Занимательно о микроконтроллерах

Глава 6 Принципы работы микроконтроллеров

В предыдущей главе мы познакомились с принципами построения микропроцессорных систем. Однако цель нашей книги — научиться работать с микроконтроллерами, или как их раньше называли — однокристальными микроЭВМ. Внутри эти микросхемы устроены подобно микропроцессорной системе, пример которой мы рассматривали выше по тексту. Однако для каждого микроконтроллера есть индивидуальные отличия. Рассмотрим эти особенности на примере самого распространенного семейства микроконтроллеров.

Напомню, что при изучении микропроцессорной техники необходимо иметь в виду две разных модели устройства — схемотехническую и программистскую. Под схемотехнической моделью подразумевается перечень тех аппаратных средств (внутренних устройств), которые включены в состав микроконтроллера, и особенности их схемной реализации.

В этой главе в основном будут рассматриваться схемотехнические особенности использования выбранного семейства микроконтроллеров. Однако внутренние устройства микроконтроллеров нужно уметь использовать, ведь именно наличие таких устройств и характеризует современные микросхемы. Поэтому там, где это необходимо, будут приведены участки программ, позволяющие настроить внутренние блоки микроконтроллеров для работы с подключенными к этой микросхеме внешними устройствами. Если чтение программ вызовет определенные трудности, то можно почитать описание языка программирования, приведенное в последующих главах, а затем вернуться к этой главе.

Очень важной характеристикой микропроцессорного устройства и микроконтроллеров, как одного из представителей микропроцессоров, является система команд. Поэтому в данной главе подробно рассматриваются команды и виды адресации, используемые в этих командах, для выбранного семейства микроконтроллеров.

Семейство микроконтроллеров MCS-51

В настоящее время среди всех 8-разрядных микроконтроллеров семейство MCS-51 является несомненным чемпионом по числу разновидностей и количеству компаний, выпускающих его модификации. Первый представитель этого семейства — микроконтроллер 8051, выпущенный в 1980 г. на базе технологии n-МОП.

Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке. С точки зрения технологии микроконтроллер 8051 являлся для своего времени очень сложным изделием: в кристалле было использовано 128 тыс. транзисторов, что в 4 раза превышало количество транзисторов в 16-разрядном микропроцессоре 8086. Важную роль в достижении такой высокой популярности семейства 8051 сыграла открытая политика фирмы Intel, родоначальницы архитектуры, направленная на широкое распространение лицензий на ядро 8051 среди большого количества ведущих полупроводниковых компаний мира. В результате на сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров семейства 8051, выпускаемых почти двадцатью компаниями. Эти модификации включают в себя кристаллы с широчайшим спектром периферии: от простых 20-выводных устройств с одним таймером и 1К программной памяти до сложнейших 100-выводных кристаллов с 10-разрядными АЦП, массивами таймеров-счетчиков, аппаратными 16-разрядными умножителями и 64К программной памяти на кристалле. Каждый год появляются все новые варианты представителей этого семейства. Основными направлениями развития микроконтроллеров являются:

— увеличение быстродействия (повышение тактовой частоты и переработка архитектуры);

— снижение напряжения питания и потребления;

— увеличение объема ОЗУ и флэш-памяти на кристалле с возможностью внутрисхемного программирования;

— введение в состав периферии микроконтроллера сложных устройств типа системы управления приводами, CAN- и USB-интерфейсов и т. п.

Очень важным направлением развития микроконтроллеров является производство микросхем в маленьких корпусах. Это позволяет осуществлять проектирование и производство малогабаритной аппаратуры.

Микросхемы семейства MCS51 производятся рядом фирм различных стран мира, таких как Philips, Siemens, Intel, Atmel, Dallas, Temic, Oki, AMD, MHS, Gold Star, Winbond, Silicon Systems, и ряд других. Микроконтроллеры семейства MCS-51 выпускают и заводы бывшего СССР.

Производство микроконтроллера 8051 осуществляется в Киеве, Воронеже (1816ВЕ31/51, 1830ВЕ31/51), Минске (1834ВЕ31) и Новосибирске (1850ВЕ31).

В качестве примера в табл. 6.1 приведены названия нескольких микросхем, производимых зарубежными фирмами, в табл. 6.2 приведены микросхемы российского производства.