Поясните модульный принцип построения микроконтроллеров, компоненты процессорного ядра, состав и характеристики модулей. Примеры архитектур реальных микроконтроллеров.

(нет примеров)

Микроконтроллеры (МК) имеют модульный принцип организации, представляют собой законченную микропроцессорную систему обработки информации и созданную в виде большой интегральной микросхемы. МК в пределах одного кристалла объединяет основные функциональные блоки микропроцессорной управляющей системы: центральный процессор (ЦПУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), периферийные устройства ввода и вывода информации (УВВ). Все МК одного семейства содержат базовый функциональный блок и изменяемый функциональный блок..

Базовый функциональный блок включает:

- центральный процессор;

- внутренние магистрали адреса, данных и управления;
- схему формирования многофазной импульсной последовательности для тактирования ЦПУ и межмодульных магистралей;

- устройство управления режимами работы МК, такими как активный режим, режим пониженного энергопотребления, состояния начального запуска и прерывания.

Базовый функциональный блок называют процессорным ядром МК. Тип процессорного ядра определяет имя семейства МК.

Изменяемый функциональный блок включает модули разных типов памяти, модули периферийных устройств, модули генераторов синхронизации и некоторые дополнительные модули специальных режимов работы МК. Каждый модуль подключается к магистралям процессорного ядра. Это позволяет на уровне функционального проектирования новой модели МК подсоединять разнообразные модули к магистралям процессорного ядра, создавая, таким образом, разнообразные по структуре МК в пределах одного семейства. Совокупность модулей, разработанных для определенного процессорного ядра, принято называть библиотекой периферийных модулей. Библиотека современного семейства МК включает модули пяти функциональных групп:

1) модули памяти;

2) модули периферийных устройств;

3) модули встроенных генераторов синхронизации;

4) модули контроля напряжения питания и хода выполнения программы;

5) модули внутрисхемной отладки и программирования.

В направлениях развития 8-разрядной элементной базы МК прослеживается тенденция к закрытой архитектуре, при которой линии внутренних магистралей адреса и данных отсутствуют на выводах корпуса МК, что не позволяет подключать внешние микросхемы памяти. Разработчики обычно предлагают ряд модификаций МК с одним и тем же набором периферийных модулей и различающихся объемом резидентной памяти программ и данных.

Группа модулей периферийных устройств имеет следующие основные типы:

- параллельные порты ввода-вывода;

- таймеры-счетчики, таймеры периодических прерываний, процессоры событий;

- контроллеры последовательного интерфейса связи нескольких типов (UART, SCI, SPI, IIC, CAN, USB);

- аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

- цифроаналоговые преобразователи (ЦАП);

- контроллеры ЖК индикаторов и светодиодной матрицы.