Однокристальные микроэвм семейства mcs-51

Первые микросхемы этой серии появились на российском рынке 10 лет назад. Родоначальником этого семейства была фирма "Intel". Восьмиразрядный процессор позволяет адресовать 64 Кбайта внешнего ОЗУ и 64 Кбайта памяти программ. Командный цикл составляет 12 периодов кварцевого генератора. Отличительная особенность ядра MCS-51 – развитая система команд для работы с битами: установка/сброс, пересылки, логические операции, условные переходы по состоянию бита, независимо от того, выполняются ли эти команды с ячейками памяти или с цифровыми сигналами на внешних выводах микросхемы. Производитель постоянно совершенствовал внутреннюю архитектуру микропроцессоров, добавляя в них новые функциональные блоки. Последней, до сих пор используемой разработкой, стала микросхема D87C51FA/FB/FC. Эта однокристальная ЭВМ имеет в своем составе 8/16/32 К памяти программ с ультрафиолетовым стиранием; 256 байт внутреннего ОЗУ; 4 8-битовых двунаправленных порта ввода/вывода; 3 16-разрядных таймера; массив программируемого счетчика, содержащего 5 модулей с функциями сравнения/защелки, таймера, высокоскоростного вывода, формирователя широтно-импульсной модуляции, сторожевого таймера; 8 источников прерываний; последовательный порт; встроенные цепи для кварцевого генератора частоты (до 32 МГц); корпус типа DIP, имеющий 40 выводов.

Типичная схема подключения однокристальной ЭВМ представлена на рис. 2.1. Она не требует каких-либо других навесных элементов, кроме схемы формирования сброса, выполненной на элементах R1, C1, и схемы кварцевого генератора внутренней частоты – ZQ1, C2, C3.

Рис. 2.1

В дальнейшем фирма "Intel" прекратила разработки этой однокристальной ЭВМ. Эстафету подхватили такие фирмы, как "Dallas", "Texas Instruments", "Philips", но наибольших успехов добилась компания "Atmel", выпустившая семейство микросхем с ядром MCS-51, использующих в качестве памяти программ память с электрическим перепрограммированием (flash). Использование такого типа памяти позволило существенно сократить время разработки, так как значительно уменьшилось время стирания (до нескольких секунд), а также в десятки раз увеличилось число циклов записи/стирания памяти программ – повысился ресурс микросхем. Полностью совпадающая по цоколевке выводов с аналогом фирмы "Intel" однокристальная ЭВМ фирмы "Atmel" AT89C52 не имеет в своем составе массива программируемого счетчика. Стоимость ее в 2,5 раза ниже аналогичной микросхемы "Intel". Фирма "Atmel" выпустила также вариант однокристальной ЭВМ – AT89C2051 в корпусе с двадцатью выводами (схема подключения приведена на рис. 2.2), имеющий 2 Кбайта flash-памяти программ, 128 байт внутреннего ОЗУ, 15 двунаправленных линий портов ввода/вывода, 2 16-разрядных таймера, 5 векторов прерываний, последовательный порт и аналоговый компаратор.

Рис. 2.2

Выход компаратора – внутренний, использует линию порта Р3.6, не выведенную на внешний контакт. Дальнейшие разработки фирмы "Atmel" привели к созданию микросхемы AT89S8252. В отличие от AT89C52 она имеет 2 Кбайта энергонезависимой памяти данных EEPROM, сторожевой таймер, встроенный SPI-интерфейс.

Для программирования однокристальной микроЭВМ требуется использовать специальные устройства – программаторы, которые записывают коды команд во внутреннюю память в параллельном двоичном коде через линии портов ввода/вывода. При программировании микросхема изымается из устройства и устанавливается в специальную панель программатора. В микросхеме AT89S8252 для записи команд во внутреннюю память использован последовательный SPI-интерфейс, по которому осуществляется программирование flash-памяти микроЭВМ непосредственно в печатной плате обслуживаемого ею устройства. Это позволило сделать качественный скачок в ускорении процесса отладки программного обеспечения в реальном масштабе времени, поскольку появилась возможность обновлять содержимое памяти программ в запаянном на плате процессоре.

Следующую попытку использовать ядро MCS-51 предприняла фирма "Analog Devices", выпустив микросхему ADmC812. В этой микроЭВМ отсутствует массив программируемого счетчика, но добавлены два 12-битовых ЦАП по напряжению, 12-битовый АЦП с коммутатором на 8 каналов, внутренний источник опорного напряжения, 640 байт EEPROM-памяти, температурный сенсор кристалла, I²C- и SPI-интерфейсы связи. Программирование памяти программ производится на плате через встроенный последовательный интерфейс (линии порта Р3). Последующая разработка (микросхема ADmC824) имеет 2 независимых Sigma-Delta АЦП 16 и 24 бит с программируемым коэффициентом усиления.

В конце 2002 г. фирма "CYGNAL Integrated Products" выпустила принципиально новый RISC-процессор серии C8051Fxxx с ядром MCS-51. Производительность его достигает 25 MIPS и превосходит все ранее выпускаемые MCS-51. Большое разнообразие выпускаемых микросхем данной серии позволяет подобрать оптимальную микроЭВМ по набору встроенных периферийных устройств для конкретной задачи. Микросхемы фирмы "CYGNAL" снабжены flash-памятью до 256 Кбайт, которая программируется в плате через JTAG-интерфейс. В этой памяти можно хранить данные, записывая их командами по ходу выполнения программы микроЭВМ. Из периферийных устройств можно перечислить встроенный генератор тактовой частоты; массив программируемого счетчика, до пяти 16-разрядных таймеров, компараторы, АЦП различного типа и разрядности, ЦАП; последовательные, I²C-, SPI-интерфейсы связи.

Микросхемы фирмы "CYGNAL" выгодно отличаются низкой потребляемой мощностью, низким напряжением питания (3 В), выпускаются в корпусах с количеством выводов от 11 до 100.

Дата добавления: 2014-12-27