Однокристальные контроллеры
Значительный прогресс и улучшение характеристик однокристальных микроконтроллеров (ОМК) объясняет широкое распространение их в системах управления РЭСБН. В микросхеме ОМК на одном кристалле расположен полный набор компонентов микропроцессора: АЛУ, регистры, память программ, память данных, порты ввода/вы-вода. Для ОМК характерно наличие небольшого объема памяти программ и данных, простой набор команд, сравнительно ограниченные возможности ввода-вывода информации. ОМК находят применение в качестве специализированного вычислителя, включаемого в контур управления объектом или процессом.
При использовании контроллеров разработчик избавляется от необходимости разработки процессорной части устройства и может уделить больше внимания программному обеспечению, схемам сопряжения контроллера с датчиками, исполнительными механизмами объекта управления. При этом значительно снижаются затраты на разработку и изготовление плат, как следствие, увеличивается скорость выполнения разработки.
Многие известные зарубежные фирмы разработали и выпускают целые серии однокристальных микроконтроллеров и микро-ЭВМ. Эти ОМК отличаются друг от друга системой команд, разрядностью архитектуры, быстродействием, структурным составом, областью применения. Несмотря на эти обстоятельства, с точки зрения пользователя, между ОМК, микро-ЭВМ разных производителей значительно меньше различий, чем сходства. Приведем характеристики некоторых серий микро-ЭВМ, применяемых в бытовой, медицинской, связной и другой радиоэлектронной аппаратуре [1].
Микро-ЭВМ серии PD-75х фирмы NEC представляют собой однокристальные 4-х разрядные микро-ЭВМ с различными емкостями программ и данных. Микро-ЭВМ управляют данными в 1/4/8 битовом формате и имеют разнообразные порты ввода/вывода, которые могут функционировать при различных напряжениях питания и токах нагрузки (например, для прямого управления светодиодными индикаторами и подключения клавиатуры). Эти микро-ЭВМ применяются в схемах управления видеомагнитофонов, видеокамер, CD-проигрыва-телей, радиоприемных устройств, копировальных аппаратов, телефонных аппаратов, электронных кассовых аппаратов, медицинской технике и в других случаях.
Некоторые наиболее важные характеристики однокристальных микро-ЭВМ семейства PD-75х приведены в таблице 1.2:
Таблица 1.2 - Типовые характеристики микро-ЭВМ семейства PD-75х
Серия содержит большое число разнообразных микро-ЭВМ, совместимых на программном уровне, предназначенных для выполнения разнообразных задач управления РЭА. Перечислим имеющиеся ЭВМ этой серии: PD75004, PD75006, PD75008, PD75028, PD75036, PD75104, PD75108, PD75111, PD75112, PD75116, PD75208, PD75212, PD75216, PD75238, PD75304, PD75306, PD75316 и другие.
Примером развития микро-ЭВМ серии PD-75x можно назвать быстродействующую архитектуру микро-ЭВМ серии COM-75x. Для сравнения в таблице 1.3 приведены только улучшенные характеристики, в сравнении с микро-ЭВМ серии PD-75x.
Таблица1.3 - Характеристики микро-ЭВМ серии COM-75x
Микро-ЭВМ серии LC6xxx фирмы SANYO представляют собой однокристальные 4-х разрядные микро-ЭВМ с высокопроизводительным ядром. Часть выводов микро-ЭВМ могут прямо управлять вакуумными люминесцентными индикаторами и светодиодами. Микро-ЭВМ применяется в схемах управления и индикации музыкальных центров, усилителей, видеомагнитофонов, телефонов, автоответчиков, факсимильных аппаратов и другом оборудовании.
Перечислим некоторые микро-ЭВМ этой серии: LC65204А, LC662304А, LC662306А, LC662308А, LC662312А, LC662312А, LC66304А, LC66306А, LC66308А, LC66354В, LC66356В, LC66358В, LC66506В, LC66508В, LC66512В, LC66516В и другие.
Наиболее важные характеристики микро-ЭВМ серии LC6xxx приведены в таблице 1.4.
Таблица 1.4 - Характеристики микро-ЭВМ серии LC6xxx
Микро-ЭВМ серии LC86x фирмы SANYO относятся к 8 разрядным однокристальным микро-ЭВМ и имеют различную емкость внутренних ПЗУ и ОЗУ. Имеются варианты интегральных микросхем (ИМС) с электрически перепрограммируемыми ППЗУ и с однократно программируемыми ПЗУ.
Перечислим микро-ЭВМ этой серии, опубликованные в [1]: LC865008В, LC865012В, LC865016В, LC865020В, LC865008В, LC866216А, LC866220А, LC866224А, LC866228А, LC866232А.
Наиболее важные характеристики микро-ЭВМ серии LC86x приведены в таблице 1.5.
Таблица 1.5 - Типовые характеристики микро-ЭВМ серии LC86x
Микро-ЭВМ серии 68HCxx фирмы MOTOROLA относятся к 8 разрядным однокристальным микро-ЭВМ с различной емкостью памяти программ и данных. Серия микро-ЭВМ находит применение в устройствах управления компьютерными мониторами, средствах беспроводной связи, устройствах сбора информации, телефонии и автомобильной электронике.
Примеры микро-ЭВМ этой серии: 68HC05В, 68HC11Е.
Наиболее важные характеристики микро-ЭВМ фирмы MOTOROLA приведены в таблице 1.6
Таблица 1.6 - Типовые характеристики микро-ЭВМ серии 68HCxx
Микро-ЭВМ серии AT89 фирмы ATMEL представляют собой 8 разрядные однокристальные микро-ЭВМ с различными емкостями внутренних ПЗУ команд, ОЗУ данных, типами запоминающих устройств, различной тактовой частотой. Микро-ЭВМ находят применение в качестве встроенных управляющих микроконтроллеров в промышленной и бытовой аппаратуре.
В семейство входят АТ89С1051, АТ89С2051, АТ89С51, АТ89LV51, АТ89С52, АТ89LV52, АТ89S8252 и т.д. Семейство по структуре, расположению выводов и по системе команд совместимо с семейством серии MSC-51, рассматриваемой в другом разделе.
Микро-ЭВМ серии AT90S фирмы ATMEL представляют собой высокопроизводительные 8 разрядные однокристальные RISC - микроконтроллеры с различными емкостями внутренних ПЗУ команд, ОЗУ данных, типами запоминающих устройств, различной тактовой частотой. Контроллеры находят применение в качестве встраиваемых управляющих микроконтроллеров.
В семейство входят AT90S1200, AT90S2313, AT90S2323, AT90S2343, AT90S4414, AT90S4434, AT90S8535, AT90S8515, AT mega 103, AT mega 603 и другие.
Важные характеристики данного семейства приведены в таблице 1.7.
Таблица 1.7 - Типовые характеристики микро-ЭВМ серии AT90S
Микро-ЭВМ серии MSC-51 фирмы INTEL представляют собой 8 разрядные однокристальные микро-ЭВМ с различными емкостями внутренних ПЗУ команд, ОЗУ данных, типами запоминающих устройств, различной тактовой частотой, разным внутренним набором компонентов и количеством разрядов ввода/вывода.
Среди микро-ЭВМ этой серии можно назвать 8031AH, 8051AH, 8751BH, 80C32, 80C32, 87C52, 80C54, 87C54, 87C58, 80C51GB, 83C51GB, 87C51GB и еще более 35 представителей семейства. Более подробная характеристика будет дана в следующих разделах.
Из рассмотренных примеров можно сделать вывод, что решение с помощью микро-ЭВМ задач управления в бытовой РЭА требует некоторого схожего набора характеристик по объему программ, данных, длительности выполняемых команд и других. Поэтому, при кажущихся серьезных различиях структур микро-ЭВМ разных фирм, для разработчика и пользователя управляющие микро-ЭВМ и микроконтроллеры, используемые в РЭСБН, весьма близки.
Для изучения можно ограничиться одним, наиболее характерным представителем разнообразного множества управляющих микро-ЭВМ и микроконтроллеров. В практической деятельности при рассмотрении другого представителя этого множества микроконтроллеров достаточно будет уяснить имеющиеся различия в архитектуре, системе команд и используемых ресурсах.