РУБРИКИ

Конспект лекций по курсу "Микропроцессоры и микро-ЭВМ в Персональной электронике" для студентов специальности 2008

 РЕКОМЕНДУЕМ

Главная

Правоохранительные органы

Предпринимательство

Психология

Радиоэлектроника

Режущий инструмент

Коммуникации и связь

Косметология

Криминалистика

Криминология

Криптология

Информатика

Искусство и культура

Масс-медиа и реклама

Математика

Медицина

Религия и мифология

ПОДПИСКА НА ОБНОВЛЕНИЕ

Рассылка рефератов

ПОИСК

Конспект лекций по курсу "Микропроцессоры и микро-ЭВМ в Персональной электронике" для студентов специальности 2008


Микроконтроллер МС68333 является функциональным расширением модели МС68332, в которую введены электрически стираемое ППЗУ (Flash) емкостью 64 Кбайт, 10-разрядный АЦП с 8 аналоговыми входами, ОЗУ таймерного процессора емкостью 3,5 Кбайт. Разработанный первоначально для систем управления автомобильными двигателями, этот микроконтроллер в настоящее время находит также широкое применение в промышленной автоматике и связной аппаратуре. Микроконтроллер МС68334 является упрощенным вариантом МС68333, в котором исключены ЭСППЗУ, ОЗУ и модуль последовательного обмена QSM. Благодаря этому значительно снижена его стоимость, что весьма существенно для многих применений. Используется, главным образом, во встраиваемых системах управления.

Микроконтроллеры МС68336, 376 обладают наиболее широкими функциональными возможностями. Кроме TPU они содержат модуль  конфигурируемого таймера СТМ, имеющего четыре канала, которые программируются на выполнение различных функций. Для аналого-цифрового преобразования используется модуль QADC, который отличается от ADC введением буфера (очереди) данных. В модели МС68376 дополнительно введен модуль сетевого контроллера, реализующего промышленный протокол CAN. Эти микроконтроллеры служат для решения задач высокоточного регулирования и сложнофункционального управления.

В состав семейства 68300 входят также ряд моделей, которые содержат типовые модули, используемые в микропроцессорных системах, или специализированные модули для специфических областей применения. Такие модели называются интегрированными микропроцессорами (МС68306, 307, 328, 330, 340, 341, 349) и специализированными контроллерами (МС68322 - контроллер формирования изображений, МС68302, 356, 360 - коммуникационные контроллеры).

Интегрированные микропроцессоры используют в качестве процессорного ядра различные варианты CPU32. Модуль CPU030 содержит процессор CPU32+, обеспечивающий работу с 32-разрядными адресами и данными, и два модуля памяти: ОЗУ данных и конфигурируемый кэш команд. ОЗУ данных состоит из четырех блоков емкостью по 1 Кбайту, размещаемых в любом месте адресного пространства. Конфигурируемый кэш команд состоит из четырех блоков, каждый из которых может работать как кэш-память емкостью 256 байт или ОЗУ емкостью 512 байт. Таким образом, можно реализовать кэш команд емкостью до 1 Кбайта или ОЗУ емкостью до 2 Кбайт. Процессор 68ЕСООО представляет собой процессорное ядро микропроцессора МС68ЕСООО, который функционально аналогичен MC68000.

Таблица 1.3

Модель

Процессор

ОЗУ

бит

Таймеры

Послед. порт

Модуль интеграции

Дополнительные модули

МС68306

68ЕС000

-


DUART

SIM

Контроллер ДОЗУ

МС68307

68ЕС00

-

2ТС

DUART

MSB

Контроллер шины M-bus (I2C)

МС68322

68ЕС000







SIM

Видеоконтроллер, графический процессор контроллер ПДП-2кан., контроллер ДОЗУ

МС68328

68ЕС00

-

2ТС

UART

SIM40

Контроллер ЖКИ, ТРВ

МС68330

CPU32

-

-

-

SIM40

Контроллер PCMCIA

МС68340

CPU32

-

2ТС

DUART

SIM40

Контроллер ПДП-2кан.

МС68341

CPU32 ^

-

2ТС

DUART, SPI DUART

SIM41

Контроллер ПДП-2кан., ТРВ

МС68349

CPU030

4К+2К

2ТС



SIM49

Контроллер ПДП-2кан., ТРВ


Большинство интегрированных микропроцессоров содержит два 16-разрядных таймера-счетчика, которые могут переключаться как тактовыми импульсами, так и внешними сигналами. Для последовательного обмена чаще всего применяются сдвоенные (DUART) или одиночные (UART) асинхронные приемо-передатчики (аналогичны микросхеме МС68681). В состав ряда моделей входят синхронные последовательные порты SPI или специальные синхронные порты SSI. В качестве модуля системной интеграции используются различные модификации SIM. Модуль интеграции MSB в модели МС68307 обеспечивает интерфейс с шинами семейств 68000, 8051 и M-bus, реализующей промышленный протокол обмена I2C.

Для интегрированных микропроцессоров и специализированных контроллеров характерно широкое использование таких дополнительных модулей, как контроллеры динамических ОЗУ, обеспечивающие периодическую регенерацию хранящейся в них информации, контроллеры прямого доступа к памяти (ПДП), обслуживающие обычно 2 канала обмена. Некоторые контроллеры содержат дополнительные RISC-процессоры, ориентированные на выполнение определенных функций. В модели МС68322 это графический процессор RGP, работающий совместно с контроллером принтера PVC. В моделях МС68302, 356, 360 это коммуникационные процессоры СР или СРМ, обеспечивающие управление сетями передачи информации с разными протоколами обмена. Контроллер МС68356 содержит в качестве дополнительного модуля 24-разрядный  цифровой  процессор сигналов (DSP) с памятью емкостью 10Кх24 бит, который аналогичен DSP5602, выпускаемому компанией МОТОРОЛА в качестве отдельного изделия. Модели МС68330, 356 имеют также контроллер интерфейса с широко используемой шиной PCMCIA. Модель 68328 содержит контроллер широкоформатного жидкокристаллического дисплея высокого разрешения.

Данные микропроцессоры функционируют с максимальной тактовой частотой 16,20 или 25 МГц (для различных модификаций). Модели МС68307, 328, 330, 340, 341, 349 имеют модификации, работающие при пониженном напряжении питания 3,3 В, которые используются в портативной аппаратуре.

Основной областью применения интегрированных микропроцессоров МС68306, 307, 322, 328 являются вычислительные и управляющие устройства, встраиваемые в различную аппаратуру. Там же находят применение и микропроцессоры МС68330, которые имеют более мощный процессор, но содержат ограниченный набор дополнительных блоков. Данная модель отличается более низкой стоимостью. Модель МС68340 имеет достаточно широкий набор дополнительных модулей и используется в устройствах, требующих быстрой передачи и обработки больших массивов данных, например, в контроллерах дисковых накопителей. Модель МС68341 разработана для управления накопителями на компакт-дисках (CD-ROM). Модель МС68349, имеющая наиболее широкие функциональные возможности, предназначена для реализации компактных и высокопроизводительных систем управления и обработки данных, встраиваемых в связную, контрольно-измерительную, медицинскую и другую аппаратуру. Контроллер МС68322 используется, главным образом, в лазерных принтерах и других высокопроизводительных печатающих устройствах. Контроллер МС68328 ориентирован на применение в сложнофункциональной портативной аппаратуре с широкоформатными жидкокристаллическими дисплеями.

Коммуникационные контроллеры МС68302, 356, 360 предназначены для использования в системах обмена информацией. Специфические особенности их функционирования и применения связаны с наличием коммуникационного процессора СРМ, обеспечивающего возможность подключения к линиям связи с различными протоколами обмена. В состав СРМ входят RISC-контроллер, двухпортовое ОЗУ и большой набор периферийных устройств, который включает:

- четыре связных последовательных контроллера SCC1 - SCC4;

- два управляющих последовательных контроллера SMC 1, SMC2;

- периферийный последовательный интерфейс SPI;

- блок последовательного обмена с временным разделением данных;

- параллельный порт, реализующий стандартный протокол обмена типа CENTRONICS;

- три параллельных порта, обеспечивающих различные протоколы квитированного и неквитированного обмена;

- четыре 16-разрядных таймера (могут конфигурироваться как два 32-разрядных);

- двухканальный блок независимого прямого доступа к памяти.

Кроме того можно дополнительно реализовать шестнадцать 16-разрядных таймеров и четырнадцать каналов

последовательного прямого доступа к памяти.

Модули СРМ в моделях МС68360 и MC68EN360, МС68МН360 имеют одинаковые структуры и режимы функционирования. Различие между ними состоит только в наборе протоколов обмена, реализуемых интерфейсами SCC. В MC68EN360 интерфейсы SCC могут обеспечивать протокол обмена по локальной сети Ethernet. В МС68МН360 реализуется протокол HDLC с многоканальным обменом, а для SCC1 также протокол сети Ethernet

Наиболее сложные протоколы последовательной пересылки реализуют связные контроллеры SCC 1-4, каждый из которых программируется путем загрузки соответствующего содержимого в регистр режима. В зависимости от этого SCC обеспечивает один из следующих протоколов обмена: HDLC/SDLC, UART, AppleTalk, BYSINC или транспарентный обмен.


Таблица 1.4

Тип контроллера

68360

68EN360

68МН360

CPU SIM

CPU32+ SIM60

CPU32+ SIM60

CPU32+ SIM60

SCC SMC SPI

4 2 1

4 2 1

4 2 1

Каналы ПДП

2+14

2+14

2+14

Таймеры

4+16,PIT,WDT

4+16,PIT,WDT

4+16,PIT,WDT

Ethernet

4

1

Отладка

JTAG, BDM

JTAG, BDM

JTAG, BDM

Дополнительные возможности

CENTRONICS, КДП*)

CENTRONICS, КДП*)

32*HDLC, КДП*)

1.2. Производители микроконтроллеров семейства MCS51

 Существенным фактором н выборе вычислительного ядра были и остаются цена, доступность и время поставки.

Фирма Intel являемся законодателем и основоположником архитектуры семейства MCS51. Фирма выпускает более 50 различных вариантов микроконтроллеров. Из них 11 в виде специализированных устройств. Предлагается изготовление кристаллов на заказ. В настоящий момент она сворачивает выпуск изделии семейства MCS51 и предлагает использовать процессоры нового семейства с улучшенными скоростными характеристиками и чертами 16-разрядных процессоров

Фирма Dallas Semiconductor выпускает микроконтроллеры с улучшенной архитектурой. Можно выделить два основных направления. Bo-первых, изменены принципы размещения программ внутри кристалла и создан контроллер, способный и самостоятельно модифицировать часть своих программ. Во-вторых, фирма утроила быстродействие за счет изменения временных характеристик с одновременным введением средств сбережения энергии. Приборы этой фирмы предназначены для применения в скоростных, переносных, экономичных и труднодоступных для обслуживания устройствах.

Фирма Siemens Components Inc выпускает удобные для использования в бытовой, в том числе и видео технике, микроконтроллеры. Микросхемы содержат разнообразные встроенные устройства (АЦП, массивы счетчиков, дополнительный блок умножения и деления, расширение портов ввода-вывода).

Фирма Philips Semiconductors разрабатывает микроконтроллеры семейства 8051 на базе американской компании Signetics. Процессоры этой фирмы ориентированы на работу в бытовой или автомобильной технике. Благодаря аппаратной реализации шин I2С и CAN, легко могут быть использованы в инструментальных комплексах. Микросхемы содержат разнообразные встроенные устройства (АЦП, массивы счетчиков, расширение портов ввода-вывода), Имеются варианты с пониженным питающим напряжением и в компактных корпусах.

Фирма OKI Semiconductor выпускает полностью статические микросхемы по технологии CMOS, являющиеся функциональными аналогам микросхем фирмы Intel с дополнительными возможностями. Имеют улучшенные характеристики по цепям питания. Впервые применила корпус PIGGYBACK, в котором внутренняя шина вынесена наружу в виде разъема для установки ПЗУ

Фирма Matra MHS выпускает статические микросхемы, являющиеся аналогами стандартных моделей семейства MCS51 с улучшенными выходными цепями портов ввода-вывода.

Фирма Advanced Micro Devices (AMD) выпускает микросхемы по технологиям CMOS и NMOS, являющиеся функциональными аналогами микросхем фирмы Intel с дополнительными возможностями.

Фирма Fujitsu. Фирма выпускает функциональные аналоги микросхем 80С31, 8051 87С51 фирмы Intel по технологии NMOS.

Объединение Atmel выпускает стандартные микроконтроллеры с ПЗУ по технологии Flash и объемом до 20 Кбайт в обычных и уменьшенных корпусах. В последнее время фирма начала выпуск принципиально новых МК, основанных на RISC архитектуре.

Таким образом, на рынке МК семейства MCS51 можно выделить 3 направления: "традиционное" - но с улучшенными характеристиками памяти и внешних устройств, "быстродействующее" - обеспечивающее увеличение скорости выполнения операций, и "специальное" - с коренным изменением процесса обработки информации. Первое направление поддерживается МК фирм Atmel, Philips и другими. Второе  - МК фирмы Dallas Semiconductor, а третье - новыми МК фирм Atmel и   Dallas Semiconductor.  Рассмотрим более подробно некоторые семейства МК этих трех направлений.

1.3. 8-разрядные КМОП FLASH микроконтроллеры семейства АТ89.

1.3.1. Отличительные особенности

• 8-разрядное ЦПУ, оптимизированное для функций управления

• расширенные возможности побитовой обработки

• встроенная flash память программ

• встроенное ОЗУ данных

• пвунаправленные индивидуально адресуемые линии ввода/вывода

• встроенные 16-разрядные таймеры/счетчики событий

• полный дуплексный UART

• несколько источников прерываний с несколькими уровнями приоритета

• встроенный тактовый генератор

• встроенное ЭСППЗУ (серия AT89S)

• интерфейс последовательной шины SPI (серия AT89S)

• сторожевой таймер (серия AT89S)

• пассивный (idle) и стоповый (power doun) режимы

• возможность расширения внешнего ОЗУ и ПЗУ до 64 Кбайт

• режим внутрисхемной эмуляции (ONCE™ - on circuit emulation)

КМОП микроконтроллеры семейства АТ89 оснащены Flash программируемым и стираемым ПЗУ, совместимы по системе команд и по выводам со стандартными приборами семейства MCS-51™ Микроконтроллеры содержат Flash ПЗУ емкостью от 1 Кбайта до 8 Кбайт, ОЗУ,емкостью от 64 байтов до 256 байт, большое количество программируемых линий ввода/вывода, 16-разрядные таймеры/счетчики событий, полнодуплексный последовательный порт (UART), набор векторных прерываний с несколькими уровнями приоритета, встроенные генератор и схему формирования тактовой последовательности. Программирование микроконтроллеров семейства АТ89 возможно, в зависимости от типа, внутрисистемно, с использованием при программировании напряжения питания системы, и с использованием программаторов. Содержимое Flash памяти программ может быть защищено от несанкционированной записи/считывания. У ряда микроконтроллеров имеется возможность очистки Fiash памяти за одну операцию, возможность считывания встроенного кода идентификации.

В активном режиме микроконтроллеры на частоте 12 МГц потребляют порядка 25 мА и в пассивном режиме, при котором остановлено ЦПУ, но система прерываний, ОЗУ, таймеры/счетчики событий и последовательный порт остаются активными, потребление снижается до 15% от потребления в активном режиме. В стоповом режиме потребление не превышает 100 мкА. Микроконтроллеры семейства АТ89 ориентированы на использование в качестве встроенных управляющих контроллеров в промышленном (-40 °С...+85°С) и коммерческом (0°C...70°C) диапазонах температур. Имеются исполнения микроконтроллеров АТ89С51 и АТ89С52, соответствующие требованиям, предъявляемым к приборам используемым в автомобильном (-40°С ...125°С), Military и Military-883C (-55 °C...+125°C) диапазонах температур.

Таблица 1.5

Основные характеристики микроконтроллеров семейства АТ89

Наименование прибора

Совместимость

Напряж.

 VCC, В

Объем

ПЗУ ЭСППЗУ, байт

Объем

ОЗУ, байт

Группы по тактовой частоте, МГц

Потребление макс. в активн. (пасс.) режиме, f=12 МГц, VCC=6B, мА

АТ89С1051

80С31

2,7...6

1 К

64

12,24

15(5)

АТ89С2051

80С31

2.7...6

2 К

128

12,24

15 (5)

АТ89С51

80С31

5±20% (5±10%)

128

12,16, 20/24

20(5)

AT89LV51

80С31

2,7...6

128

12

20(5)

АТ89С52

80С32

5±20% (5±10%)

256

12,16, 20,24

25 16/51

AT89LV52

80С32

2,7...6

256

12

25 (6,5}

AT89S8252

80С32

2,7±10%

8 К

256

12(2,7 В),

24(5 В)



1.4. Высокопроизводительные 8-разрадные RISC контроллеры семейства AT90S

1.4.1. Вычислительные особенности

·        Производительность, приближающаяся к 1 MIPS/МГц

·        Усовершенствованная AVR RISC архитектура

·        Раздельные шины памяти команд и данных, 32 регистра общего назначения

·        Flash ПЗУ программ с возможностью внутрисистемного перепрограммирования и загрузки через SPI последовательный канал, 1000 циклов стирание/запись

·        ЭСППЗУ данных/ с возможностью внутрисистемной загрузки через SPI

·        Последовательный канал/ 100000 циклов стирание/запись

·        Блокировка режима программирования

·        Встроенные аналоговый компаратор/ сторожевой таймер, порты SPI и UART/ таймеры/

·        Полностью статические приборы - работают при тактовой частоте от 0 Гц до 20 МГц

·        Диапазон напряжений питания от 2,7 В до 6,0 В

·        Режимы энергосбережения: пассивный (idle) и стоповый (power down)

КМОП микроконтроллеры семейства AT90S выполнены по AVR™ RISC архитектуре с раздельной памятью программ и данных и раздельными шинами для памяти программ и данных (Гарвардская архитектура). AVR ядро объединяет мощную систему команд с 32 регистрами общего назначения и конвейером (в одном цикле одна команда выполняется а другая выбирается) выборки из памяти программ. Все 32 регистра напрямую связаны с АЛУ, что позволяет выполнять обращение к двум независимым регистрам и возвращать результат одной командой, выполняемой в одном  цикле. Шесть регистров могут использоваться как три 16-разрядных указателя адреса данных (кроме прибора AT90S1200). Выполняя команды за один тактовый цикл, прибор обеспечивает производительность, приближающуюся к 1 MIPS на МГц, что на порядок больше, чем у CISC микроконтроллеров. Архитектура эффективно поддерживает как языки высокого уровня, так и программы, написанные на экстремально плотных языках ассемблера.

Микроконтроллеры семейства оснащены встроенной загружаемой Flash памятью EEPROM, обеспечивающей внутрисистемное перепрограммирование с использованием интерфейса SPI или программирование внешними стандартными программаторами энергонезависимой памяти. Поскольку все команды 16-разрядного или 32-разрядного формата, то Flash память программ имеет 16-разрядную организацию. В качестве памяти данных в микроконтроллерах семейства используется комбинация СОЗУ и ЭСППЗУ (у прибора AT90S1200 только ЭСППЗУ) в которых размещается также и пространство памяти ввода/вывода. Стек, предназначенный для хранения адресов возврата из подпрограмм и прерываний располагается в памяти данных (у прибора AT90S1200 стек выполнен аппаратно). Ряд AVR микроконтроллеров имеют встроенный в арифметическую часть АЛУ перемножитель.

Таблица 1.6

Основные характеристики микроконтроллеров семейства AT90S.

Тип прибора


Объем памяти (организация), бит

Объем (СОЗУ) памяти данных, байт

Тактовая частота, МГц.

Таймеры/счктчики, кол-во х разрядность

Другие отличия

Потребл. в активном/пассивном Vсс=ЗВ, f=4 МГц, мА

AT90S1200

1 К (512x16)

64x8

0...12

1x8

15 линий I/O, аппаратный стек

2/0,5


A9OS2313

2 К (1Кх16)

128х8

0...10

1х8,

1х16

15 линий I/O, ШИМ, UART

2,5/0,8


AT90S2323

2 К

(lKx16)

128х8 (128х8)

0...10

1х8

3 линии I/O,

3/1,2

АТ90S2343

2 К

(lKx16)

128х8 (128х8)

0...10

1х8

5 линий I/O,

3/1,2

A90S4414

(2Кх16)

256х8

(256х8)

0...8

1х8,

1х16

32 линии I/O, ШИМ, UART

3,5/1

AT90S4434

(2Кх16)

256х8 (256х8)

0...8

2х8, 1х16

32 линии I/O, ШИМ, UART 8xl0 АЦП, аналог. компаратор

3/1,2

AT90S8535

8K (4Кх16)

512х8

(512x8)

0...8

2х8, 1х16

32 линии I/O, ШИМ, UART 8xl0 АЦП, аналог. компаратор

3/1,2

АТ9058515

8K (4Кх16)

256х8

(256х8)

0...8

1х8,1х16

32 линии I/O, ШИМ, UART

3,5/1.2

ATmega103

128 К

(64Кк16)

4Кх8 (4Kx8)

0...6

3х16

40 линий I/O, 3 ШИМ, UARТ, 8xl0 АЦП, аналог. компаратор

3/1,2

AТmega603

64 К

(32Kx16)

2Кх8

(4Кх8)

0...6

3х16

40 линий I/O, 3 ШИМ, UARТ, 8xl0 АЦП, аналог. компаратор

3.0/1,2

Микроконтроллеры семейства AT90S поставляются в очищенном состоянии - содержимое и Flash памяти программ и ЭСППЗУ данных находится в состоянии FF и готово к программированию.

Объединение на одном кристалле усовершенствованного 8-разрядного RISC ЦПУ с загружаемым Flash ПЗУ позволило фирме создать мощные микроконтроллеры, обеспечивающие высокую гибкость и экономичность в использовании приборов в качестве встраиваемых контроллеров.

1.5. Программируемые контроллеры  фирмы Dallas Semiconductor

1.5.1. Микроконтроллеры с динамической организацией (Soft Мicго)

Номенклатура микроконтроллеров с динамической организацией состоит из базовых микропроцессоров, объединенных  с БИС памяти, с определенными  принципами организации памяти. Дополнительно часто используются устройства, имеющие небольшие размеры и которые могут быть использованы как прямые функциональные части стандартных микроконтроллеров  MCS51. Перечень изделий этого семейства, быстродействие и объем памяти указаны в табл. 1.7.

Все базовые микропроцессоры не имеют собственной встроенной памяти и при их использовании необходимо (на дополнительную шину и без привлечения портов ввода-вывода) установить нужный кристалл малопотребляющей памяти, а к специальному выводу присоединить литиевую батарею на 3 вольта. При правильном выборе типа памяти энергии литиевой батареи хватает для хранения информации не менее 12 лет. Эта энергия расходуется только при отключенном питании 5 вольт, когда процессор находится в нерабочем состоянии. Все базовые кристаллы размещены в корпусах QFP80 с выводами по поверхностный монтаж и расстоянием 08 мм между выводами.

Изделия выполнены в корпусах DIP40 или SIP STICK и представляют микромодули с установленными базовым контроллером, памятью, таймером реального времени и литиевой батарейкой. Работа таймера и сохранение содержимого памяти при отсутствии "питающего" напряжения обеспечивается энергией литиевой батарейки, Выводы изделий в DIP40 совпадают с выводами микроконтроллеров MCS51 и аналогичных корпусах, что позволяет осуществлять их замену. Печатные платы SIP STICK предназначены для установки в разъемы SIMM40 или SIMM 72 (выпускаются только этой фирмой). Использование SIP STICK позволяет экономить площадь монтажной платы, за счет вертикального расположения модулей. При одинаковых характеристиках, самым дешевым является создание собственных изделий с использованием базовых кристаллов, самым дорогим применение модулей в DIP40. Модули SIP STICK занимают промежуточное положение.

Таблица 1.7

Название

Тактовая частота

Объем памяти

: Особенности

Базовые микропроцессоры

DS5000FP

 до 8, 12 или 16 МГц

до 64 Кбайт

Кодировка памяти

DS5001FP

до 12 или 16 МГц

до 128 Кбайт


DS5002FP

до 12 или 16 МГц

до 128 Кбайт

Кодировка памяти

Изделия на базе DS5000FP

DS5000

 до 8, 12 или 16 МГц

8, 32 Кбайт

Модуль DIP40

DS5000T

 до 8, 12 или 16 МГц

8, 32 Кбайт

Таймер реального времени

DS2250

 до 8, 12 или 16 МГц

8, 32, 64 Кбайт

Модуль SIP (SIMM 40)

DS2250T

 до 8, 12 или 16 МГц

8, 32, 64 Кбайт

Таймер реального времени

Изделия на базе DS5001FP

DS2251

до 12 или 16 МГц

32, 64, 128 Кб

Модуль SIP (SIMM 72)

DS2251Т

до 12 или 16 МГц

32, 64, 128 Кб

Таймер реального времени

Изделия на базе DS5002FP

DS2252

до 12 или 16 МГц

32, 64, 128 Кб

Модуль SIP (SIMM 40)

DS2252Т

до 12 или 16 МГц

32, 64, 128 Кб

Таймер реального времени

Особенности структуры МК:

Watchdog Timer

Неприятность может случиться при работе любого процессорного устройства, если в порядок выполнения программы вмешался случайный отказ ("сбой"). При этом программа попадает в ошибочный или запланированный бесконечный цикл. Выйти из этой ситуации поможет специальный дежурный таймер (Watchdog Timer). При переполнении этого таймера происходит внутренняя инициализация процессора, а специальные флаги укажут, по какой причине произошла инициализация.

Генератор случайных чисел.

Процессор DS5002 содержит генератор случайных чисел, который выдает последовательность 8-битных случайных чисел через каждые 160 микросекунд. Он может оказаться полезным в большинстве многоточечных коммуникационных систем с целью обработки столкновений.

Начальная проверка программы

В микроконтроллерах всегда существует неизменная (резидентная) часть программы, которую неплохо было бы проверить в начале работы. Проверять при помощи той же программы - это не проверить ничего, поэтому, начиная с DS5001, введен механизм автоматического вычисления CRC (циклического кода) участка памяти и сравнение его с ранее вычисленным значением. При несовпадении, управление передается встроенной программе загрузчика.

Межпроцессорный обмен.

Очень важным аспектом при составлении многопроцессорных систем является наличие межпроцессорного обмена. Обычно для MCS51 для этого используется последовательный канал. В процессорах DS5001 и DS5002 существуют дополнительно программируемый контроллер байтового обмена. Для его использования внешний процессор присоединяется к выводам портов 0 и 2. Для обеих процессоров (внешнего и внутреннего) появляется независимая возможность обращения к двум регистрам обмена. Протокол обмена совпадают с протоколом микросхемы i8042 фирмы Intel. Возможно также подсоединение устройств прямого доступа (DMA). Интерфейс отключаемый, и эти порты можно использовать обычным для MCS51 способом. При желании можно организовать порт обмена по шине IBM PC с другим аналогичным процессором или с устройствами цифровой обработки сигналов (ЦОС). Например, в микросхемах ЦОС AD21xx требуется начальная загрузка по 8-битному каналу. Поскольку обмен идет с квитированием, то для этой цели удобно воспользоваться имеющейся в DS5000 возможностью, получив, таким образом, изящный обрабатывающий комплекс.

1.5.2. Обеспечение высокой производительности в скоростных микроконтроллерах.

Одной из важных характеристик любой вычислительной системы является быстродействие. Для микроконтроллеров эта характеристика напрямую связана с тактовой частотой, длительностью цикла обращения к памяти, числа циклов в одной команде и набора команд.

В течение 13 лет существования семейства MCS51 увеличения быстродействия добывались простым увеличением максимальной тактовой частоты. Лишь в 1993 году фирма DSC сократила число тактов в цикле и количество циклов в команде. Рассмотрим особенности и разницу временных характеристик стандартных микроконтроллеров фирмы Intel и быстродействующего микроконтроллера DS80C320 фирмы DSC.

Цикл стандартного микроконтроллера длится 12 тактов, и в течении цикла происходит два считывания программной памяти. Цикл DS80C320 длится 4 такта, но за это время происходит только одно считывание. Таким образом, DS80C320 считывает программную память в полтора раза быстрее стандартного процессора. Временные характеристики изображены на рис. 1.9.


Рис.1.9. Временные диаграммы I8051 и DS80C320

Номенклатура микроконтроллеров с высоким быстродействием. Это семейство содержит устройства, по внешнему виду и номенклатуре выводов совпадающие с устройствами MCS51, выполненных в тех же корпусах. Выпускаются они фирмой DSC в корпусах DIP40, PLCC44, TQFP44 и PLCC52 и обладают одинаковым увеличением быстродействия за счет уменьшения длительности цикла и лучшей организации внутреннего конвейера. В среднем, вычислительная эффективность процессоров увеличивается в 2,5 раза по сравнению со стандартной, а скорость счета внутренних счетчиков в 3 раза.

Перечень изделий этого семейства, быстродействие и объем внутрикристальной памяти даны в табл. 1.8.

Таблица 1.8

Таблица 2. Изделия семейства High Speed Micro.

Название 

Тактовая частота

Объем памяти

Особенности

DS80C310

до 25 или 33 Мгц

256 байт

Упрощенный вариант

DS80C320

до 25 или 33 Мгц 

256 байт


DS80C323

до 20 Мгц 

256 байт

Питание 3 В


DS87C520


до 33 Мгц 

256 + 16К ПЗУ + 1К ОЗУ

Имеется вариант корпуса с кварцевым окном

DS87C530

до 33 Мгц

256 + 16К ПЗУ + 1К ОЗУ

Таймер реального времени, энергонезависимая память

Команды MCS51 состоят из одного, двух или трех байт. При выполнении команды процессор сначала считывает байты этой команды, а потом может несколько раз считать первый байт следующей. Во всех командах DS80C320 уменьшено число таких бесполезных считываний. Таким образом, микропроцессор DS80C320 быстрее стандартного 18051 в среднем в 2.5 раза. В табл. 1.10 приведены эквивалентные частоты этих двух процессоров. Максимальная тактовая частота DS80C320 и других процессоров этого семейства - 33 Мгц. Минимальная частота ничем не ограничена, поскольку все микропроцессоры DSC являются полностью статическими.

Таблица 1.10.

Сравнение тактовых частот для процессоров одинаковой производительности

СТАНДАРТНЫЙ 8051

DS80C320

11,0592 Мгц

16 Мгц

20 Мгц

24 Мгц

33 Мгц

44 Мгц

62.5 Мгц

82.5 МГц,

4.4 Мгц

6.4 Мгц

8 Мгц

9.6 Мгц

13.2 Мгц

16 Мгц

25 Мгц

33 Мгц

1.5.3. Организация памяти скоростных контроллеров.

Микроконтроллеры MCS51 имеют гарвардскую архитектуру, которая подразумевает целевое разделение памяти. Адресуемая косвенно и непосредственно внутренняя регистровая память (Scratchpad Меmory) имеет максимально возможный объем 256 байт и для скоростного семейства ничем не отличается от стандартной. В микросхемах DS87C5xx имеется также внутренняя программная память и внутренняя память данных (обращение по инструкциям MOVX).

Внутренняя программная память объемом 16 Кбайт выполнена по технологии перепрограммируемого ПЗУ (EPROM). В зависимости от используемого корпуса, она может быть программируемой однократно или стираемая ультрафиолетовыми лучами. Для предотвращения несанкционированного доступа при программировании разрешено три уровня защиты. Объем внутренней памяти может быть ограничен программно, несмотря на то, что физический ее объем остается прежним. Разрешены следующие устанавливаемые в любое время границы: 0, 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64 Кбайта. При обращении к программной памяти ниже установленной границы происходит считывание внутренней памяти (даже за пределами 16 Кбайт), в противном случае происходит считывание внешней памяти с использованием портов 0 и 2.

Внутренняя память данных имеет объем 1 Кбайт, расположена с нулевого адреса и может быть отключена или включена на все адресное пространство. В последнем случае реально считывается и записывается только первые 1 Кбайт памяти и один системный байт, несущий информацию о используемой защите программирования

Обращение к внешней памяти данных по умолчанию происходит за один цикл (два цикла на команду MOVX). При частоте 33 Мгц требуется микросхемы памяти с временем доступа менее 80 нс. Имеется механизм, позволяющий увеличить длительность сигналов RD и WR в интервале с 4 до 28 машинных циклов. Это обеспечивает обращение по команде MOVX к медленной памяти и различным по скорости устройствам ввода/вывода. Длительность задается программно в любой момент времени.

1.5.4. Возможности скоростных контроллеров.

Перечень и возможности этих моделей даны в табл. 1.11.

Таблица 1.11.

Возможности скоростных контроллеров фирмы Dallas

Тип контроллера

DS80C310 

DS80C320

DS80C323

 DS83C520 

DS87C520

DS67C530

Внутреннее ПЗУ

         -


           -


        -

16 Кбайт Маска

16Кбайт EPROM

16Кбайт EPROM

Регистровое ОЗУ

256 байт

256 байт

256 байт

256 байт

256 байт

256 байт

Внутренне ОЗУ (MOVX)




1 Кбайт

1 Кбайт

1 Кбайт

Последовательный канал

1

2

2

2

2

2

Внешние прерывания

6

6

6

6

6

6

Дежурный таймер (WatchDog Timer)



+

+

+

+

+

Реакция на пропадание питающего напряжения


+

+

+

+

+

Указатели DPTR

2

2

2

2

2

2

16-битные таймеры

3

3

3

3

3

3

Управление потреблением



+

+

+

Встроенный генератор


+

+

+

+

+

Управление потреблением



+

+

+

Таймер реального времени





+

Энергонезависимая память





+

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6


© 2010
Частичное или полное использование материалов
запрещено.