Грошева, Л.С.

Г89

Микроконтроллеров MCS-51

Архитектура

Л.С. Грошева, В.И. Плющаев

Учебное пособие по дисциплинам «Программируемее микроэлектронные устройства» и «Микропроцессорные системы управления» для студентов специальности 162107 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования» и 180407.65 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики»

Нижний Новгород

Издательство ФБОУ ВПО «ВГАВТ»

УДК 681.325.5:621.382

Архитектура микроконтроллеров MCS-51 : учеб. пособие для студентов очного обучения : по специальностям 162107 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования» и 180407.65 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики»/ Л.С. Грошева, В.И. Плющаев. – Н.Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ»,2013.–73с.

Рассматриваются особенности базовой архитектуры микроконтроллеров семейства MCS-51, система команд и принципы подключения к микроконтроллеру типовых периферийных устройств.

Предназначено для студентов специальности 162107 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования» и 180407.65 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики».

Работа рекомендована к изданию кафедрой радиоэлектроники (протокол №2 от 11.09.2013 г.).

© ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2013

ВВЕДЕНИЕ

Характерной особенностью современного судостроения является создание судов с высокой степенью комплексной автоматизации, которая позволяет существенно повысить технико-экономическую эффективность эксплуатации. В настоящее время основным направлением в судостроении является переход от систем автоматизации отдельных механизмов, агрегатов, технологических процессов к интегрированным системам управления судовыми техническими средствами. Современные судовые комплексы решают задачи: навигации и связи; управления движением судна, судовой энергетической установкой, грузовыми и балластными операциями; обеспечения безопасности судна, экипажа и пассажиров; контроля и диагностики технических средств судна и пр.

Увеличение объема автоматизации, ужесточение требований к качеству функционирования управляющих устройств и их надежности, рост объема обрабатываемой и передаваемой информации, усложнение алгоритмов управления, решение задач диагностирования и прогнозирования, стремление к унификации и стандартизации оборудования предопределили широкое использование на судах различного рода микропроцессорной (МП) техники. Практически вся судовая аппаратура, связанная с получением, передачей, обработкой и отображением информации, выполнена на базе МП техники.

Огромная номенклатура выпускаемых в мире микропроцессоров определяется многообразием решаемых ими задач, условиями эксплуатации и технико-экономическими требованиями. Микропроцессоры отличаются архитектурой, быстродействием, энергопотреблением, габаритами, ценой и другими параметрам. Можно выделить три основных направления развития микропроцессоров:

- универсальные микропроцессоры;

- сигнальные микропроцессоры;

- микроконтроллеры.

Универсальные микропроцессоры в основном предназначены для построения сложных вычислительных систем (универсальные ЭВМ, панельные компьютеры, рабочие станции, встраиваемые ЭВМ и т.п.).На судах вычислительные системы на базе универсальных микропроцессоров широко используются в системах:

- навигационно-информационных (электронная картография, планирование переходов, обеспечение навигационной безопасности, формирование и хранения различных баз данных и пр.);

- связи и коммуникаций (связь с внешними и судовыми приемниками и потребителями информации; прием, хранение и передача информации, ведение журналов и отчетов, выдача справочной информации и т.п.);

- обеспечения безопасности плавания (обработка информации радиолокационных станций, автоматических идентификационных систем и других приборов с целью предупреждения столкновения);

- управления движением судов (движение по заданному маршруту, удержание на курсе, маневрирование судна и пр.);

- управления, контроля и диагностики главной движительной установки, судовой системы электроснабжения, отдельными агрегатами и механизмами;

- управления балластными и грузовыми операциями;

- контроля и управления системами жизнеобеспечения (вентиляция и кондиционирование, водоснабжение и канализация и пр.).

Сигнальные процессоры – это микропроцессоры, особенностью работы которых является поточный характер обработки больших объемов данных в реальном масштабе времени и, как правило, с интенсивным обменом данными с внешними устройствами. Сигнальные процессоры активно используются для обработки сигналов в радиотехнической аппаратуре. Базовая архитектурасигнальных процессоровэто совокупность специализированных компонентов, направленная на повышение производительности и отличающая их от микросхем других типов. Она обусловлена применением модифицированной гарвардской архитектуры, использованием конвейерного режима работы, наличием специализированных устройств умножения с накоплением, реализацией короткого командного цикла.

На судах сигнальные процессоры используются в системах радиосвязи, телекоммуникаций (модемы, сетевые устройства, мобильные устройства связи), системах видеонаблюдения, портативных медиаустройствах, а также в системах управления сервоприводами и электроприводами переменного и постоянного тока и т.п.

Микроконтроллеры (или однокристальные микроЭВМ) представляет собой СБИС, включающую в свой состав все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации: процессор, память данных, память программ, встроенный генератор тактовых сигналов, порты ввода-вывода для связи с внешними объектами, систему прерываний, таймеры-счетчики, последовательный канал связи. Специфическая организация ввода-вывода информации предопределяет область их применения в качестве специализированных вычислителей, включаемых в контур управления объектами или процессами. Аппаратно-программные средства и система команд также приспособлены к решению задач управления и регулирования. Использование микроконтроллеров позволяет достичь исключительно высоких показателей эффективности при низкой стоимости. При создании нижних уровней управляющих систем микроконтроллеры оказываются вне конкуренции. Сейчас около двух третей мирового рынка МП средств занимают микроконтроллеры (более половины его занимают микроконтроллеры семейства МCS-51, MCS-96 и др.).

На судах микроконтроллеры широко используются:

- в радио и радиолокационном оборудовании;

- в навигационном оборудовании;

- для создания регуляторов различного типа и локальных систем управления отдельными механизмами, агрегатами или звеньями технологических процессов;

- в системах передачи данных судовых информационно-управляющих комплексов;

- для создания систем мониторинга параметров систем и агрегатов судна;

- в общесудовых системах (пожарной и аварийно-предупредительной сигнализации, управления ходовыми огнями и пр.) и многих других системах.

Микроконтроллеры на современном судне можно найти практически в любом судовом оборудовании – от носимой радиостанции и аварийного радиобуя до главного распределительного щита судовой электростанции и системы управления главной силовой энергетической установкой судна.