Wykład 8

Technika mikroprocesorowa
Mikrokontrolery 8-bitowe
•
Mikrokontrolery 8-bitowe stanowią wciąż najliczniejszą grupę mikrokontrolerów.
•
Istniejące w chwili obecnej na rynku rodziny mikrokontrolerów opracowane zostały w
latach 80-tych. Nowe rodziny mikrokontrolerów 8-bitowych nie są w ostatnich latach
wprowadzane na rynek. Natomiast rodziny istniejące są intensywnie rozwijane.
•
W chwili obecnej jest produkowanych kilkanaście rodzin mikrokontrolerów.
•
Typowy mikrokontroler 8-bitowy pracuje z częstotliwością taktowania jednostki
centralnej wynoszącą od 8 do 30 MHz i ma moc obliczeniową od kilku do kilkunastu
MIPS.
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
1
Technika mikroprocesorowa
Przykładowe rodziny mikrokontrolerów 8-bitowych
oznaczenie rodziny
producent
8051
Intel, Philips, Siemens, Atmel
6805/08/11
Motorola
ST62/72/92
ST Microelecronic
PICmicro
Microchip Tchnology
COP8
National Semiconductor
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
2
Technika mikroprocesorowa
Mikrokontrolery rodziny 8051
•
Rodzina mikrokontrolerów 8051 została opracowana przez firmę Intel na początku lat 80tych. Nazwa tej rodziny stosowana przez firmę Intel to MCS51
•
Rodzina ta produkowana jest także przez szereg innych firm na zasadzie licencji.
Największy asortyment tych mikrokontrolerów produkuje obecnie firma Philips
•
Mikrokontrolery rodziny 8051 dominują w Europie.
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
3
Technika mikroprocesorowa
Przykładowi producenci mikrokontrolerów rodziny 8051
producent
mikrokontroler
charakterystyczna cecha
Philips
P80C598
wewnętrzny sterownik CAN 2.0
Siemens (Infineon)
SAB80C509-L
duża wewnętrzna pamięć RAM (3328
bajtów)
Atmel
AT89C55
wewnętrzna
kilobajtów)
Analog Devices
AduC812
wewnętrzny 12-bitowy
analogowo-cyfrowy
Dallas
DS80C320
duża moc obliczeniowa
centralnej (8.25 MIPS)
pamięć
FLASH
(20
przetwornik
jednostki
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
4
Technika mikroprocesorowa
Struktura wewnętrzna mikrokontrolerów rodziny 8051
jednostka centralna
wewnętr zne
szyny
systemowe
pamięć
ROM
układ
przerwań
pamięć
RAM
sterownik
zewnętrznych szyn
systemowych
wewnętrzne
urządzenia
peryferyjne
porty
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
5
Technika mikroprocesorowa
Wyprowadzania zewnętrzne mikrokontrolerów rodziny 8051
zewnętrzny sygnał
taktujący
szyna danych
/część szyny
adresowej
P0
P1
8051
część szyny
adresowej
P2
szyna
sterująca
P3
dostęp do
wewnętrznych
urządzeń
peryferyjnych
zasilanie
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
6
Technika mikroprocesorowa
Alternatywne funkcje portów mikrokontrolerów rodziny 8051
Port
Alternatywna funkcja
P0
wyprowadzenie szyny danych lub części szyny adresowej
P1
brak (tylko w podstawowej wersji 8051)
P2
wyprowadzenie części szyny adresowej
P3
dostęp łącz szeregowych, układów czasowych, przerwań
zewnętrznych oraz wyprowadzenia dodatkowe sygnały do
przyłączenia pamięci zewnętrznej
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
7
Technika mikroprocesorowa
Cechy jednostki centralnej mikrokontrolerów rodziny 8051
•
architektura typu CISC z 111 rozkazami
•
moc obliczeniowa wynosi ok. 1 MIPS przy częstotliwości taktowania 12MHz
•
tzw. architektura akumulatorowa jednostki centralnej, tzn. niektóre rozkazy, m.in. operacje
arytmetyczne muszą wykorzystywać jeden wyróżniony rejestr wewnętrzny o nazwie
akumulator (jest to ograniczenie gdyż jednostki centralne o nowszej architektury pozwalają
wykonywać takie operacje z użyciem większej liczby rejestrów)
•
możliwość wykonywania operacji na pojedynczych bitach (zmienne te muszą znajdować się
jednak w określonym miejscu w wewnętrznej pamięci RAM). Argumentem tych rozkazów
jest bit o oznaczeniu C jednego specjalnych rejestrów
•
model pamięci typu Harvard (tj. rozdzielona przestrzeń adresowa dla pamięci programu i
pamięci danych)
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
8
Technika mikroprocesorowa
Źródła przerwań mikrokontrolerów rodziny 8051
źródło przerwania
adres skoku
start jednostki centralnej
0000H
przerwanie zewnętrzne 0
0003H
układ czasowy 0
000BH
przerwanie zewnętrzne 1
0013H
układ czasowy 1
001BH
sterownik komunikacji szeregowej
0023H
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
9
Technika mikroprocesorowa
Przestrzeń adresowa mikrokontrolerów rodziny 8051
obszar
specjalnych
rejestrów
funkcyjnych
(128bajtów)
pamięć
programu
(max. 64
kilobajty)
pamięć
danych
(max. 64
kilobajty)
pamięć
RAM (128
bajtów)
pamięć
wewnetrzna
pamięć
zewnętrzna
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
10
Technika mikroprocesorowa
tendencje rozwojowe
mikrokontrolerów rodziny 8051
jednostka
centralna
pamięć
zwiększenie
częstotliwości
taktowania do
max. 40MHz,
modyfikacja
architektury (np.
zwiększenie
liczby DPTR)
integracja pamięci
OTP lub FLASH
(max. 64
kilobajtów)
integracja pamięci
RAM (max. 4
kilobajtów)
wewnętrzne
urządzenia
peryferyjne
rozbudowa
istniejących i
wprowadzenie
nowych układów
peryferyjnych
(zespoły układów
czasowych,
przetworniki AC,
sterowniki
komunikacji
szeregowej, np.
CAN)
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
11
Technika mikroprocesorowa
Mikrokontrolery rodziny 68xx
•
Rodzina 6805/08/11 8-bitowych mikrokontrolerów produkowanych przez firmę Motorola
jest głównym konkurentem rodziny 8051. Została ona wprowadzona na rynek prawie
równolegle do rodziny 8051
•
Mimo że mikrokontrolery 6805/08/11 produkowane są tylko przez firmę Motorola
(obecnie Freescale Semiconductor) liczba mikrokontrolerów należących do tej rodziny jest
bardzo duża, tj. ponad 100 odmian
•
Jednostka centralna mikrokontrolerów rodziny 6805/08/11 podobnie jak 8051
wykorzystuje architekturę CISC. Rodzina 6805/0811 obejmuje trzy grupy
mikrokontrolerów:68HC05, 68HC08, 68HC11
•
Zestaw urządzeń peryferyjnych oferowanych w tych mikrokontrolerach zbliżony jest do
rodziny 8051. Oferowane standardy łączy szeregowych to SCI i SPI
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
12
Technika mikroprocesorowa
Mikrokontrolery rodziny PLCmicro
•
Rodzina PLCmicro 8-bitowych mikrokontrolerów produkowanych przez firmę Microchip
Technology stanowi najbardziej interesującą alternatywę w stosunku do wiodących rodzin
8051 i 6805/09/11
•
Główna różnica polega na tym, że rodzina PLCmicro ma jednostkę centralną o
architekturze RISC. Oferowanych jest kilka rodzin mikrokontrolerów różniących się m.in.
zestawem urządzeń peryferyjnych
•
Liczba rozkazów zależy od rodziny i jest znacznie mniejsza niż dla mikrokontrolerów
CISC (np. tylko 33 dla rodziny PIC16C5x)
•
Inną ważną zaletą wynikającą ze stosowania architektury RISC jest relatywnie dużą
moc obliczeniowa. Dla niektórych mikrokontrolerów z rodziny PLCmicro sięga ona do 10
MIPS przy częstotliwości taktowania 20 MHz
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
13