Задумывая книгу по этой тематике, автор ставил перед собой задачу дать читателю базовые знания в области разработки небольших встроенных систем на базе микроконтроллеров, а не просто рассказать об архитектуре ЭВМ в традиционном понимании этого слова на примере микроконтроллеров. Будем надеяться, что подобный подход даст читателю уверенность в том, что даже на таком начальном уровне он сможет разработать, изготовить и запрограммировать полностью готовую рабочую встроенную систему.
Учитывая практический характер излагаемого материала, для его иллюстрации используется реально существующее аппаратное и программное обеспечение. Основную долю на рынке занимают устройства, оперирующие 8-битными данными (хотя имеются как 4-, так и 16-битные устройства), во многом схожие с первыми микропроцессорами и кардинальным образом отличающиеся от современной «тяжелой артиллерии» в лице микропроцессоров Intel Pentium и Power PC. В отличие от последних, сущностью микроконтроллера является высокая степень системной интеграции при низкой стоимости. Суммарная вычислительная мощность системы может быть увеличена путем распределения процессоров по системе. Так, в каждом сочленении манипулятора робота может использоваться свой микроконтроллер, выполняющий простые локальные операции и обменивающийся данными с более мощным процессором,‘определяющим функционирование всего робота.
При выборе конечной архитектуры принимались во внимание ее популярность на коммерческом рынке, доступность и наличие недорогого ПО для разработки. В итоге выбор был сделан в пользу микроконтроллеров фирмы Microchip— одного из наиболее популярных семейств, использующихся при изучении микроконтроллеров/микропроцессоров на самых разных этапах учебного процесса, начиная со старших классов школы и заканчивая университетом. Освоение микроконтроллеров этой фирмы, в частности, облегчается небольшим набором команд и относительно простой передовой архитектурой. Помимо использования в промышленности и образовательном процессе, микроконтроллеры семейства PIC® применяются в большинстве любительских устройств, в чем можно убедиться, открыв любой журнал, посвященный радиолюбительству.
Компания Microchip Inc. — относительно молодой игрок на рынке микроконтроллеров, на который она вышла в 1989 году после разработки нового семейства микроконтроллеров с гарвардской архитектурой. К концу 1999 года компания Microchip была уже вторым по величине производителем 8-битных микроконтроллеров, уступая только компании Motorola.
Книга, которую вы держите в руках, состоит из трех частей. В первой части излагаются основы цифровой схемотехники, математической логики и архитектуры вычислительных систем. Приведенных сведений будет достаточно для понимания вопросов, рассматриваемых в остальных двух частях книги. Наличие в книге информации такого рода позволяет обойтись без изучения дополнительной литературы.
Вторая часть книги посвящена главным образом различным аспектам программирования PIC-микроконтроллеров среднего уровня: набор команд, написание. программ на ассемблере и языке высокого уровня (Си), поддержка подпрограмм и прерываний. Несмотря на то что при изложении материала используется линейка 14-битных моделей, рассмотренные принципы и архитектура справедливы как для 12-битных, так и для 16-битных[4] представителей семейства.
В третьей части изучаются аппаратные аспекты взаимодействия микроконтроллера с окружающим миром, а также обработки прерываний. Разумеется, параллельно продолжается изучение аппаратных и программных средств микроконтроллера. Рассматриваются такие вопросы, как параллельный и последовательный ввод/вывод данных, формирование сигналов и измерение их временных параметров, обработка аналоговых сигналов и использование EEPROM. В заключение рассматривается процесс разработки реального устройства, позволяющий объединить разрозненные знания, полученные при чтении книги, в одно целое. На этом примере также демонстрируются простейшие методики отладки и тестирования, применяемые при разработке реальных устройств.
4
Здесь имеется в виду не размер данных, которыми оперирует микроконтроллер, а число битов, использующихся для записи слова команды. —