Фирмы-производители микроконтроллеров. Типовые характеристики семейства MCS-51.

Микроконтроллеры семейства MCS-51

Глава 3

 

Архитектура семейства MCS-51 фирмы Intel была в свое время определена настолько удачно, что является сегодня, по существу, одним из стандартов «де-факто» на мировом рынке 8-разрядных микроконтроллеров.

Понятие «архитектура» семейства микроконтроллеров далее трактуется как совокупность внутренних и внешних программно доступных ресурсов, сис­темы команд, системы прерываний, функций ввода/вывода и протоколов обмена по магистрали. Архитектура семейства воплощается производите­лем в виде набора связанных функционально-топологических модулей. Конкретный микропроцессор семейства представляет собой определенную комбинацию этих модулей, основой которой является операционное ядро («core» у фирмы Intel).

Семейство MCS-51 фирмы Intel насчитывает в настоящее время около по­лусотни микроконтроллеров, разбитых производителем на не­сколько групп (product lines). Увеличение семейства осуществляется за счет успехов микроэлектронной технологии.

Первый микроконтроллер 8051АН был разработан на основе фирменной nMOS технологии (HMOS) с использованием схемотехники динамических элементов. Поскольку 8-разрядный микроконтроллер имеет степень интег­рации, примерно соответствующую 16-разрядному микропроцессору, толь­ко такой подход позволил в начале 80-х годов реализовать столь развитую и перспективную архитектуру. Но для разработчиков изделий на основе это­го микроконтроллера динамическая HMOS схемотехника ставила доволь­но серьезные проблемы, связанные с невозможностью остановить работу микроконтроллера после подачи напряжения питания. Кроме того, мощ­ность, потребляемая микроконтроллерами этой группы, довольно велика.

Усовершенствование HMOS технологии, рост степени интеграции позво­лил в рамках устоявшейся архитектуры расширить набор внутренних ин­терфейсных блоков, увеличить внутреннюю память программ и данных. Таким образом появились микроконтроллеры типа 8052. Далее семейство продолжало увеличиваться за счет модификаций типа 80С51/52/54/58, выполненных с использованием фирменной комплиментарной MOS тех­нологии (CHMOS). Эта технология позволила уменьшить рассеиваемую мощность при обычной работе и ввести особые режимы, дополнительно снижающие энергопотребление. Появились микроконтроллеры типа 80L52/54/58 с пониженным напряжением питания.

С группой 80C51FA/FB/FC связано введение в архитектуру семейства модуля РСА (programmable counter array) и сторожевого таймера WDT (watchdog timer). Модуль РСА предназначен для выполнения различных операций счета и определения длительности интервалов времени, в том числе при широтно-импульсной модуляции. Сторожевой таймер обеспе­чивает перезагрузку процессора при зависаниях. Старшими членами семейства являются микроконтроллеры типа 80C51GB, имеющие встро­енный 8-разрядный АЦП, шесть параллельных портов. Современные вер­сии микроконтроллеров семейства MCS-51 выполнены с использованием полностью статической схемотехники. Это позволяет останавливать микроконтроллер при отладке разрабатываемой системы.

В то время как популярность большинства других типов микроконтролле­ров определяется объемом их продаж, 8051 снискали другую славу. Микро­контроллеры с архитектурой 8051 производятся наибольшим числом компа­ний. В этом заключается их несомненное преимущество, так как каждый производитель производил усовершенствования 8051 с целью расширения функциональных возможностей или повышения скорости. Благодаря этому архитектура 8051 стала весьма привлекательной для реализации широкого диапазона приложений.

 

Микроконтроллеры 8051 имеют следующие типовые характерис­тики:

• Тактовая частота 24 МГц.

• Командный цикл 12 тактов.

• Объем памяти программ 4К.

• Объем памяти данных RAM 128байт.

• Число линий ввода-вывода - 32.

• Два 8/16-разрядных таймера.

• Множество внутренних и внешних источников прерываний.

• Программируемый последовательный порт.

• Интерфейс с внешней памятью объемом до 128К.

 

Сейчас существует более 10 производителей, выпускающих свои версии 8051. Эти версии, совместимые по выводам, программному коду, временным ха­рактеристикам, имеют существенные отличия от оригинала в части ускорения выполнения программ и расширения функциональных возможностей. Каждый производитель реализует некоторое улучшение характеристик по сравнению со стандартным 8051. Первоначальный вариант 8051 может показаться доволь­но непривлекательным при сравнении с рядом моделей микроконтроллеров семейств Р1С и 68НС05. Но если рассмотреть весь спектр возможностей, пред­лагаемых различными производителями 8051, то можно придти к выводу, что эти микроконтроллеры не уступают любому другому семейству.

Являясь создателем архитектуры 8051, компания Intel не внесла суще­ственных изменений в первоначально разработанные микроконтроллеры. Наиболее значительное развитие архитектуры 8051 сделано компанией при разработке микроконтроллеров семейств MCS-151 и MCS-251. Эти микро­контроллеры, которые по выводам и объектному коду совместимы с 8051 и 87С51, обеспечивают существенное повышение производительности.

Компания Atmel, которая является «новичком» в области микроконтрол­леров, предлагает «урезанный» вариант 8051 (наряду с семейством микро­контроллеров AVR), который размещен в 20-выводном корпусе. Эта версия 8051 ориентирована на использование в относительно простых и дешевых приложениях. В некоторых версиях микроконтроллеров 8051 компании Atmel (AT89S1051 и AT89S2051) содержится память EEPROM для хранения про­грамм и энергонезависимая память данных, что делает их удобными для ис­пользования в процессе изучения и для выполнения радиолюбителями экс­периментальных разработок.

Компания Dallas Semiconductor разработала быстродействующий вариант микроконтроллера 8051HSM («high-speed microcontroller»). Выпустив этот микроконтроллер, компания Dallas Semiconductor стала лидером по быстро­действию среди всех поставщиков 8051. В микроконтроллерах 8051HSM ко­манды выполняются в два - три раза быстрее по сравнению с базовым семейством 8051.

Одним из наиболее интересных вариантов является микроконтроллер Dallas Semiconductor с возможностями криптографии. Это устройство позволяет заг­рузить прикладную программу и хранить ее во внешней памяти SRAM в зашифрованном виде. Эта микросхема очень полезна для приложений, связан­ных с дистанционным контролем, где необходимо обеспечить секретность данных.

Компания Philips Semiconductor имеет наиболее широкую по своим воз­можностям номенклатуру микроконтроллеров, основанных на архитектуре 8051. При разработке приложений, где требуются различные периферийные устройства, рекомендуется просмотреть каталог Philips. Там может найтись микроконтроллер, который реализует необходимые функции без подключе­ния внешних устройств. Наряду с широким выбором стандартных вариантов 8051, компания Philips выпускает микроконтроллеры с архитектурой ХА, которая расширяет архитектуру 8051, обеспечивая возможность обработки 16-разрядных данных.