Пам'ять даних розділена на три частини: регістрова пам'ять, оперативна пам'ять (ОЗУ - оперативний пристрій, що запам'ятовує, або RAM) і незалежна пам'ять (ЕСППЗУ або EEPROM)
Курсова робота з дисципліни
«Медичні мікропроцесорні системи. Діагностика»
Завдання: разробити електричну принципову схему мікропроцесорного модуля, структура котрого выбирається із таблиці 1 у відповідності з персональним варіантом.
Звіт по роботі повинен включати:
1. Завдання для даного варіанта.
2. Опис архітектури та основних параметрів мікроконтролера
3. Опис складових схеми за варіантом. Графічну частину виконувати у Microsoft Visio. Потрібно використовувати стандартні розміри графічних зображень резисторів, конденсаторів тощо.
4. Електричну принципову схему мікропроцесорного модуля.
5. Специфікацию (перелік елементів) для електричної принципової схеми. Пропонується використовувати сучасні аналоги інтегральних схем.
6. Блок-схему алгоритма програми мікроконтролера.
7. Програму на мові мікроконтролера AVR.
8. Результати моделювання модуля у системі Proteus.
9. Звіт потрібно подати у електронному вигляді разом із графічними компонентами Microsoft Visio. Вивірена та узгоджена з викладачем робота друкується на папері та здається на кафедру.
Прийняті наступні позначення:
АМ - аналоговий мультиплексор;
ДМ - дискретний мультиплексор;
БП - блок із 8 перемикачів;
АЦП - аналого-цифровий перетворювач;
ЦАП - цифро-аналоговий перетворювач;
КЛ - клавіатура на 16 клавиш;
БС - блок із 8 світлодіодів;
БР - блок із 8 реле;
ІНД - семисегментный індикатор;
ПК - послідовний канал;
УПР - управління;
Г - гучномовець;
Р - резистори.
ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ ПРО РОЗПОДІЛЕНІ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ, КОНТРОЛЮ ТА ДІАГНОСТИКИ
Характерною особливістю сучасного приладобудування є створення приладів з високим ступенем комплексної автоматизації, котра дозволяє істотно підвищити техніко-економічну ефективність експлуатації. У даний час автоматизація охоплює практично всі установки, агрегати, механізми й системи.
Збільшення обсягу автоматизації, посилення вимог до якості функціонування управляючих пристроїв, ускладнення алгоритмів керування, рішення задач діагностування та прогнозування, прагнення до уніфікації та стандартизації обладнання зумовили широке використання різного роду ЕОМ і мікропроцесорної (МП) техніки.
У світовому приладобудуванні позначився чіткий перехід від централізованих систем, які забезпечують управління всіма технологічними процесами, комплексами і системами, до розподілених (топологічно і функціонально) мультипроцесорним системам управління.
До переваг таких систем можна віднести:
- високу надійність;
- можливість гнучкого нарощування системи;
- відносну простоту розробки, впровадження та експлуатації;
- уніфікацію апаратної бази тощо.
Подібні системи мають, як правило, ієрархічну структуру. Основоположний принцип при побудові ієрархічних систем - на даний рівень управління з нижніх рівнів надходить лише та інформація, яка потрібна для прийняття рішення на цьому рівні. Тобто при переході з нижніх рівнів на верхні відбувається узагальнення і стиснення інформації. На верхньому рівні приймаються загальнозначущі для системи рішення, на нижніх рівнях управляючі дії місцевого значення генеруються автономно. Можливість незалежного управління місцевими підсистемами (нижні рівні) у разі виходу з ладу верхнього рівня дозволяє уникнути аварійних ситуацій.
Архітектура та основні параметри
Мікроконтролера Atmega8
Мікроконтроллер ATmega8 виконаний за технологією CMOS, 8-розрядний, мікроспоживаючий, заснований на AVR -архитектуре RISC. Виконуючи одну повноцінну інструкцію за один такт, ATmega8 досягає продуктивності 1 MIPS на Мгц, дозволяючи досягти оптимального співвідношення продуктивності до споживаної енергії.
Ядро AVR мікроконтроллера ATMega8
Ядро - основний компонент мікроконтроллера, який виконує обчислення і управляє інтегрованою периферією. Ядро AVR має Гарвардську архітектуру, тобто код програми і дані зберігаються в окремих адресних просторах, що дозволяє прочитувати код паралельно з операціями читання/запису даних. Ядро AVR використовує вдосконалену RISC систему команд - набір простих команд, що виконуються безпосередньо без попереднього декодування, що дозволяє виконувати команди за мінімальну кількість тактів. Більшість арифметичних і логічних команд виконуються за 1 такт, але деякі команди (наприклад, команди виклику переривань і підпрограм а також повернення з них) виконуються за 4-5 тактів. Розмір коду команд фіксований - 1 слово або 2 слова (для команд, що вимагають безпосередніх даних).
АЛУ підключене до регістрів загального призначення РОН (General Purpose Registers - GPR). Регістрів загального призначення всього 32, вони мають байтовий формат, тобто кожен з них складається з восьми біт. РОН знаходяться на початку адресного простору оперативної пам'яті, але фізично не є її частиною. Тому до них можна звертатися двома способами (як до регістрів і як до пам'яті). Таке рішення є особливістю AVR і підвищує ефективність роботи і продуктивність мікроконтроллера.
Відмінність між регістрами і оперативною пам'яттю полягає в тому, що з регістрами можна виробляти будь-які операції (арифметичні, логічні, бітові), а в оперативну пам'ять можна лише записувати дані з регістрів.
Пам'ять
У мікроконтроллерах AVR реалізована Гарвардська архітектура, відповідно до якої розділені не лише адресні простори пам'яті програм і пам'яті даних, але і шини доступу до них. Кожна з областей пам'яті даних (оперативна пам'ять і EEPROM) також розташована у своєму адресному просторі. Пам'ять програм ( Flash ROM або Flash ПЗУ).
Пам'ять програм призначена для зберігання послідовності команд, що управляють функціонуванням мікроконтроллера, і має 16-ти бітову організацію. Усе AVR мають Flash -память програм, яка може бути різного розміру - від 1 до 256 Кбайт. Її головне достоїнство в тому, що вона побудована на принципі електричної перепрограмованості, тобто допускає багатократне стирання і запис інформації. Програма заноситься в Flash -память AVR як за допомогою звичайного програматора, так і за допомогою SPI -інтерфейса, у тому числі безпосередньо на зібраній платі. Можливість внутрішньосхемного програмування (функція ISP) через комунікаційний інтерфейс SPI мають усі мікроконтроллери AVR, окрім Tiny11 і Tiny28.
Пам'ять даних розділена на три частини: регістрова пам'ять, оперативна пам'ять (ОЗУ - оперативний пристрій, що запам'ятовує, або RAM) і незалежна пам'ять (ЕСППЗУ або EEPROM).
Реєстрова пам'ять ( РОН і РВВ )
Для довготривалого зберігання різної інформації, яка може змінюватися в процесі функціонування мікроконтроллерной системи, використовується EEPROM -память. Усе AVR мають блок незалежної електрично перезаписуваної пам'яті даних EEPROM від 64 Байт до 4 Кбайт. Цей тип пам'яті, доступний програмі мікроконтроллера безпосередньо в ході її виконання, зручний для зберігання проміжних даних, різних констант, коефіцієнтів, серійних номерів, ключів і тому подібне EEPROM може бути завантажена ззовні як через SPI інтерфейс, так і за допомогою звичайного програматора. Число циклів стирання/запис - не менше 100 тис.
Оперативна пам'ять ( ОЗУ або RAM)