Федеральное агентство по образованию  Российской федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Российский государственный университет сервиса и туризма

Волгоградский филиал 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Семестровая работа

по  дисциплине «Микроконтроллеры»

на тему: «MCS-96» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                   Выполнил:

студент группы К-71

                                                                                    Адеева Дарья                                                             

                                                                                           Принял: Харькин

                                                                                   О. С. 

   

Волгоград 2009

Содержание 
 
 
 

1. Введение…………………………………………………………………….3
2. Структура микроконтроллеров семейства MCS-96…………………….. 4
3. Порты ввода/вывода информации…………………………………….......9
4. Таймер/счетчик MCS-96………………………………………………….14
5. Организация прерываний, модули прерываний………………………...18
6. Общие сведения о системе команд……………………………………....21

     7. Доступ к внешней памяти…………………………………………………26

     8. Заключение…………………………………………………………………29

     9. Список литературы ………………………………………………………..30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение 

     В последнее время на российском рынке  цифровых интегральных схем можно найти  практически любые микроконтроллеры. Мы остановимся на шестнадцатиразрядных микроконтроллерах семейства MCS-96 фирмы Intel. МК этого семейства предназначены для использования в управляющих и контрольноизмерительных системах и приборах различного назначения в качестве встраиваемых микропроцессорных устройств.

     Основными достоинствами МК семейства MCS-96, отличающими  их от микроконтроллеров других семейств, являются:

     - расширенная разрядная сетка,  позволяющая выполнять операции  с данными, представленными в  форматах "байт" и "слово", а некоторые операции - в формате  "двойное слово";

     - улучшенная система операций, содержащая  операции умножения и деления  для чисел со знаком и без знака при разных форматах представления данных, операции сдвига на заданное число разрядов, операции групповой пересылки и др.;

     - совершенная система команд, имеющая  в своем составе двухадресные  и трехадресные команды арифметических  и логических операций с различными способами адресации, что позволяет создавать компактные и быстродействующие программы;

     - многообразие расположенных на  кристалле периферийных устройств,  выполняющих функции ввода и  вывода данных, событий и аналоговых  сигналов, обслуживания запросов прерывания без прерывания текущей программы, контроля правильности функционирования МК, что позволяет разрабатывать малогабаритные и надежные устройства с минимальным числом дополнительных микросхем;

     - наличие большого числа программных и программно-аппаратных средств поддержки разработки аппаратуры на базе МК семейства MCS-96 и в том числе программно-аппаратного комплекса Project BUILDER, предназначенного для первоначального освоения МК этого семейства.

     Таким образом, микроконтроллеры семейства MCS-96 - это достаточно сложные многофункциональные устройства, изучение которых поможет быстрее освоить МК других фирм. Ведь при проектировании конкретной микропроцессорной системы нужно выбирать оптимально подходящий МК, критерии выбора которого приведены ниже. 
 
 
 
 
 
 
 

2. Структура микроконтроллеров семейства MCS-96 

Все микроконтроллеры семейства MCS-96 имеют единую базовую  структуру, включающую (см. рис. 1.1):

- центральное  процессорное устройство (Central Processor Unit, CPU);

- внутреннюю память (Internal Memory, IM);

- набор периферийных устройств (Peripherals);

- контроллер памяти (Memory Controller, MC). 
 

       

     Рисунок  1.1 Структура МК семейства MCS-96 

     К микроконтроллеру может быть подключена внешняя память (External Memory).

     В состав процессора входят арифметико-логическое устройство (Arithmetic-Logic Unit, ALU) и регистровое  оперативное запоминающее устройство (Register RAM - RRAM).

     В ALU по командам программы выполняются  арифметические и логические операции. В систему команд кроме арифметических и логических операций входят команды пересылочных операций и команды операций управления. Общее число команд у МК разных типов может быть равным 100, 106, 112 или 120.  

     Отличительной особенностью ALU микроконтроллеров  семейства MCS-96 является отсутствие регистра-аккумулятора. В качестве источника первого операнда и приемника результата может использоваться любой регистр в RRAM, при этом операнд и результат могут иметь разные адреса. В состав ALU входят регистры временного хранения данных, главный счетчик команд (Master Program Counter), регистр команд (Instruction Register) и другие схемы, обеспечивающие выполнение операций и ход программы.

     Регистровое оперативное запоминающее устройство используется для хранения данных. В состав RRAM входит массив восьмиразрядных регистров. Число регистров в RRAM у МК разных типов может быть равным 232, 360, 488 или 1000. ALU может обращаться к регистрам RRAM непосредственно или через контроллер памяти.

     Внутренняя  память микроконтроллера содержит внутреннее постоянное запоминающее устройство (Internal ROM - IROM) и внутреннее оперативное запоминающее устройство (IRAM).

     IROM используется для хранения команд  программы, констант и специальных  данных. Выпускаются МК, у которых  IROM отсутствует. В этом случае функции IROM выполняет запоминающее устройство, входящее в состав внешней памяти. Обращение к ячейкам памяти в IROM выполняется только через контроллер памяти.

     IRAM используется для хранения данных  и команд программы. У некоторых  МК IRAM отсутствует. Обращение к ячейкам памяти в IRAM выполняется только через контроллер памяти.

     Контроллер  памяти управляет процессом обращения  к IROM, IRAM и к внешней памяти, а  в некоторых случаях - к RRAM. В контроллере  памяти расположены вспомогательный  счетчик команд (Slave Program Counter), стек типа FIFO, имеющий четыре восьмиразрядные ячейки, и другое оборудование, управляющее процессом обращения к памяти. Вспомогательный счетчик команд обеспечивает опережающую выборку кодов команд с их запоминанием в стеке FIFO.

     Подключение внешней памяти позволяет расширить  объем памяти МК. При отсутствии IROM использование внешней памяти обязательно. Общее число адресов, по которым производится обращение  к внутренним регистрам и ячейкам  во внутренней и внешней памяти, составляет 64 Кбайта, а у некоторых типов МК может быть увеличено до 1 Мбайта.

     Периферийные  устройства (ПУ) используются для приема и выдачи данных, событий и аналоговых сигналов, для обслуживания запросов прерываний и контроля правильности работы МК. Микроконтроллеры разных подсемейств имеют разный состав периферийных устройств. В таблице 1.1 перечислены все периферийные устройства, которые используются в МК семейства MCS-96, при этом ПУ объединены в пять функциональных групп. 
 
 

     Таблица 1.1

       

     МК  семейства MCS-96 являются синхронными цифровыми устройствами. В состав микроконтроллера входит генератор тактовых импульсов. Частота следования так товых импульсов определяется резонансной частотой внешнего кварцевого резонатора Fosc. Частота Fosc является обобщенной характеристикой быстродействия МК. У микроконтроллеров разных типов максимальное значение частоты может быть равным 10, 12, 16 или 20 МГц. 

     2.1 Состав семейства 

     В семейство MCS-96 входят микроконтроллеры, имеющие разные структурные характеристики (состав внутренних запоминающих устройств и периферийных устройств) и разные количественные характеристики (емкость запоминающих устройств, максимальная частота кварцевого резонатора и др.). МК изготавливаются по двум разным технологиям - высококачественной НМДП технологии (HMOS) и комбинированной КМДП технологии (CHMOS).

     Микроконтроллеры, изготавливаемые по одной технологии и имеющие одинаковые или близкие  структурные характеристики, но различающиеся  количественными характеристиками, объединяются в подсемейство МК. В семействе MCS-96 могут быть выделены шесть подсемейств, которые обозначаются двумя буквами латинского алфавита: BH, KB, KC, KR, NT и MC. Микроконтроллеры подсемейства BH изготавливаются по HMOS технологии, МК остальных семейств - по CHMOS технологии.

     Подсемейства делятся на типы. К одному типу принадлежат МК данного подсемейства, имеющие одинаковые количественные характеристики. Микроконтроллеры, различающиеся только наличием или отсутствием IROM, относятся к одному типу. В этом случае при наличии IROM это запоминающее устройство может быть масочным (MROM), или программируемым пользователем однократно (OTPROM), или многократно со стиранием ранее сделанной записи путем ультрафиолетового облучения кристалла через окно в корпусе микросхемы (EPROM).

     Тип МК и некоторые его характеристики приводятся на корпусе микросхемы с использованием определенной системы обозначений, например, LS87C196KC20. В таблице 1.2 приведено обозначение на корпусе МК и показано деление на поля, в скобках указаны обзначения полей для приведенного примера. 

     Таблица 1.2

 
 

     Обозначения в полях N 4 и 5 в совокупности образуют обозначение типа микроконтроллера.

     В таблице 1.3 приведены основные структурные  и количественные характеристики микроконтроллеров  всех типов семейства MCS-96. В таблице указаны:

- число  команд в системе команд (NI);

- емкость  RRAM, IROM, IRAM (в числе восьмиразрядных  регистров или ячеек памяти);

- объем  адресного пространства (AS) ( в числе  восьмиразрядных элементов);

- число  параллельных портов (P);

- наличие  (+) или отсутствие (-):

1) процессорного  порта (SLP);

2) последовательного  порта (SP);

3) синхронного  последовательного порта (SSIO);

4) блока  быстрого ввода/вывода (HSIO);

5) блока  процессоров событий (EPA);

6) аналого-цифрового  преобразователя (ADC) и числа входных каналов при его наличии;

7) широтно-импульсного  модулятора (PWM) и числа выходных  каналов при его наличии; 

8) трехфазного  генератора (WG);

9) генератора  меандра (FG);

10) сервера  периферийных транзакций (PTS);

11) детектора  падения частоты (OFD);

- максимальная  частота кварцевого резонатора (Fcr max) (в Мгц).