Принципы использования микропроцессорной техники. Принципы использования микропроцессоров. Принципы использования микропроцессоров в информационноизмерительных системах
 Скачать 141.5 Kb.
|
|
Таблица 7.3. Микроконтроллеры семейства MCS-251
Для пользователей, ориентированных на применение микроконтроллеров MCS-251 в качестве механической замены MCS-51 фирма Intel выпускает микроконтроллеры MCS-251 с уже запрограммированными битами конфигурации в состоянии Binary Mode. Такие микроконтроллеры получили индекс MCS-151. В настоящее время Intel, устремленная на рынок Pentium-процессоров, сворачивает производство кристаллов MCS-51. Микроконтроллеры фирмы PHILIPS.Фирму Philips назвать чемпионом по количеству выпускаемых ею модификаций семейства 8051 - их более 100. В состав семейства 8051 от Philips входят микроконтроллеры в корпусах от 24 до 80 выводов, тактовыми частотами до 40МГц и напряжением питания от 1,8 В. Во всех микроконтроллерах Philips используется стандартное ядро MCS-51, поэтому все временные и функциональные характеристики полностью соответствуют характеристикам микроконтроллеров фирмы Intel. Фирма Philips значительные усилия направила на интегрирование широкого спектра периферийных устройств на базе ядра 8051. Основные элементы периферии Philips: АЦП с точностью преобразования 10 разрядов; широтно-импульсные модуляторы; массивы программируемых счетчиков-таймеров; интерфейсы I2C, CAN; интерфейсы с процессорными шинами; EEPROM и FLASH на кристалле; специализированная периферия для телевизионной, видео и аудио техники. Новыми возможностями кристаллов фирмы являются: максимальная тактовая частота кристаллов увеличена до 33 МГц; расширен диапазон напряжения питания от 2,7 до 5,5 В.; количество аппаратных уровней прерываний увеличено до 4-х; во все кристаллы введена функция программируемого clock-out; UART заменен на улучшенный; добавлена функция снижения электромагнитных помех; добавлен второй DPTR; потребление энергии для питания микроконтроллера снижено на 50%. В сочетании с 3-х вольтовым питанием это может дать экономию до 75% по сравнению с предыдущими образцами; снижена цена на 30%. Фактически такие новые возможности дают второе рождение старым кристаллам. Проблема для разработчика, однако, состоит в том, что маркировка микроконтроллеров после модернизации не изменилась, из-за чего возможна путаница между старыми и новыми модификациями. Кроме того фирма Philips выпустила группу микроконтроллеров, названную RX+. По сути это дальнейшее развитие группы FX, в которой расширен объем внутреннего ОЗУ (512 байт, 1Кбайт) и программной памяти (до 64К). Группа RX+ обладает также всеми возможностями, предоставляемыми технологией В 1997 годы фирма Philips взяла курс на развитие FLASH технологии в производстве микроконтроллеров. Отчасти это вызвано высокими технологическими возможностями Philips, отчасти успехами конкурентов, в первую очередь Atmel. Несмотря на то, что FLASH память дороже в производстве, чем EPROM, в конечном итоге для фирмы дешевле будет поддерживать единый технологический процесс. Микроконтроллеры фирмы Atmel. Основанная в 1984 году, фирма Atmel Corp., США – прогрессивная компания, выпускающая сложные изделия современной микроэлектроники; один из признанных мировых лидеров в производстве широкого спектра устройств энергонезависимой памяти высокого быстродействия и минимального удельного энергопотребления, микроконтроллеров общего назначения и микросхем программируемой логики от простейших устройств PAL и GAL до микросхем СБИС CPLD и FPGA. Практически все базовые кристаллы промышленного стандарта MCS51 фирмы Intel успешно заменены прямыми аналогами семейства AT89 фирмы Atmel. Эти скоростные, полностью статические 8-разрядные КМОП микроконтроллеры с многократно модифицируемой Flash-памятью программ, низким энергопотреблением и широким диапазоном допустимых напряжений питания, аппаратно и программно совместимы с соответствующими микроконтроллерами Intel и пользуются популярностью у разработчиков и производителей электронной аппаратуры. Однако заслугой фирмы является создание нового семейства высокопроизводительных 8-разрядных RISC (Reduced Instruction Set Computers) микроконтроллеров общего назначения, объединенных общей маркой AVR. Замысел создания AVR родился в исследовательском центре Atmel в Норвегии. Группа разработчиков (инициалы некоторых из них сформировали марку "AVR": Alf Bogen/Vergard Wollan/Risc architecture) предложила ряд идей, которые легли в основу концепции AVR-микроконтроллеров: Использовать новейшую, наиболее скоростную и экономичную КМОП технологию фирмы Atmel в сочетании с RISC архитектурой для разработки и производства быстрых 8-разрядных микроконтроллеров, сравнимых с 16-разрядными микропроцессорами и микроконтроллерами по производительности и превосходящих микросхемы стандартной КМОП логики по скорости. Ожидаемая производительность - до 20 MIPS на частоте 20 МГц, что всего на 30% меньше, чем у Intel KU80386EXTC-25 при операциях типа "регистр-регистр". Время выполнения короткой команды на такой частоте составляет 50 нс; Разрабатывать архитектуру и систему команд AVR в теснейшем согласии с принципами языка Си так, чтобы аппаратная часть нового микроконтроллера и его система команд были неотъемлемыми частями одного целого и использовались с максимальным к.п.д. В 1990-е годы языки программирования высокого уровня стали стандартным инструментом при создании программного обеспечения для встраиваемых микроконтроллеров. Существенно сокращается время разработки проектов и, соответственно, снижается их стоимость, а также облегчается создание универсальных средств поддержки разработок. Система команд AVR разрабатывалась при непосредственном участии экспертов по языку Си и учитывает все основные особенности стандарта ANSI C. Функционально расширить микроконтроллер возможностью программирования в системе (ISP) путем объединения Flash-технологии фирмы Atmel со стандартным скоростным последовательным интерфейсом (SPI). Это позволяет многократно модифицировать программу не только с помощью обычного программатора, но и непосредственно в системе, в конечном устройстве пользователя. При этом не требуется вводить никаких дополнительных аппаратных узлов и вспомогательных источников питания. Результатом явилось появление нового, очень дешевого, скоростного, легкого в освоении и использовании семейства AT90S 8-разрядных микроконтроллеров марки AVR. Они представляют собой мощный инструмент, базу для создания современных высокопроизводительных и экономичных контроллеров многоцелевого назначения. Так, например, AVR используются в изделиях класса Smart Card для персональных компьютеров, в спутниковых навигационных системах для определения местоположения автомобилей на трассе, в миниатюрных автомобильных пультах дистанционного управления, в сетевых картах и на материнских платах компьютеров, в сотовых телефонах нового поколения и т. д. В табл.7.4. представлены существующие кристаллы AVR микроконтроллеров. Все AVR имеют Flash-память программ ROM объемом 1K ... 8К, которая может быть загружена как с помощью обычного программатора, так и посредством SPI интерфейса, и внутреннюю оперативную память SRAM (кроме AT90S1200) объемом 128 ... 512 байт. Число циклов перезаписи ROM - не менее 1000. Два программируемых бита секретности позволяют защитить память программ от несанкционированного считывания. Все AVR имеют также блок энергонезависимой электрически стираемой памяти данных EEPROM объемом 64 ... 512 байт. Этот тип памяти, доступный программе микроконтроллера непосредственно в ходе ее выполнения, удобен для хранения промежуточных данных, констант, таблиц перекодировок, калибровочных коэффициентов и т. п. EEPROM может быть загружена извне как через SPI интерфейс, так и с помощью обычного программатора. Таблица 7.4. AVR-микроконтроллеры фирмы ATMEL
Микроконтроллеры фирмы Microchip. Наиболее «узкими» местами архитектуры MCS-51 являются медленное АЛУ на базе аккумулятора и долгое время выполнения инструкций (12 машинных тактов). Кроме этого стандартный 51 микроконтроллер позволял себе даже такую роскошь как холостые командные циклы. Были изобретены различные способы повышения производительности но за ускорение приходилось платить повышенными энергопотреблением и стоимостью, что совершенно лишало семейство MCS-51 всех преимуществ в низко стоимостных и критичных к потреблению применениях. Еще в 1975 году фирма GI разработала периферийный контроллер (Peripheral Interface Controller или PIC), предназначенный для поддержки ввода-вывода 16-разрядного процессора. В нем не требовалась сложная обработка, поэтому набор его команд был сильно ограничен, но почти все команды выполнялись в нем за один машинный цикл. Этот контроллер с RISC архитектурой и стал прообразом современной архитектуры микроконтроллеров PIC выпускаемых с конца 80-х годов дочерней GI компанией Arizona Microchip Technology Ltd.,. Первые промышленные микроконтроллеры семейства PIC16C5X , были до простыми, но быстрыми. Основной представитель семейства PIC16C54A-20 выпускался в 18-выводном корпусе, имел память программ объемом 512 байт и память данных 25 байт, всего 33 команды со временем исполнения инструкции 200 нс. и одноуровневым конвейером команд (тактовая частота 20 Мгц), причем потреблял он при этом всего 10 ма. На частоте 1 Мгц напряжение питание можно понизить до 2 В с током потребления ниже 1 ма. Вкупе с низкой стоимостью ,в среднем, меньше 1 $ в США , все эти качества сделали PIC16C54A и его вариации весьма популярными. В итоге новое семейство PIC контроллеров несколько потеснило со своих позиций микроконтроллеры MC68C05 компании MOTOROLA и ряда других производителей обосновавшихся в нише низко стоимостных применений. Результатом дальнейших усилий в области миниатюризации и удешевления стало появление таких необычных контроллеров как 12С508 и 12С509 имевших всего по 512 байт и 1 Кбайт памяти программ соответственно и всего по восемь выводов, шесть из которых являются портами ввода-вывода. Не так давно был анонсирован очередной такой “малыш”, но уже со встроенным АЦП . В настоящее время MICROCHIP выпускает три основных серии PIC контроллеров: PIC16C5X - базовое семейство с 12-разрядными командами. PIC16C6X/7X/8X –расширенное семейство средней производительности с 14-разрядными командами. PIC17CXX – высокопроизводительные микроконтроллеры с 16-разрядными командами. Большинство PIC контроллеров сделано по OTP технологии (однократно программируемые микросхемы) – тяжелое наследие 80-х годов. Для целей отладки предлагается использование микросхем с ультрафиолетовым стиранием и довольно высокой стоимостью. Все PIC контроллеры оборудованы внутренними схемами сброса по питанию и сторожевыми таймерами, многие модели имеют возможность внутрисхемного программирования . Все последовательно произведенные серии PIC контроллеров являются логическими продолжениями единого базового ядра и, как заявляют представители компании MICROCHIP, перекрывают весь диапазон применений 8-разрядных микроконтроллеров. Делая упор на низкую стоимость своих изделий, MICROCHIP пришлось отказаться от универсальных микроконтроллеров с разнообразной и развитой периферии (одно из исключений PIC14000 , правда он является полу заказной микросхемой) и распределить периферийные устройства по всем выпускаемым семействам. Иными словами если разработчику в контроллере требуются компараторы, то как раз для этого выпускается серия PIC16CX , если необходимо АЦП, используется серия PIC16C7X и так далее. Но то, что является благом для инженера в Америке, оборачивается проблемой для российского разработчика. К сожалению, наши поставщики микросхем не в состоянии держать на складе всю номенклатуру PIC контроллеров ( это более двухсот наименований) и ограничиваются самыми распространенными изделиями. |