Конспект лекций Часть 2 Челябинск 2015

Цифровые сигнальные процессоры (ЦСП, DSP) представляют класс 
специализированных микропроцессоров, ориентированных на цифровую 
обработку входных аналоговых сигналов. Специфической особенностью 
алгоритмов 
обработки 
аналоговых 
сигналов 
является 
необходимость 
последовательного выполнения ряда команд умножения-сложения с накоплением 
промежуточного результата в регистре-аккумуляторе. Поэтому архитектура ЦПС 
ориентирована на реализацию быстрого выполнения операций такого рода. Набор 
команд этих процессоров содержит специальные команды MAC (Multiplication 
with Accumlation), реализующие эти операции. Значение аналогового сигнала 
может быть представлено в виде числа с фиксированной или с «плавающей» 
точкой. В соответствии с этим ЦСП делятся на процессоры, обрабатывающие 
числа с фиксированной или плавающей точкой. Более простые и дешевые ЦСП с 
фиксированной точкой обычно обрабатывают 16-разрядные операнды, 
представленные в виде правильной дроби. Однако ограниченная разрядность в 
ряде случаев не позволяет обеспечить необходимую точность преобразования. 
Наиболее высокая точность обработки обеспечивается в случае представления 
данных в формате с «плавающей» точкой. В ЦСП, обрабатывающих данные с 
«плавающей» точкой, обычно используется 32-разрядный формат их 
представления. Для повышения производительности при выполнении 
специфических операций обработки сигналов в большинстве ЦСП реализуется 
Гарвардская архитектура с использованием нескольких шин для передачи 
адресов, команд и данных. В ряде ЦСП нашли применение также совмещение в 
одной команде нескольких операций, обеспечивающих обработку имеющихся 
данных и одновременную загрузку в исполнительный конвейер новых данных
для последующей обработки. 
Наиболее распространенным представителем семейства микроконтроллеров 
являются 8-разрядные приборы, широко используемые в промышленности, 
бытовой и компьютерной технике благодаря низкой стоимости и простоты 
применения для несложных задач. Современные 8-разрядные микроконтроллеры 
обладают рядом отличительных признаков: 
• модульная организация, при которой на базе одного процессорного ядра 
проектируется ряд (линейка) микроконтроллеров, различающихся объемом 

---

53 
памяти программ, объемом памяти данных, набором периферийных 
модулей, частотой синхронизации – такая организация позволяет снизить 
затраты на проектирование новых типов микроконтроллеров на базе 
существующей 
линейки 
и 
упростить 
программирование 
микроконтроллеров, имеющих сходную реализацию отдельных узлов; 
• использование закрытой архитектуры, которая характеризуется отсутствием 
линий магистралей адреса и данных на выводах корпуса микроконтроллера 
– микроконтроллер представляет собой законченную систему обработки 
данных, 
наращивание 
возможностей 
которой 
с 
использованием 
параллельных магистралей адреса и данных не предполагается; 
• использование типовых функциональных периферийных модулей (таймеры, 
контроллеры 
последовательных 
интерфейсов, 
аналого-цифровые 
преобразователи 
широтно-импульсные 
модуляторы), 
имеющих 
незначительные отличия в алгоритмах работы в микроконтроллерах 
различных производителей; 
• расширение числа режимов работы периферийных модулей, которые 
задаются в процессе инициализации регистров специального назначения 
микроконтроллера. 
При модульном принципе построения все микроконтроллеры одного 
семейства 
содержат 
одинаковое 
процессорное 
ядро 
и 
изменяемый 
функциональный блок, который отличает микроконтроллеры разных моделей. 
Структура модульного микроконтроллера приведена на рис. 30. 
Рис. 30. Модульная организация микроконтроллера 
Основным операционным узлом микроконтроллера является центральный 
процессор, осуществляющий выполнение команд программы.
Схема синхронизации получает сигнал с генератора тактовых импульсов и 
тактирует работу всех узлов микроконтроллера, определяя его быстродействие. 
Схема управления согласует работу центрального процессора и других 
функциональных блоков. 
В качестве генератора тактовых импульсов (ГТИ) может использоваться 
внешний или внутренний RC-генератор, высокочастотный или низкочастотный 
(часовой) кварцевый резонатор или импульсный сигнал частоты. Некоторые 

---

54 
семейства микроконтроллеров имеют возможность выбора своего источника 
тактового сигнала для отдельных функциональных блоков. 
Постоянное запоминающее устройство служит для хранения кода программ, 
загружаемых в микроконтроллер, может быть однократно программируемым или 
электрически перепрограммируемым, чаще всего организовано на основе FLASH-
памяти. 
Оперативное запоминающее устройство используется для хранения данных 
программы и чаще всего представляет собой набор регистров. Все регистры 
микроконтроллера делятся, как правило, на регистры специального назначения, 
отвечающие 
за 
конфигурацию 
и 
работу 
функциональных 
блоков 
микроконтроллера, и регистры общего назначения, которые могут использоваться 
по усмотрению программиста. Все регистры специального назначения имеют 
фиксированные имена и адреса для каждого типа микроконтроллера. Кроме того, 
фиксируются назначения битов в каждом регистре специального назначения. Как 
правило, конфигурация функциональных модулей для микроконтроллеров внутри 
одного семейства производится аналогично. Часто регистровую память 
микроконтроллера разделяют на несколько массивов одинакового размера, 
называемых банками памяти. Обращение к регистру в определенном банке 
памяти аналогично обращению в запоминающих устройствах с трехкоординатной 
структурой. 
Порт ввода-вывода – логическое объединение сигнальных линий, через 
которое принимаются и отправляются данные. Как правило, порт ввода-вывода 
включает 8 сигнальных линий. Управление сигнальными линиями порта ввода-
вывода производится при помощи определенных регистров специального 
назначения. Большинство линий портов ввода-вывода могут быть индивидуально 
сконфигурированы как вход или как выход в зависимости реализации внешней 
схемы. К линиям портов ввода-вывода могут быть подключены различные органы 
управления (чаще всего – тумблеры, переключатели, кнопки, элементы 
индикации). 
Таймер микроконтроллеров представляет собой двоичный счетчик, 
получающий входной сигнал с генератора тактовых импульсов. При известной 
частоте генератора и разрядности таймера можно однозначно определить период 
счета таймера (время перебора всех двоичных состояний), а также период 
изменения состояния таймера. Таймер часто используется для реализации 
временных задержек в системах управления, организации временных циклов 
опроса. С помощью таймера возможно осуществить управление процессами в 
реальном времени. 
Наличие дополнительных модулей позволяет существенно расширить сферу 
применения 
микроконтроллера 
и 
упростить 
его 
программирование. 
Дополнительные модули включают аналого-цифровые преобразователи и 
аналоговые компараторы, используемые для анализа сигналов с различных 
датчиков, широтно-импульсные модуляторы, часто используемые для управления 
двигателями, различные интерфейсы связи, позволяющие реализовать обмен 
данными между устройствами, либо между компьютером и устройством. 

---

55 
Большинство микроконтроллеров также имеет вывод внешнего сброса, 
используемый при занесении программы в микроконтроллер. 
Чтобы заставить микроконтроллер выполнять то, что мы хотим нужно 
написать программу для него. Это можно делать на разных языках 
программирования, но чаще всего используются ассемблер и Си. В итоге 
требуется получить файл c расширением .hex (файл прошивки), который и 
записывается в микроконтроллер.
Вся информация (электрические параметры, габариты, особенности 
программирования и т.д.) о микроконтроллерах находится в специальных 
документах-описаниях (Data Sheet), которые являются своеобразными 
подробными руководствами для применения микросхем и других электронных 
приборов, которые обычно можно бесплатно скачивать с сайтов производителей, 
или со специализированных сайтов.
Еще одна нужная вещь – это замечания по применению (Application Note). Эти 
документы создают производители микроконтроллеров. В них описывается 
практическое применение микроконтроллеров, приведены схемы устройств, 
прошивки, описание работы устройства. 
Все программное обеспечение, требуемое для работы с микроконтроллерами 
можно разделить на: 
• компиляторы и ассемблеры – переводят программу, написанную на языке 
высокого или низкого уровня в файл прошивки с расширением .hex; 
• отладчики – позволяют проанализировать результат выполнения программы 
на различных этапах; 
• программаторы – позволяют загрузить (прошить) файл .hex в 
микроконтроллер. 
Для моделирования работы программы микроконтроллера существуют 
симуляторы и эмуляторы. В этих программах инженеры рисуют схему 
устройства, указывают пути к файлам прошивки и анализируют работу 
устройства по результатам моделирования. Такое виртуальное моделирование 
значительно ускоряет и облегчает процесс написания программ.
В некоторых компиляторах присутствуют отладчики (Debugger), в которых 
все не так наглядно, но зато найти ошибки в программе гораздо проще. Эти 
возможности комбинируются в разных средствах разработки. 
Отладчики можно разделить на симуляторы и эмуляторы.