ЕОМ - СУМІСНИЙ УНІВЕРСАЛЬНИЙ ПРОГРАМАТОР ДЛЯ RISC – КОНТРОЛЕРІВ
Науковий керівник: к. т.н., доцент Огнєвий О. В.
Хмельницький національний університет
Використання мікропроцесорів та мікроЕОМ у складі промислового обладнання забезпечує зниження на порядок їх вартості в порівнянні із системами на елементах малого й середнього ступеня інтеграції, які реалізують аналогічні функції. Одночасно досягається різке зменшення маси й габаритних розмірів, а також енергоспоживання системи.
У мікроелектроніці великий розвиток отримав напрямок, пов'язаний із випуском однокристальних мікроконтролерів, які призначені для "інтелектуалізації" обладнання різноманітного призначення. Однокристальні мікроконтролери представляють собою прилади, конструктивно виконані у вигляді ВІС і включають у себе всі складові частини мікроЕОМ: мікропроцесор, ОЗП, ПЗП, а також програмовані інтерфейсні схеми для зв’язку із зовнішнім середовищем. Використання мікроконтролерів у системах керування забезпечує досягнення виключно високих показників ефективності при настільки низькій вартості (в багатьох застосуваннях система може складатись тільки з однієї ВІС мікроконтролера), що мікроконтролерам, можливо, немає розумної альтернативної елементної бази для побудови керуючих і регулюючих систем, і в майбутньому мікроконтролери будуть знаходити все більше й більше використання [1].
За останні роки в мікроелектроніці бурхливий розвиток одержав напрямок, пов'язаний з випуском однокристальних мікроконтролерів, які призначені для "інтелектуалізації" устаткування різного призначення. Однокристальні (однокорпусні) мікроконтролери являють собою пристрої, конструктивно виконані у вигляді ВІС і всі включаючи в себе складові частини мікро-ЕОМ: мікропроцесор, пам'ять програм і пам'ять даних, а також програмувальні інтерфейсні схеми для зв'язку із зовнішнім середовищем.
Однокристальні мікроконтролери знаходять широке застосування в різних сферах: від вимірювальних приладів, фотоапаратів, принтерів, сканерів та копіювальних пристроїв до виробів електронних розваг та все можливої домашньої техніки. Використання мікроконтролерів у системах керування забезпечує досягнення винятково високих показників ефективності при настільки низькій вартості [2].
Програмне забезпечення для мікроконтролерів повино бути, як мінімум, доступним і, як максимум, безкоштовним. На жаль, деякі фірми, що виготовляють унікальні по параметрах мікроконтролери, засекречують то програматори, то драйвери, то компілятори, то документацію. Точніше, "секрети" моментально зникають, якщо заплатити гроші (часом не малі). Однак це різко звужує сферу застосування, адже, чим менше користувачів працюють із подібними мікроконтролерами, тим менше реклами й менше прикладів електричних схем і програм для повторення.
Тепер зрозуміло, чому на сьогоднішній день найбільш популярними серед радіоаматорів як і раніше залишаються восьмирозрядні мікроконтролери сімейств AVR. Порівняно низькі ціни, доступність на ринку, гарні технічні показники, наявність мікросхем в DІP-корпусі, безліч підручників і прикладів - от запорука успіху.
Завдяки непоганому співвідношенню ціна-якість RISC - мікроконтролери сімейства PIC фірми MicroChip та AVR фірми Atmel мають заслужену популярність. Можливість їхнього програмування по послідовному інтерфейсі дозволяє використовувати дуже прості програматори, апаратна частина яких, підключається до порту LPT або СОМ комп'ютера, містить в основному буферні елементи, котрі согласують рівні сигналів на виводах порту й мікроконтролера. Всі необхідні алгоритми реалізує працююча на комп'ютері керуюча програма.
Здавалося б, це найпростіший і кращий варіант. Але це не так просто. Основне призначення порту СОМ - зв'язок із зовнішніми пристроями (наприклад, модемом) по інтерфейсі RS-232, а порту LPT - взаємодія комп'ютера із принтером. Програмне керування рівнями на окремих лініях цих портів хоча й можливо, але не відноситься до стандартних завдань, коректне виконання яких розробники комп'ютерів і операційних систем зобов'язані гарантувати. У багатьох сучасних операційних системах пряме звернення користувальницьких програм до портів комп'ютера просто заборонено, програмісти змушені прибігати до всіляких хитрощей, щоб обійти заборону.
Крім того, стандартна апаратно-програмна організація сучасного персонального комп'ютера, навіть оснащеного самими швидкодіючими процесором і ОЗП, не дозволяє точно формувати інтервали часу коротше декількох сотень мілісекунд. А для програмування сучасних мікроконтролерів потрібні імпульси тривалістю в одиниці мікросекунд і менше. Тому гарантувати коректну роботу простих програматорів на всіх без винятку комп'ютерах неможливо. Та й близький той день, коли порти LPT і СОМ зовсім зникнуть із комп'ютерів. Працювати ж через перетворювач USB/COM найпростіші програматори не зможуть.
Є ще одна важлива сторона проблеми. У каталог мікроконтролерів AVR, випущений в 1997 р. фірмою Atmel, були включені всього чотири прилади цього класу. В 2002 р. їх стало вже 18, а в 2006 р. - 48! Розробники програмного забезпечення саморобних програматорів просто не в силах вчасно вводити в нього коректну підтримку програмування всіх нових мікроконтролерів. Для цього як мінімум потрібно мати у своєму розпорядженні хоча б по одному екземплярі кожного типу й достатню кількість вільного часу.
Навіть ті радіоаматори, яких цілком улаштовують можливості морально застарілих мікроконтролерів, можуть опинитися в складній ситуації. Наприклад, прилади серії AT90S уже зняті з виробництва. На зміну їм прийшли серії ATtіny і ATmega із трохи іншими алгоритмами програмування.
Пропонується програматор (рис.1) - спрощений і перероблений аналог випуска фірмою Atmel внутрісхемного программатора AVRІSР. З нього виключені елементи захисту від статичної електрики (у серйозних випадках вони однаково не допомагають), а перетворювачі рівнів сигналів інтерфейсу RS-232 у сумісні з мікросхемами ТТЛ виконані на спеціалізованій мікросхемі.
Рисунок 1- Структурна схема програматора
На відміну від прототипу, програматор дозволяє програмувати мікроконтролери не тільки внутрисхемно, але й у панелі програматора.
Підтримуються всі мікроконтролери семейств PIC, AVR, що випускають сьогодні, з можливістю послідовного програмування. Керуюча програма - складова частина фірмового інтегрованого середовища розробки AVR Studіo. Вона постійно обновляється і остання версія завжди вільно доступна на на сайтах в інтернеті.
Зв'язок програматора з комп'ютером – через послідовний порт СОМ або USB.
Література
1. Ю. І.Якименко, , Є. І.Сокол, ,
. Мікропроцесорна техніка. - К.: ІВЦ “Видавництво «Політехніка»”, 2004.-440с.
2. , ,
Одноплатні мікроконтролери. Проектування та застосування. – К.: “МК-Прес”, 2005.-304с.
