MIKROVEZÉRLŐK - előadás - előadó: Póth Miklós

Mikrovezérlők Gyártó cégek: ATMEL, PIC, ARM, MOTOROLA, INTEL, ...

A mikrovezérlők lehetőségei A mikrovezérlők különféle elektronikai berendezések vezérlésére képesek (LED, relé, LCD kijelző, hétszegmenses kijelző szenzorok, kommunikációs eszközök...) Video

Történelmi áttekintés 1969 – A Busicom japán cég mérnökei az USA-ba érkeznek hogy a terveik alapján integrált áramköröket készítsenek a számológépekhez. Az igényt az Intel céghez intézték amelyiket Marcian Hoff képviselte. Hoff azt javasolta, hogy a programot az integrált áramkörbe helyezzék (egyszerűbb megoldás, de több memóriára volt szükség). Marcian Hoff

Történelmi áttekintés A japánok megmaradtak a maguk véleménye mellett, de végül mégis Hoff ötlete nyert, és megszületett az első mikroprocesszor. Az Intel-nek Federico Faggin segített, aki csupán 9 hónap alatt kész terméket hozott létre. 1971: az Intel megvásárolta a licencet a Busicom-tól aki nem volt tisztában azzal hogy milyen kincstől válik meg. Federico Fagin

Történelmi áttekintés 1971: az első mikroprocesszor 4004. 4-bites architektúra, 6000 utasítás másodpercenként. Az amerikai CTC cég arra kérte az Intel-t és a Texas Instruments-et hogy 8-bites mikroprocesszort készítsenek a terminálokhoz (végül elálltak az ötlettől).

Történelmi áttekintés Az Intel és a Texas Instruments folytatják a munkát és 1972 áprilisában megszületett az első 8-bites mikroprocesszor, a 8008. 16kB memória címzésére volt képes, 45 utasítást ismert és 300000 utasítást végzett másodpercenként. 1974: megjelent a 8080, 64kB memóriát lehetett vele címezni, 75 utasítás, az ára 360$ volt

Történelmi áttekintés Egy másik amerikai cégben, a Motorola-ban gyorsan belátták hogy mi történik, és a piacra dobták a 6800 mikroprocesszort. A fő terevező Chuck Peddle volt. Peddle céget váltott, és munkáját a mikroprocesszorok fejlesztésén a MOS Technology-ban folytatta. Chuck Peddle

Történelmi áttekintés 1975, WESCON kiállítás: a MOS Technology bejelentette hogy a 6501 és 6502 mikroprocesszorokat 20, illetve 25$-ért árulja. Az Intel 8080 és a Motorola 6800 akkor 179$-ba kerültek. Már a kiállítás első napján mind a két processzor ára le lett engedve 69.90$-ra. A Motorola megvádolta Peddle-t hogy ellopta a védett 6800 processzort. Ezután a MOS csak a 6502-t forgalmazta.

Történelmi áttekintés MOS 6502: 8-bites mikroprocesszor, 56 utasítás, 64kB memória címzése. A 6502-t a következő számítógépekbe építették: KIM-1, Apple I, Apple II, Atari, Commodore, Acorn, Oric, Galeb, Orao, Ultra, ... A MOS céget a Commodore veszi át. 1982: 15 millió eladott processzor.

Történelmi áttekintés Federico Fagin felmondott az Intel-nél és a Zilog Inc.-et alapítja. Hamarosan bejelenti a Z80-at. Úgy dönt hogy az új processzor kompatibilis legyen a 8080-nal mert a 8080-ra sok program van már írva. A Z80 volt a kor legerősebb mikroprocesszora, mindenki áttért a 8080-ról a Z80-ra. a 6502, Z80 és a 6800 voltak a legjobb processzorok abban az időben.

Mikroprocesszor vs. mikrovezérlő A mikroprocesszorhoz hozzá kell adni a memóriát és a kommunikációs eszközöket. A mikroprocesszor a számítógép szíve. A mikrovezérlő ez mind egyben. Minden periféria már bele van építve.

A mikrovezérlő alkotóelemei - memória - A memória feladata hogy őrizze az adatokat, olyan szekrényként képzelhető el melynek sok fiókja van. Megfelelő bemenetre megfelelő kimenetet kapunk. A Č/P vonal határozza meg hogy a memória olvasása vagy írása fog történni.

A mikrovezérlő alkotóelemei - memória - Címzés Memórialokáció A memória az összes memórialokáció összessége, a címzés pedig az egyik kiválasztása.

A mikrovezérlő alkotóelemei - központi feldolgozó egység (CPU) - A CPU memórialokációit regisztereknek nevezzük. Tartalmuk felett aritmetikai és logikai műveletek végezhetünk, és az egyikből a másikba mozgathatjuk tartalmukat.

A mikrovezérlő alkotóelemei - sínrendszer (busz) - A CPU és a memória közötti kapcsolatot a sínrendszer biztosítja (8 vagy 16 vezeték). A címbusz határozza meg hogy mennyi memóriát címezhetünk meg. Az adatbusz szélessége Megegyezik az adat szélességével. Továbbra sincs kapcsolat a külvilággal!

A mikrovezérlő alkotóelemei - bemeneti-kimeneti egység - Adjunk hozzá még egy blokkot amely néhány memórialokációt tartalmaz. A lokációk egyik vége az adatbuszra, másik vége pedig a mikrovezérlő lábacskáira vannak csatlakoztatva. A most hozzáadott lokációkat port-oknak nevezzük. A portok lehetnek bemenetiek, kimenetiek vagy kétirányúak.

A mikrovezérlő alkotóelemei - bemeneti-kimeneti egység - A port úgy működik mint minden más memórialokáció. Könnyen olvasható, illetve írható. A műveleteket regisztrálni lehet a lábacskákon. Lehetővé vált a kommunikáció a külvilággal.

A mikrovezérlő alkotóelemei - soros kommunikáció - Hátrány: adatok átvitele nagy távolságokra. vezetékek száma x kilométerek száma !!! 3 vezetékkel való működés (fogadás, küldés, referens vonal) Muszáj ismerni a kommunikációs szabályokat: ez a protokoll.

A mikrovezérlő alkotóelemei - időzítő modul (timer) - A timer az időről ad információt. A timer alapja egy szabadon futó számláló (regiszter) melynek értéke egyforma időintervallumokban növekszik. A timer adja az összefüggést a végrehajtott utasítások és a fizikai mennyiség (idő) között.

A mikrovezérlő alkotóelemei - A/D átalakító - A külvilágból érkező jelek általában analóg jelek, a mikrovezérlő viszont csak a bináris jeleket “érti”. Ezért a beérkező jeleket érthetővé kell tenni a mikrovezérlő számára. Az A/D blokk az analóg jelet binárissá alakítja és a CPU-nak továbbítja.

A mikrovezérlő blokk-shémája

Program A program az amiért a mikrovezérlő pontosan úgy viselkedik ahogy azt a felhasználó elvárja. registar 1 = mem. lokacija A registar 2 = mem. lokacija B registar 3 = registar 1 + registar 2 mem. Lokacija C = registar 3

Program A programokat C, assmebly, basic, stb. nyelveken írják. Az assembly egy alacsony szintű programnyelv, leglassabb a programozás, de a legjobb ami a sebességet illeti. A C programokat könnyebb megírni, de nem annyira hatékonyak mint az assembly. Legkönnyeeb elsajátítani a basic-et (legközelebb áll az emberi gondolkozáshoz), de ez is lassabb az assembly-től.

Külső komponensek Tápfeszültség Oszcillátor (a mikrovezérlő szíve.). A mikrovezérlő az oszcillátor “ketyegése” ütemében végzi az utasításokat.

Architektúra Harvard architektúra Az adatmemóriának és az utasításoknak különböző szélessége van. Az utasítások átfedése miatt nagyobb a sebesség (az előző utasítás végrehajtása még nem fejeződött be, a következő utasítás végrehajtása pedig már megkezdődött.). Csökkentett számú utasításkészlet (RISC).

Harvard architektúra Az adatmemória el van választva a programmemóriától (a Neumann architektúránál a memóriák egyben vannak).

Előnyök és hátrányok Előnyök: - könnyen elsajátítható - nagy végrehajtási sebesség - a program futásának ideje könnyen kiszámítható Hátrányok: - magas szintű programozási nyelv használata esetében kompleksz fordítóprogram szükséges, hosszú a fordítási idő