Микропроцессорные системы - Александров Е.К.
ISBN 5-7325-0516-4
Скачать (прямая ссылка):
методов адресации, повышенной частотой внутренней шины (до 4 МГц). МК
семейства НС11 выгодно отличает наличие трех типов памяти на кристалле:
однократно программируемого ПЗУ программ, статического ОЗУ данных и
электрически программируемого и электрически стираемого ПЗУ данных.
В конце 1990-х годов фирма "Motorola" представила новое 8-разрядное
семейство НС08, которое должно постепенно заменить МК семейства НС05 и
стать новым "промышленным стандартом" 8-разрядных МК фирмы. Отличительные
особенности и направления развития семейства НС08 перечислены ниже:
• Высокопроизводительное 8-разрядное АЛУ. Увеличение производительности
достигается повышением частоты обмена внутренней шины до 8,0 МГц,
совмещением цикла
287
8-РАЗРЯДНЫЕ микроконтроллеры
исполнения и цикла выборки следующей команды, введением специальных
команд просмотра таблиц и организации циклов, расширением числа способов
адресации операндов. Указанные меры позволили повысить производительность
центрального процессора НС08 в 6 раз по сравнению с процессором семейства
НС05.
• Программная совместимость "снизу вверх" как на уровне исходного текста,
так и на уровне объектных кодов с процессорным ядром семейства НС05.
• Переход к FLASH-технологии для ПЗУ программ пользователя. Для
большинства типов МК проектируется создание двух моделей с возможностью
замены "корпус в корпус". Эти МК полностью идентичны по функциональному
составу и различаются только технологией занесения информации в ПЗУ
программ (maskROM или FLASH).
• Библиотека периферийных модулей имеет расширенный набор контроллеров
последовательного обмена. Кроме стандартных для МК фирмы "Motorola"
портов асинхронного (SCI) и синхронного (SPI) обмена, разработаны
контроллеры для работы в промышленных сетях с протоколом CAN и для
перспективной шины вычислительной техники USB.
• Существенно улучшены возможности отладки МК. Встроенный монитор и
специальный порт позволяют производить отладку прикладных программ
управления непосредственно на плате конечного изделия без использования
дорогостоящих схемных эмуляторов.
• МК с памятью программ типа FLASH позволяют реализовать режим
программирования в системе, при котором прикладная программа заносится в
память МК, который стационарно расположен на плате изделия. Коды
программы передаются по последовательному интерфейсу от персонального
компьютера.
• Специальные схемотехнические решения повышают надежность работы МК в
условиях электромагнитных помех и неблагоприятной внешней среды.
Архитектура МК семейства НС08 рассмотрена в п. 4.3.
В конце 1980-х годов фирма "Microchip" выпустила МК Р1С16С5х, которые
основали ныне широко распространенное семейство PIC16. Благодаря высокой
производительности, малому потреблению и низкой стоимости это семейство с
RISC-архитектурой составило серьезную конкуренцию производимым в то время
8-разрядным МК с CISC-архитектурой. В основу концепции PIC была положена
RISC-архитектура с системой простых однословных команд. Система команд
базового семейства Р1С16С5х содержит только 33 команды. Все команды,
кроме команд перехода, выполняются за один машинный цикл с перекрытием по
времени выборок команд из памяти и их исполнения. Производительность
Р1С16С5х при частоте тактирования в 20 МГц составляет 5 MIPS. В настоящее
время фирма "Microchip" выпускает пять семейств МК с RISC-архитектурой:
1) Р1С15С5х включает недорогие контроллеры с минимальным набором
периферии;
2) Р1С12Сххх включает МК в миниатюрном 8-выводном корпусе со встроенным
тактовым генератором; однако "миниатюрность" не мешает некоторым моделям
этого семейства иметь встроенный модуль 8-разрядного АЦП;
3) Р1С16х/7х/8х/9х объединяет МК с развитой периферией; в число
периферийных модулей входят таймеры-счетчики с опциями захвата/сравнения,
широтно-импульсные модуляторы, аналоговые компараторы, АЦП, контроллеры
различных последовательных интерфейсов;
4) Р1С17С4х/5хх включает высокопроизводительные МК с расширенной системой
команд и обширной периферией; МК этого семейства имеют встроенный
аппаратный умножитель 8x8, выполняющий операцию умножения за один
машинный цикл;
5) Р1С18Сххх - новое семейство с оптимизированным под использование Си-
компилятора RISC-ядром и частотой внутренней шины до 10 МГц.
В1997 г. фирма "Atmel" представила первые МК семейства AVR. Семейство AVR
AT90S объединяет мощный гарвардский RISC-процессор с раздельным доступом
к памяти программ и данных, 32 регистра общего назначения и развитую
систему команд. Последние
288
СТРУКТУРА СОВРЕМЕННЫХ 8-РАЗРЯДНЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ
версии семейства AVR имеют в составе АЛУ аппаратный умножитель. Базовый
набор команд AVR содержит 120 инструкций. Большинство команд выполняется
за один машинный цикл, производительность ряда моделей составляет 20
MIPS. Периферия AVR МК включает параллельные порты, таймеры-счетчики,
различные последовательные интерфейсы, АЦП, аналоговые компараторы. МК
AVR подразделяются на три серии:
