Занимательно о микроконтроллерах

В зависимости от стоимости и габаритов устройства, которым требуется управлять, определяются и требования к контроллеру. Если объект управления занимает десятки квадратных метров, как, например, автоматические телефонные станции, базовые станции сотовых систем связи или радиорелейные линии связи, то в качестве контроллеров можно использовать универсальные компьютеры. Управление при этом можно осуществлять через их встроенные порты компьютера: LPT, COM, USB или ETHERNET. В оперативную память таких компьютеров при включении питания заносится управляющая программа, которая и превращает универсальный компьютер в контроллер.

Использование универсального компьютера в качестве контроллера позволяет в кратчайшие сроки производить разработку новых систем связи, легко их модернизировать (путем простой смены программы), а так- также использовать готовые, выпускаемые крупными сериями (а значит, дешевые) блоки. Однако контроллеры требуются не только для больших систем, но и для малогабаритных радиоэлектронных устройств, таких как радиоприемники, радиостанции, магнитофоны или сотовые телефонные аппараты.

В малогабаритных устройствах предъявляются жесткие требования к стоимости, габаритам и температурному диапазону работы контроллеров. Этим требованиям не могут удовлетворить даже промышленные варианты универсального компьютера. Приходится вести разработку контроллеров на основе однокристальных ЭВМ, которые получили название микроконтроллеры.

Контроллеры требуются практически во всех предметах и устройствах, которые окружают нас. В качестве примера на рис. 1.5 показаны узлы автомобиля, в которых применяются микроконтроллеры.

Рис. 1.5.Узлы автомобиля, в которых применяются микроконтроллеры

Автомобильная и носимая радиостанции, в которых тоже применяются однокристальные микроконтроллеры, показаны на рис. 1.6 и 1.7.

Рис. 1.6.Автомобильная радиостанция с применением микроконтроллеров

Рис. 1.7. Носимая радиостанция с применением микроконтроллеров

Как выглядит носимая радиостанция внутри, показывает фотография, приведенная на рис. 1.8. Практически во всех узлах радиостанции используются микроконтроллеры.

Рис. 1.8.Печатная плата приемопередатчика носимой радиостанции

Наиболее распространенными в настоящее время являются микроконтроллеры семейства MCS-51. Они выпускаются рядом фирм — производителей микросхем. Не менее распространенными в мире, но не в России являются микроконтроллеры фирмы Motorola. Это такие семейства 8-разрядных микроконтроллеров, как НС05, НС07, HC11 и многие другие. Пожалуй, не менее популярными являются микроконтроллеры AVR фирмы Atmel. Одно перечисление семейств микроконтроллеров может занять несколько страниц текста, поэтому ограничимся приведенным перечнем.

Сигнальные процессоры

Сигнальные процессоры, как следует из названия, предназначены для обработки сигналов. Важнейшей их задачей является реализация частотной фильтрации входного сигнала. При реализации этого алгоритма требуется обеспечить максимальное быстродействие. Для данного класса микропроцессоров потребление энергии часто не является определяющим требованием.

Анализ алгоритмов цифровой обработки сигналов показывает, что основной вклад в вычислительные затраты вносит умножение отсчетов входного сигнала на весовые коэффициенты. Поэтому основным блоком для сигнального процессора является аппаратный умножитель.

Еще одной особенностью выполнения алгоритма фильтрации является возможная потеря точности при многократном суммировании результатов перемножения. Поэтому обычно в сигнальных процессорах используются многоразрядные перемножители, сумматоры и соответствующие им многоразрядные регистры-аккумуляторы. Обычно разрядность таких сумматоров составляет сорок двоичных разрядов.

При выполнении любого циклического алгоритма, а к этой категории, несомненно, относятся алгоритмы цифровой фильтрации, значительное время расходуется на организацию самого цикла. Требуется изменение счетчика циклов, проверка содержимого счетчика на равенство заданному значению, изменение содержимого указателей на текущий адрес памяти отсчетов сигнала цифрового фильтра и на текущий адрес памяти коэффициентов.

Внутренняя структура сигнальных процессоров построена так, что все перечисленные задачи выполняются за один машинный такт. Это позволяет значительно повысить алгоритмическое быстродействие сигнальных процессоров. Именно наличие модулей умножения с накоплением вместе с аппаратной поддержкой циклического выполнения алгоритма позволяет отнести микропроцессор к классу сигнальных процессоров.