Реферат: Ответы к Экзамену по Микропроцессорным Системам (микроконтроллеры микрокопроцессоры)
Сегодняшние многогигагерцевые микросхемы нуждаются в постоянном потоке данных, а устаревающие шины стандартов PCI и AGP могут оказаться недостаточно быстрыми для перемещения данных между компонентами. Именно поэтому компания Intel разработала спецификацию на шину ввода-вывода третьего поколения под кодовым названием Arapahoe, скорость передачи данных по которой может в десять раз превосходить соответствующий показатель нынешнего «короля скорости» — шины PCI-X. Последняя выполняет параллельную передачу данных по 64 линиям, достигая максимальной скорости 1 Гбайт/с. Шина Arapahoe использует от 1 до 32 каналов, причем каждый из них состоит из пары проводников и достигает производительности более 200 Мбайт/с, перенося данные между ЦП и платами расширения или интегрированными компонентами. Arapahoe также может устанавливать приоритеты при обработке данных таким образом, что потоки информации в реальном времени будут обрабатываться быстрее. (Основное назначение этой шины все-таки обеспечение связи между южным и северным мостами набора микросхем.) Появление- начало 2004 г.
Рис.1. Архитектура системы на базе процессора Pentium 3.
Поскольку шина процессора должна обмениваться информацией с процессором с максимально высокой скоростью, в компьютерах она функционирует намного быстрее любой другой шины. Сигнальные линии (линии электрической связи), представляющие шину, предназначены для передачи данных, адресов и сигналов управления между отдельными компонентами компьютера. Например, в компьютерах с процессором Pentium шина процессора состоит из 64 линий данных, 32 линий адреса и соответствующих линиях управления. Компьютеры с процессорами Pentium 2 и Pentium Pro имеют по 36 линий адреса. В большинстве современных компьютерах соотношение частот процессора и шины соответствует одному из коэффициентов: 1,5x, 2x …
28.
Терминал – объединенный в одном корпусе монитор и клавиатура, при этом м\п может находиться далеко.
Клавиатура – используется для ввода команд м\п.
Внутри клавы находится микроконтроллер. При нажатии клавиши – прерывание. При отпускании – еще одно.
Мониторы.
ЭЛТ и ЖК, на светодиодных матрицах, на газоразрядных индикационных паневях.
ЭЛТ.
ЖК.
Молекулы кристалла в одну сплошную линию. Если подать поляризующее напряжение – молекулы выстроятся в четкую цепь. Оптические свойства зависят только от освещенности.
Мышь.
Механическая, оптико-механическая, оптическая.
Механическая – на 2-х колесиках.
Оптико-механическая – шарик вращает шестеренки, зубцы которых перекрывают сигнал оптопары.
Мышь передает 3 байта информации:
1б – движение по горизонтали.
2б – движение по вертикали.
3б – нажатие клавиш.
Принтер.
Принтер - это аппарат для распечатки текстов и графики.
Матричные, струйные, лазерные.
Матричные работают по принципу печатной машинки, то есть оставляют на бумаге оттиск от иголочки, на которую нанесена краска.
Струйные - на бумагу из специальных сопел выстреливается струйка краски.
Лазерные - внутри расположен барабан, на котором создается отпечатываемая картинка (сначала он намагничивается определенным образом, потом к разным его областям "прилипает" краска требуемых цветов), после этого прокатывается лист бумаги, вследствие чего и получается рисунок.
29. Манипулятор мышь и печатающие устройства современного персонального компьютера.
Существует три типа мышей. Это:
Механические, в них основным элементом являются датчики, отслеживающие движение шарика. Датчики механические, отсюда и название мышей. В результате этого движение мыши происходит не так плавно, да и долговечность ее тоже невелика
Оптомеханические. Аналогичны механическим, но движение шарика отслеживаются оптическими датчиками.
Оптические. Оптическая мышь посылает луч на непрозрачную поверхность, а после отражения луч поступает обратно в мышь и там анализируется электроникой, которая в зависимости от характеристик полученного сигнала и отслеживает два направления движения мыши, основываясь либо на углах падения, либо на каких-либо других признаках. Преимущество такой мыши - очень высокая надежность, достоверность и плавность движения.
Интерфейсы:
- COM, PS/2 Особой разницы между ними не наблюдается.
-USB лучше других, потому что, обеспечивают большее количество отсчетов в единицу времени, возможно горячее включение.
Разрешение мыши измеряется в dpi. Нормальное разрешение мыши составляет 200-900 dpi. Оптические мыши могут иметь разрешающую способность 1000 dpi и более.
Количество отсчетов в секунду зависит не от мыши, а от интерфейса. COM и PS/2 это число 40, а у USB больше 100.
Принтеры:
Лазерный: основа - барабан, отвечает за перенос изображения на бумагу. Он выполнен в виде металлического цилиндра, с тонкой пленкой фотопроводящего полупроводника. Во время печати по поверхности барабана с помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронирующим проводом, распределяется статический заряд. Лазер, управляемый соответствующей электроникой, генерирует световой луч, который, отражаясь от вращающегося зеркала, попадает на барабан и изменяет его статистический заряд в точке прикосновения. Лазер попадает на барабан только в тех точках, в которых должно быть изображаение, таким образом на барабане получается скрытая копия отпечатка.
Проходя мимо тонера, барабан притягивает его в точках, подвергшихся облучению лазером. Затем на поверхность барабана накладывается бумага, и тонер переходит на нее. Бумага проходит между двумя роликами с температурой около 180 градусов.
Струйный:
Используются тонкие сопла, которые выплевывают чернила. Методом осуществляется перенос чернил на бумагу. Их всего три:
Пьезоэлектрический метод. В каждое сопло установлен пьезокристалл, связанный с диафрагмой. Пьезоэлемент, сжимая и разжимая трубку, наполняет сопло чернилами. Краска, которая выдавилась наружу, оставляет на бумаге точку.
Метод газовых пузырей. Каждое сопло оборудовано электрическим нагревательным элементом, который при пропускании через него тока за несколько микросекунд нагревается до 500o С. Чернила закипают и образовывают пузырьки, которые стремятся вытолкнуть часть краски наружу. Затем нагревательный элемент остывает, газовый пузырь уменьшается в объеме и через отверстие из резервуара поступает новая порция чернил.
drop-on-demand. для подачи чернил в сопла используется нагревательный элемент. Однако вместе с ним дополнительно работает еще и специальный механизм. Такой способ обеспечивает более быстрое впрыскивание чернил
Матричный:
Используется головка с иголками, перемещающаяся по горизонтальной штанге. Из точек, оставляемых иголками с помощью красящей ленты, и формируется желаемое изображение. Так как головка представляет собой матрицу иголок, то принтеры обычно называют матричными.
31. Цифро-аналоговые преобразователи
Схемы применения цифро-аналоговых преобразователей относятся не только к области преобразования код - аналог. Пользуясь их свойствами можно определять произведения двух или более сигналов, строить делители функций, аналоговые звенья, управляемые от микроконтроллеров, такие как аттенюаторы, т.е. регуляторы уровня сигнала, интеграторы. Важной областью применения ЦАП являются также генераторы сигналов, в том числе сигналов произвольной формы. ЦАП используются в связи и передаче данных: модемах, фильтрах, устройствах самонастройки; измерительной и испытательной технике: источниках питания, генераторах, измерительных приборах; в технологических линиях: исполнительных устройствах роботов, станков и т.д.
Параметры ЦАП
При последовательном возрастании значений входного цифрового сигнала D(t) от 0 до 2N-1 через единицу младшего разряда (ЕМР) выходной сигнал Uвых(t) образует ступенчатую кривую. Такую зависимость называют обычно характеристикой преобразования ЦАП. В отсутствие аппаратных погрешностей средние точки ступенек расположены на идеальной прямой 1 (рис. 22), которой соответствует идеальная характеристика преобразования. Реальная характеристика преобразования может существенно отличаться от идеальной размерами и формой ступенек, а также расположением на плоскости координат. Для количественного описания этих различий существует целый ряд параметров.
Разрешающая способность - приращение Uвых при преобразовании смежных значений Dj, т.е. отличающихся на ЕМР. Это приращение является шагом квантования. Для двоичных кодов преобразования номинальное значение шага квантования h=Uпш/(2N-1), где Uпш - номинальное максимальное выходное напряжение ЦАП (напряжение полной шкалы), N - разрядность ЦАП. Чем больше разрядность преобразователя, тем выше его разрешающая способность.
Погрешность смещения нуля - значение Uвых, когда входной код ЦАП равен нулю. Является аддитивной составляющей полной погрешности. Обычно указывается в милливольтах или в процентах от полной шкалы:
Нелинейность - максимальное отклонение реальной характеристики преобразования Uвых(D) от оптимальной (линия 2 на рис. 22). Оптимальная характеристика находится эмпирически так, чтобы минимизировать значение погрешности нелинейности. Нелинейность обычно определяется в относительных единицах, но в справочных данных приводится также и в ЕМР. Для характеристики, приведенной на рис. 22
Динамические параметры ЦАП определяются по изменению выходного сигнала при скачкообразном изменении входного кода, обычно от величины "все нули" до "все единицы" (рис. 23).
Время установления - интервал времени от момента изменения входного кода (на рис. 23 t=0) до момента, когда в последний раз выполняется равенство
|Uвых-Uпш|=d/2,
причем d/2 обычно соответствует ЕМР.
Виды ЦАП
Существуют последовательные и параллельные ЦАП. Последовательные –- используются в микропроцессорных системах, если не требуется высокое быстродействие. Среди параллельных - наиболее просты
ЦАП с суммированием весовых токов
Большинство схем параллельных ЦАП основано на суммировании токов, сила каждого из которых пропорциональна весу цифрового двоичного разряда, причем должны суммироваться только токи разрядов, значения которых равны 1. Пусть, например, требуется преобразовать двоичный четырехразрядный код в аналоговый сигнал тока. У четвертого, старшего значащего разряда (СЗР) вес будет равен 23=8, у третьего разряда - 22=4, у второго - 21=2 и у младшего (МЗР) - 20=1. Если вес МЗР IМЗР=1 мА, то IСЗР=8 мА, а максимальный выходной ток преобразователя Iвых.макс=15 мА и соответствует коду 11112. Понятно, что коду 10012, например, будет соответствовать Iвых=9 мА и т.д. Следовательно, требуется построить схему, обеспечивающую генерацию и коммутацию по заданным законам точных весовых токов. Простейшая схема, реализующая указанный принцип, приведена на рис. 3.
Сопротивления резисторов выбирают так, чтобы при замкнутых ключах через них протекал ток, соответствующий весу разряда. Ключ должен быть замкнут тогда, когда соответствующий ему бит входного слова равен единице. Выходной ток определяется соотношением
При высокой разрядности ЦАП токозадающие резисторы должны быть согласованы с высокой точностью. Наиболее жесткие требования по точности предъявляются к резисторам старших разрядов, поскольку разброс токов в них не должен превышать тока младшего разряда. Поэтому разброс сопротивления в k-м разряде должен быть меньше, чем
R / R=2-k.
Из этого условия следует, что разброс сопротивления резистора, например, в четвертом разряде не должен превышать 3%, а в 10-м разряде - 0,05% и т.д.
Рассмотренная схема при всей ее простоте обладает целым букетом недостатков. Во-первых, при различных входных кодах ток, потребляемый от источника опорного напряжения (ИОН), будет различным, а это повлияет на величину выходного напряжения ИОН. Во-вторых, значения сопротивлений весовых резисторов могут различаться в тысячи раз, а это делает весьма затруднительной реализацию этих резисторов в полупроводниковых ИМС. Кроме того, сопротивление резисторов старших разрядов в многоразрядных ЦАП может быть соизмеримым с сопротивлением замкнутого ключа, а это приведет к погрешности преобразования. В-третьих, в этой схеме к разомкнутым ключам прикладывается значительное напряжение, что усложняет их построение.
11. Система сброса.
Сброс- перевод МК в исходное состояние. При этом все регистры микропроц. Ядра устанавливаются во вполне определенные начальные состояния, и МК переходит к выполнения программы с фиксированного адреса начального адреса (обычно $00).
Источниками сброса могут являться различные воздействия: включение питания и кратковременные его изменения, сигналы формируемые аппаратно внутри МК, а также инструкции программы. В частности, инструкция безусловного перехода на адрес $00.
Источники сброса МК Atmega163:
- Сброс при включении питания. Происходит, если напряжение питания ядра ниже определенного порога (Vpot)
- Внешний сброс. Происходит при поступлении сигнала низкого уросня длительностью >500нс на внешний контакт Reset микросхемы
- Сброс сторожевым таймером.
- Сброс при кратковременном провале напряжения питания. Происходим, если напряжение питания контроллера в процессе работы опускается ниже определенного порога(Vbot).
По любой из этих причин Мк переходит к выполнению программы с адреса $00. В этой ячейке размещают инструкцию jmp с адресом программы инициализации.
Все сигналы сброса детектируются на кристалле специальными схемами.
- Схема сброса при включении питания (Power on reset circuit) контролирует напряжение питания Vcc и запускается при Vcc>Vpot. При Vcc=5V номинал Vpot=1.4V
- Схема сброса при кратковременном провале Vcc(Brown out reset circuit) сравнивает Vcc с Vbot. Уровень Vbot программируется битом Bodlevel из группы з группы fuse-битов. При Bodlevel=1 Vbot=2.7V, Bodlevel=0 Vbot=4
- Схема внешнего сброса (External reset circuit) управляется внешним сигналом низкого уровня #Reset
Сигналя с этих схем и с WDT фиксируются в регистре состояния MCUSR, объединяются по схеме «или» и устанавливают RS-триггер.
Источник сброса может быть установлен путем чтения регистра MCUSR (биты 0-3)
20 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ВВОД-ВЫВОД
Интерфейс UART
Асинхронный последовательный интерфейс UART (Universal Asynchronous Receiver
Transmitter – универсальный асинхронный приемопередатчик) обеспечивает
полудуплексный режим обмена по трем линиям. В обмене всегда участвуют только два
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
