого-
цифровые преобразователи (АЦП).
Устройствами вывода микроконтроллеров являются исполни-
тельные механизмы объектов, как правило, это – электронная сис-
тема управления электрическими проводами. Для сопряжения выхо-
да МК с системой привода в состав микроконтроллеров обычно 
входят также преобразователи цифрового кода в аналоговые сигналы – 
цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП).
Микроконтроллеры обычно работают в реальном масштабе 
времени и выполняют ограниченный набор программ, повторяющих-
ся во времени. В отличие от ПК микроконтроллеры не требуют 

171
больших вычислительных ресурсов (памяти команд и данных), 
причем алгоритмы преобразования в программах МК просты и сво-
дятся к арифметическим и логическим операциям. Каждая команда 
микроконтроллера, как правило, это − программа, написанная на 
языке команд МП.
Простейший микроконтроллер состоит из одной БИС, на 
которой размещаются все устройства цифровой ЭВМ и преобразо-
ватели информации. Более сложные многоплатные конструкции 
микроконтроллеров, как правило, содержат универсальный МП.
 
5.7.3 Цифровые сигнальные процессоры 
Цифровые сигнальные процессоры (Digital Signal Processor – 
DSP) являются разновидностью микропроцессоров и предназначены 
для обработки в реальном времени цифровых потоков данных, 
образованных в результате оцифровывания аналоговых сигналов. 
Современные DSP способны проводить вычисления с «плавающей» 
точкой над операндами длиной до 40 разрядов.
Поскольку отличительной особенностью задач цифровой обра-
ботки сигналов является поточный характер обработки больших 
объемов данных в реальном режиме времени, то основными требова-
ниями, предъявляемыми к DSP, являются высокая производитель-
ность и обеспечение возможности интенсивного обмена данными с 
внешними устройствами.
Соответствие этим требованиям в настоящее время достигается 
благодаря следующим особенностям:
– применению RISC-архитектуры;
– большой разрядности;
– аппаратной поддержке программных циклов и буферов;
– возможности множественного доступа к памяти;
– наличию кэш-памяти.
Также для сигнальных процессоров характерным является на-
личие аппаратного умножителя, позволяющего выполнять умноже-
ние двух чисел за один командный такт (в универсальных микропро-
цессорах умножение обычно реализуется как последовательность 
операций сдвига и сложения, что требует нескольких тактов). Основ-
ными производителями DSP являются фирмы: Texas Instruments, 
Lucent Technologies (более 50 % рынка), Analog Devices, Motorola.
Многие современные DSP поддерживают вычисления, идущие в 
несколько потоков. Это достигается путем реализации нескольких 

172 
идентичных процессорных ядер на одном кристалле. Таким образом, 
можно существенно повысить производительность DSP, не повышая 
тактовой частоты, за счет распараллеливания процесса обработки сиг-
налов (например, обработка разными ядрами отдельных каналов связи).
DSP являются разновидностью микропроцессоров, поэтому для 
них существует два типа архитектуры – неймановская и гарвардская. 
Отметим, что первые DSP строились с неймановской архитектурой, 
однако со временем они были практически полностью вытеснены DSP 
на основе гарвардской архитектуры и ее модификаций. Главное преиму-
щество гарвардской архитектуры по сравнению с неймановской состоит 
в повышении производительности за счет возможности пересылать 
команды и данные одновременно из физически разделенных памяти 
программ и памяти данных по собственным линиям связи с АЛУ. 

жүктеу/скачать 23,07 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: