Обзор контроллеровКраткий 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 и EEPROM), имеющие расширенный набор периферийных модулей, работающие в широком диапазоне напряжения питания.

Микроконтроллеры фирмы Мotola. 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 PIC16/17 (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 PIC16. 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 8x8, 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 AVR AT90S 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 Flash память 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 (Flash ПЗУ до 128 Кбайт), ОЗУ до 4 Кбайт.

Контроллеры фирмы ScenixSemiconductor. Продукцией этой фир­мы являются высокоскоростные 8–разрядные микроконтроллеры SX с 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 MicroConverterM этой 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.


Рекомендуйте эту статью другим!



прерываний в микропроцессорных
нояб 04, 2015 2811

Организация прерываний в микропроцессорных системах

Прерывание в микропроцессорах (interruption) — это событие, вызывающее прекращение…
нояб 17, 2012 9763

Режимы глухого заземления нейтрали в сетях низшего напряжения (0,4 кВ)

Полная реконструкция технологических установок промышленных предприятий, включающая…
Вихревые токи 1
авг 04, 2014 5935

Вихревые токи

В электрических устройствах, приборах, машинах металлические детали способны иногда…
Реклоузеры 4
авг 30, 2015 10482

Реклоузеры - применение, достоинства и недостатки, разновидности

Реклоузер - устройство автоматического управления и защиты воздушных ЛЭП на основе…
Элегазовые высоковольтные выключатели
дек 22, 2013 3140

Элегазовые высоковольтные выключатели

В элегазовых выключателях роль дугогасящей среды выполняет элегаз (гексафторид серы SF6).…