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!



Особенности нового ГОСТа по качеству электроэнергии
июнь 16, 2014 4347

Особенности нового ГОСТа по качеству электроэнергии

С начала 2013 года вступил в действие обновлённый стандарт качества ГОСТ Р 54149, в…
рис. 1.141
окт 17, 2016 736

Влияние различных факторов на выходное напряжение операционного усилителя

При практическом использовании операционного усилителя необходимо учитывать, что…
dif1
апр 03, 2017 1914

Дифференциальная защита, диф реле, принцип работы, применение

Дифференциальная защита - одна из самых быстродействующих. Для нее не требуется выдержки…
Последовательный обмен
нояб 11, 2015 1611

Способы и методы последовательного обмена

Принципы обмена. Последовательный обмен (ввод–вывод данных), когда байт данных передается…