26. Загальна характеристика мікроконтролерів (мк)
МК – це відповідні комп’ютерні системи, які містять в собі процесор, пам'ять, пристрої вводу/виводу даних та інші допоміжні схеми та пристрої, що розміщені в одному корпусі (на одному кристалі).
Використання однокристалевих вбудованих МК (Embedded Control Products) дозволяє:
суттєво підвищити їх техніко-економічні властивості;
знизити витрати та скоротити терміни розробки і виготовлення мікропроцесорних виробів;
полегшити модифікацію та зсунути строки їх морального старіння.
Основні типи МК:
8-розрядні МК, що займають 48% обсягу ринку мікропроцесорів;
16-, 32-розрядні – 24%;
цифрові сигнальні процесори DSP (Discrete Signal Processors), які обробляють аналогові сигнали в реальному часі – 28%.
Поняття «архітектури» родини МК трактується як сукупність внутрішніх і зовнішніх програмно доступних ресурсів, системи команд, системи переривань, функції вводу/виводу та протоколу обміну по магістралі. Архітектура родини реалізується виробником у вигляді набору зв’язаних між собою функціонально-топологічних модулів, а кожен МК родини подається як певна комбінація цих модулів, основою якої є операційне ядро (CORE).
Основна особливість архітектури однокристалевих МК – використання гарвардського принципу організації обчислювального середовища, який припускає наявність розділеної пам’яті програм і даних, що умовно можна подати у такому вигляді (Рис.1).
ПВ – пристрій вибірки
ДШК – дешифратор команд
ЧК – черга команд
БР/BR – блок регістрів
Memory – пам'ять
Рис. 1. Розділення пам’яті програм і даних
Перевагою гарвардського принципу є наступне:
завдяки розподілу пам’яті вдається об’єднати виконання поточної команди із вибіркою наступної, що заощаджує час і щільніше завантажує шини;
усі команди реалізуються за однакову кількість тактів;
спрощується реалізація пристрою (блоку) вибірки команд.
Типовий МК будь-якого покоління включає в себе такі блоки:
ЦПЕ – центральний процесорний елемент(далі просто ЦП);
генератор тактових імпульсів (ГТІ) і схема початкового запуску (Reset);
базова (резидентна) пам'ять даних (РПД/RDM) – тип пристрою ОЗП (RAM);
базова (резидентна) пам'ять програм (РПП/RPM) – тип пристрою ПЗП (ROM);
засоби вводу/виводу(I/O Ports);
таймери (Timers) – фізичні пристрої відліку часу.
Більш складні контролери мають:
система пріоритетних переривань (СПП);
аналоговий ввід/вивід (аналого-цифрове (АЦ), цифро-аналогове (ЦА) перетворення);
послідовний ввід/вивід(синхронний/асинхронний) – RS-232C, USB;
вбудований монітор-відладчик програм;
внутрішні засоби програмування пам’яті.
Існують основні два класи МК відносно виду пам’яті:
МК з вбудованою (резидентн) програмною пам’яттю – on-board ROM;
МК, які не мають програмної пам’яті на кристалі – ROM-less/CPU only.
Intel створила цілу низку МК, основні серед яких наступні:
MCS-48 – родина 8-розрядних МК(1974-1977рр.)
MCS-51 – родина 8-розрядних МК(1980р.)
MCS-96 – родина 16-розрядних МК(1983р.)
MCS-251 – родина 16-розрядних МК(1985р.)
Intel 9060 family – 32-розрядні (1991р.)
Найбільш поширеними і широко використованими є моделі MCS-51, контролери випускаються більш ніж 20-ма фірмами(Phillips, Intel, Atmel, Dallas, Silicon System, Oki). Існує більш ніж 200 модифікацій МК родини MCS-51.
Базовий МК родини MCS-51(i8051) має наступні параметри:
розрядність АЛП – 8 біт;
булевий процесор (однобітові операції);
резидентна пам'ять програм – 4 кб;
резидентна пам'ять даних – 128 б;
21 регістр спеціальних функцій(SFR);
36 ліній вводу/виводу:
4 паралельні порти (P0, P1, P2, P3);
дуплексний послідовний порт
4 тестованих входи;(INT0, INT1, T0, T1);
T0 – таймер 0;T1 – таймер 1;
лінії вводу: дві 16-розрядні лінії – TC0, TC1;
канал послідовного синхронного/асинхронного вводу/виводу – USART;
розширення пам’яті програм – до 64 кб;
додаткова зовнішня пам'ять даних – до 64 кб;
тактова частота осцилятора FOSC – до 12 МГц.
Вказані пристрої і характеристики формують так зване ядро CORE-51 Intel родини MCS-51.