onetwoclick.ru
Краткий обзор 8–разрядных контроллеров.
Рассмотрим семейства наиболее распространенных 8–разрядных микроконтроллеров (МК), имеющих невысокую стоимость и пригодных для использования в изделиях различного назначения. Такие микроконтроллеры выпускает большое количество фирм.
Микроконтроллеры семейства MCS-51.
Первый контроллер 8051АН этого семейства разработала и выпустила фирма Intel в 1980 г. Микроконтроллер содержал ПЗУ объемом 4 Кбайта, ОЗУ в 128 байт, 4 порта ввода/вывода, 2 таймера и асинхронный порт. На его кристалле размещалось 128 тысяч транзисторов.частота внутренней шины составляла 1 МГц. В последующих моделях микроконтроллеров были увеличены частота внутренней шины (до 3 МГц) и объем памяти программ (8, 16 и 32 Кбайта), в состав контроллеров введены новые периферийные узлы (АЦП, сторожевой таймер и др.).
Семейство контроллеров MCS–51 выполнено на основе гарвардской архитектуры. Процессорное ядро MCS–51 оказалось настолько удачным, что в течение двух десятилетий стало по сути дела стандартом в области 8–разрядных контроллеров. В России широкое распространение получил микроконтроллер 1816ВЕ51 — аналог контроллера 8051АН. Одновременно ряд фирм (Philips, Infineon, Atmel и др.) разработал контроллеры, программно совместимые с семейством MCS–51, обладающие современными типами памяти программ и данных (Flash, EEPROM), имеющие расширенный набор периферийных модулей, работающие в широком диапазоне напряжения питания.
Микроконтроллеры фирмы Мotorоla.
Фирма Motorola обладает самой широкой в мире номенклатурой микроконтроллеров (около 300 моделей — от простейших дешевых 8–разрядных до высокопроизводительных 32–разрядных микроконтроллеров с RISC–ядром и мощной периферией), охватывающей практически все области применения. Поэтому пользователь имеет возможность выбрать для своего приложения оптимальную модель микроконтроллера, как по набору встроенных функций, так и по экономическим параметрам. Важной особенностью микроконтроллеров является их высокое качество и надежность, поскольку фирма Motorola относится к основным поставщикам военно–промышленного и аэрокосмического комплексов.
Первый МК популярного до настоящего времени семейства НС05 появился одновременно с контроллером 8051АН. При выпуске контроллеров этого семейства используется стратегия «заказных» МК, согласно которой конфигурация контроллера заказывается потребителем под конкретную продукцию. В настоящее время семейство НС05 насчитывает около 180 различных типов контроллеров, выполненных на основе принстонской архитектуры. Благодаря разнообразию периферийных модулей при неизменном и очень простом процессорном ядре НС05 перед разработчиком открываются широкие возможности по реализации различных технических решений при полном удовлетворении предъявляемых требований (высокой производительности, низкой стоимости изделия и др.) без избыточных ресурсов в архитектуре.
Позднее появились универсальные и более производительные МК (около 40 моделей) семейства НС11 как дополнение к дешевым «заказным» контроллерам семейства НС05.
Отличительными особенностями семейства НС11 являются:
? возможность выполнения операций над 16–разрядными операндами;
? дополнительные способы адресации;
? повышенная частота внутренней шины (до 4 МГц);
? три типа памяти на кристалле: однократно программируемого ПЗУ программ, статического ОЗУ данных и ПЗУ данных с электрическим способом программирования и стирания.
Представленное в конце 1990–х годов фирмой «Motorola» новое 8–разрядное семейство НС08 должно постепенно заменить МК семейства НС05 и стать новым «промышленным стандартом» 8–разрядных МК фирмы. Основные достоинства семейства НС08:
? программная совместимость «снизу вверх» с процессорным ядром семейства НС05 (на уровне исходного текста и объектных кодов);
? наличие 8–разрядного АЛУ, позволяющего повысить производительность центрального процессора НС08 в 6 раз по сравнению с процессором семейства НС05. Это стало возможным благодаря:
• повышению частоты обмена внутренней шины до 8,0 МГц;
• совмещению циклов исполнения и выборки следующей команды;
• введению специальных команд просмотра таблиц и организации циклов;
• увеличению способов адресации операндов.
? использование FLASH–технологии для ПЗУ программ пользователя. Разработаны две модели полностью идентичных МК, отличающиеся только технологией занесения информации в ПЗУ программ (maskROM или FLASH). Контроллеры с памятью программ типа FLASH позволяют реализовать режим программирования в системе, в этом режиме прикладная программа заносится в память контроллера, который стационарно расположен на плате изделия. Коды программы передаются по последовательному интерфейсу от персонального компьютера;
? наличие расширенного набора контроллеров последовательного обмена в библиотеке периферийных модулей семейства. Кроме стандартных портов асинхронного (SCI) и синхронного (SPI) обмена, разработаны контроллеры для работы в промышленных сетях с протоколом CAN и для перспективной шины вычислительной техники USВ;
? улучшены возможности отладки МК: встроенный монитор и специальный порт позволяют производить отладку прикладных программ управления непосредственно на плате конечного изделия без использования дорогостоящих схемных эмуляторов;
? использование специальных схемотехнических решений для повышения надежности работы МК в условиях электромагнитных помех.
Микроконтроллеры фирмы Microchip
Выпускаемые этой фирмой МК семейств PIC12 и PIC 16/17 (Peripheral Interface Controller) объединяют все передовые технологии микроконтроллеров: электрически программируемые пользователем ППЗУ, минимальное энергопотребление, высокую производительность, хорошо развитую RISC –архитектуру, функциональную законченность и минимальные размеры. Широкая номенклатура изделий обеспечивает использование микроконтроллеров в устройствах, предназначенных для разнообразных сфер применения.
В конце 1980–х годов фирма Microchip выпустила МК Р1С16С5х, которые основали широко распространенное ныне семейство PIC 16. Благодаря высокой производительности, малому потреблению и низкой стоимости это семейство с RISC –архитектурой составило серьезную конкуренцию выпускаемым в то время 8–разрядным МК с CISC–архитектурой. В основу концепции PIC была положена RISC –архитектура с системой простых однословных команд, выполняемых за один машинный цикл (команды перехода выполняются за два цикла). В процессе исполнения текущей команды происходит выборка из памяти следующей команды. Система команд базового семейства
PIC16C5X содержит только 33 команды. Производительность Р1С16С5х при частоте тактирования в 20 МГц составляет 5 MIPS (миллионов инструкций в секунду).
В настоящее время фирма Microchip выпускает пять семейств МК с RISC–архитектурой:
? PIC15C5X включает недорогие контроллеры с минимальным набором периферийных устройств;
? Р1С12Сххх содержит МК в миниатюрном 8–выводном корпусе со встроенным тактовым генератором и модулем 8–разрядного АЦП (для некоторых моделей);
? Р1С16х/7х/8х/9х объединяет МК с развитой периферией (таймеры–счетчики с опциями захвата/сравнения, широтно–импульсные модуляторы, аналоговые компараторы, АЦП, контроллеры последовательных интерфейсов);
? Р1С17С4х/5хх включает высокопроизводительные контроллеры с расширенной системой команд и обширной периферией. Микроконтроллеры этого семейства имеют встроенный аппаратный умножитель 8×8, выполняющий операцию умножения за один машинный цикл;
? Р1С18Сххх — новое семейство МК с оптимизированным под использование Си–компилятора с RISC –ядром и частотой внутренней шины до 10 МГц.
Контроллеры фирма Atmel
Эта фирма производит два семейства микроконтроллеров: семейство АТ89, совместимое с фактическим промышленным стандартом MCS–51, и семейство высокопроизводительных RISC
–микроконтроллеров АТ90 собственной архитектуры.
Характерной особенностью микроконтроллеров фирмы Atmel является Flash память программ, что обеспечивает быстроту программирования и уменьшение цикла разработки приложений.
Представленные в 1997 г. контроллеры семейства AVRAT90S содержат:
? мощный RISC–процессор с гарвардской архитектурой, обеспечивающей раздельный доступ к памяти программ и данных;
? АЛУ с аппаратным умножителем, 32 регистра общего назначения, параллельные порты, таймеры–счетчики, последовательные интерфейсы, АЦП, аналоговые компараторы;
? базовый набор из 120 команд, большинство которых выполняется за один машинный цикл. Производительность ряда моделей составляет 20 MIPS.
Микроконтроллеры AVR подразделяются на три серии:
? tiny AVR — МК в 8–выводном корпусе низкой стоимости;
? classic AVR— основная серия контроллеров с производительностью до 16 MIPS, имеющих Flashпамять программ объемом до 8 Кбайт и статическое ОЗУ данных 128…512 байт;
? mega AVR — МК с производительностью до 6 MIPS для сложных приложений, требующих большого объема памяти (FlashПЗУ до 128 Кбайт), ОЗУ до 4 Кбайт.
Контроллеры фирмы Scenix Semiconductor
Продукцией этой фирмы являются высокоскоростные 8–разрядные микроконтроллеры SXс внутренней Flash памятью программ объемом 2К слов. Они выполнены с использованием статической КМОП технологии, обеспечивающей работу при тактовых частотах от 0 до 50 МГц. Их производительность достигает 50 MIPS. Аппаратные периферийные устройства могут быть заменены программными модулями. Такие модули, называемые виртуальными периферийными устройствами, позволяют уменьшить число компонентов и время разработки, увеличить гибкость проектов и, в конечном счете, стоимость системы.
Контроллеры фирмы Zilog
Фирма Zilog выпускает развитое семейство универсальных микроконтроллеров Z8, а также специализированные микроконтроллеры для дистанционного управления на инфракрасных лучах, контроллеры клавиатуры/мыши, контроллеры обработки голоса, цифровые телевизионные контроллеры, контроллеры с цифровыми сигнальными процессорами (DSP) и др. Микроконтроллеры фирмы Zilog с DSP являются недорогим вариантом для целого ряда задач по обработке сигналов.
Контроллеры фирмы Holtek
Микроконтроллеры базируются на высокоэффективном RISC–подобном ядре и ориентированы на использование в качестве контроллеров вентиляторов, светильников, стиральных машин, игрушек и других устройств. Контроллеры имеют невысокую стоимость. Одной из основных отличительных особенностей ряда микроконтроллеров является наличие моделей с встроенными драйверами ЖКИ, что обеспечивает возможность построения оптимальных устройств с дисплейными функциями.
Контроллеры фирмы Analog Devices
Семейство микроконтроллеров MicroConverterMэтой формы, соединяющих модули АЦП, ЦАП и микропроцессорное ядро, совместимое с MCS–51™ с Flash–памятью программ, представляет собой идеальное решение для полноценных систем сбора данных.
