Analog/Digital processing with microcontrollers

Katausky John, Horden Ira, Smith Lionel

Микроконтроллеры быстро становятся магистралью кремния вычислительные системы. С технической точки зрения наиболее значительный атрибут, кроме включения оперативной памяти и ROM, который выделяет микроконтроллер от микропроцессора, является манипуляцией ввода - вывода. Вообще, манипуляция ввода - вывода - близкая часть архитектуры микроконтроллера. Набор команд и архитектура микроконтроллера позволяют центральному процессору непосредственно управлять средствами ввода - вывода на устройстве. Это находится на прямом контрасте по отношению к микропроцессору, где ввод - вывод - по существу "море" адресов, и это до аппаратного проектировщика, чтобы поместить некоторый тип аппаратных средств ввода - вывода в этом вводе - выводе "море". Должно быть очевидно, что просто добавление ROM и оперативной памяти на микропроцессор НЕ будет создавать микроконтроллер.

Этот близкий контакт с вводом - выводом дает микроконтроллеру явное преимущество по микропроцессору в приложениях, которые являются интенсивным вводом - выводом. Микроконтроллеры могут проверить, установить, дополнить, или очистить штырьки порта ввода - вывода намного быстрее чем микропроцессор, и они могут также принять решения, основанные на других аппаратных особенностей, таких как счетчик времени, с равной скоростью. Эта интеграция ввода - вывода, и в аппаратных средствах и в программном обеспечении делает микроконтроллер "идеалом" для многих типов интеллектуального оснащения аппаратурой.

§ Конверсионные методики

Последовательное приближение, аналоговое цифровому преобразованию, вовлекает "двоичный поиск" неизвестного напряжения относительно "установленной" известной справочной информации. Справочная информация выборочно разделена на два пункта, пока желательная точность не достигнута (рис. 1), блок-схема последовательного конвертера приближения. Эта методика обычно требует, чтобы цифро-аналоговый конвертер разделил опорное напряжение и компаратор напряжения, чтобы сравнить неизвестное напряжение с "разделенной" опорной. Цифро-аналоговые конвертеры и компараторы напряжения доступны и относительно недороги. Блок-схеме 8051, основанных А/Ц конвертер, показывают на рис. 2.

Рисунок 1 — Последовательный конверсионный алгоритм приближения

Многие индустриальные A/Ц конвертеры требуют 12 битов точности. Конвертер на 12 битов обеспечивает хороший "динамический диапазон" и способен к решению 1 части в 4096. Если прикладные диапазоны входного напряжения от 0 до 10 В, конвертер на 12 битов может решить 2.4 милливольта в пределах этого диапазона. Теоретическая точность конвертера на 12 битов составляет.024% +/-1/2 наименьший значащий бит.

Рисунок 2 — Блок-схема или последовательное приближение A/Ц конвертерa

Мощность 8051 в этом типе приложения лучше всего показана, исследуя программное обеспечение, требуемое осуществить последовательный алгоритм приближения. Подпрограмма для 8051 показана в Таблице 1.

Таблица 1 — Последовательная подпрограмма приближения для 8051

Данные о времени выполнения принимает кристалл на 12 Мгц. Сравните это со следующей подпрограммой для Z-80 на 4 мгц, которая выполненяет тот же самый алгоритм что и цифро-аналоговое аппаратное средство, прикрепленным порту ввода - вывода, показано в Таблице 2 (предположите, что все биты на P0RT3 заземлены, кроме ввода компаратора).

Таблица 2 — Последовательная подпрограмма приближения для Z-80

Можно утверждать, что "управлением памятью" ввод - вывод Z-80-ых держит в строевой стойке, время выполнения могло быть увеличено, потому что пользователь мог использовать в своих интересах НАБОР Z-80-ых и СБРОСИТЬ команды BIT памяти. В действительности, несколько байтов памяти сохранены, но очень немного времени!. Это - то, потому что ориентированные команды BIT памяти Z-80-ых являются ОЧЕНЬ медленными, требуя между 3 и 5 микросекундами с тактовым генератором на 4 мгц!

Нельзя сказать, что Z-80 невероятный 8-битовый процессор. Слабость - это решения (то есть. ПЕРЕХОДЫ), не может быть сделан непосредственно на основе данного штырька ввода - вывода. КОМАНДЫ ПЕРЕХОДА, на большинстве процессоров, сделаны на основе флажков - после некоторого типа логической или арифметической операции! Это означает, что информация должна быть перемещена к внутреннему регистру центрального процессора прежде, чем решение сможет быть принято. Это "перемещение" информации назад и вперед между внутренними регистрами и вводом - выводом делает микропроцессор весьма неэффективным, относительно микроконтроллера, когда манипуляция ввода - вывода вовлечена. Отметьте, что с 8051 алгоритмом никогда не "перемещает" данные от одного местоположения до другого - это непосредственно устанавливает, проверяет, и очищает биты. Эта характеристика дает 8051 свое отличное преимущество выполнения.

Другая сильная сторона 8051 в этом типе приложения, имеет отношение с фактом, что штырьки порта ввода - вывода могут быть установлены, очищены, дополнены, и проверены с той же самой скоростью, на которую может действовать микропроцессор, это - внутренние регистры. Отметьте, что эти 8051 берут только 1 микросекунду, чтобы выбрать код операции и установить, или - очищают штырек порта. Микропроцессор должен сначала выбрать и декодировать код операции, затем поместить соответствующий ввод - вывод или адрес памяти на шине, затем выполнить необходимую операцию. Вся эта "коммуникация" по шине микропроцессора значительно замедляет микропроцессор.