Wykład 3

Wykład 3
Przegląd mikrokontrolerów 8-bit:
- 8051
- STM8
Mikrokontrolery 8051
• Rodzina 8051 wzięła się od mikrokontrolera Intel
8051 stworzonego w 1980 roku
• Mikrokontrolery 8051 były przez długi czas
najpopularniejszymi mikrokontrolerami na rynku
• Jednym ze źródeł sukcesu jest fakt produkcji
mikrokontrolerów opartych o rdzeń 8051 przez wielu
producentów (np. Siemens, Infineon, Atmel, Philips,
Dallas Semiconductors, Analog Devices)
• Mikrokontrolery oparte o rdzeń 8051 są w dalszym
ciągu bardzo popularne ze względów kompatybilności
wstecz, a także dlatego, że obecnie dostępne
konstrukcje są znacznie bardziej wydajne)
Mikrokontrolery 8051
• Główne cechy:
– Mikrokontroler CISC
– Zmodyfikowana architektura Harvardzka (rozdzielone
magistrale danych i instrukcji z możliwością samomodyfikacji
kodu)
– 8-bit jednostka ALU
– 4 banki po 8 rejestrów ogólnego przeznaczenia
– 4kB wewnętrznej pamięci ROM
– 128B wewnętrznej pamięci RAM
– cztery porty równoległe P0..P3
– blok UART
– dwa timery
– system przerwań z układem priorytetów
8051 – Schemat blokowy
External interrupts
Interrupt
Control
On-chip
ROM for
program
code
Timer/Counter
On-chip
RAM
Timer 1
Timer 0
CPU
OSC
Bus
Control
4 I/O Ports
P0 P1 P2 P3
Address/Data
Serial
Port
TxD RxD
Counter
Inputs
8051 – rozkład pinów
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
RST
(RXD)P3.0
(TXD)P3.1
(INT0)P3.2
(INT1)P3.3
(T0)P3.4
(T1)P3.5
(WR)P3.6
(RD)P3.7
XTAL2
XTAL1
GND
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
8051
(8031)
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
Vcc
P0.0(AD0)
P0.1(AD1)
P0.2(AD2)
P0.3(AD3)
P0.4(AD4)
P0.5(AD5)
P0.6(AD6)
P0.7(AD7)
EA/VPP
ALE/PROG
PSEN
P2.7(A15)
P2.6(A14)
P2.5(A13)
P2.4(A12)
P2.3(A11)
P2.2(A10)
P2.1(A9)
P2.0(A8)
8051 – rozkład pinów
• Ciekawe piny:
– RST – aktywny wysokim
– EA – External Access – pin konfiguracyjny; stan wysoki
oznacza korzystanie z programu zapamiętanego w
wewnętrznym ROMie
– PSEN – Program Store Enable – pin podłączany do pinu
OE w pamięci ROM
– ALE – Address Latch Enable – pin używany do
demultipleksacji adresów i danych na wspólnej magistrali
wyjściowej
– XTAL1, XTAL2 – piny do podłączenia oscylatora
kwarcowego
8051 – rejestry
A
B
R0
DPTR
DPH
DPL
R1
R2
PC
PC
R3
R4
R5
R6
R7
Some 8-bitt Registers of
the 8051
Some 8051 16-bit Register
8051 – główni producenci
• ChipCON – wersje z blokami komunikacji
bezprzewodowej
• Analog Devices – główny nacisk położony na
wysokiej klasy przetworniki cyfrowo-analogowe i
analogowo-cyfrowe
• Dallas Semiconductors – znacznie poprawiona
wydajność (nawet kilkadziesiąt razy), dobre bloki
komunikacyjne (CAN, Ethernet)
• NXP – dużo „klasycznych” modeli, redukcja prądu
zasilania, poprawiona wydajność
8051 by ChipCON – rodzina układów
8051 by ChipCON – typy sieci
8051 by ChipCON – zasięg vs prędkość
8051 by ChipCON – tablica wyboru 1/2
8051 by ChipCON – tablica wyboru 2/2
CC2430
• Główne cechy
– Układ SoC (Silicon on Chip) – zintegrowany procesor i
układy radiowe
– Rdzeń 8051, 32MHz, single-cycle
– 8kB SRAM
– Wsparcie cyfrowe dla RSSI/LQI (monitorowanie jakości
połączenia)
– Do 128kB programowalnej w systemie pamięci Flash
– Transceiver RF 2.4GHz zgodny z 802.15.4
– Ultra niskie napięcie zasilania
– Bardzo mała ilość wymaganych komponentów
zewnętrznych
CC2430
ADuC 845
ADuC 845
• Główne cechy
– rdzeń 8052 (do 20 MIPS – 8052 to nieco rozszerzony 8051)
– pamięć programu typu Flash – do 62kB
– pamięć danych typu Flash – do 4kB
– SRAM do 2kB
– bloki SPI, I2C oraz UART
– wielokrotne wyjścia PWM
– układ programowalny w systemie
– 24-bit ADC z programowalnym wzmocnieniem toru
– 12-bit rail-to-rail DAC
– wbudowane źródło referencyjne napięciowe i prądowe
– wbudowany czujnik temperatury
8051 by Dallas Semiconductors
• Procesory z naciskiem położonym na zwiększenie
wydajności oraz maksymalnej funkcjonalności
• Dostępne wersje przeznaczone specjalnie do
zastosowań sieciowych z wydajnymi interfejsami CAN
oraz Ethernet
• Dostępne również wersje „bezpieczne” ze
sprzętowym wspomaganiem szyfrowania danych
• Wydajność procesora do 33MIPS (oryginał – tylko
1MIPS!!!)
DS80C410
• Główne cechy
– znacząco zmodyfikowany rdzeń 8032, zegar do 75MHz, do
19 MIPS
– płaska przestrzeń adresowa o długości 16MB
– cztery wskaźniki danych (w oryginale 1)
– 16/32-bit układ wspomagania obliczeń arytmetycznych
– 10/100 Mb/s kontroler Ethernet
– kontroler CAN 2.0B
– 3 porty UART
– port OneWire ( w końcu Dallas ☺)
– do 8 portów równoległych 8-bitowych
DS80C410 – Ethernet 1/2
• BCU – Buffer Control Unit
• CSR – Command/Status Register
DS80C410 – Ethernet 2/2
DS80C410 – Akcelerator matematyczny
Mikrokontrolery STM8S
Mikrokontrolery STM8S
• Główne cechy
– Nowa rodzina procesorów 8-bitowych o architekturze
Harvardzkiej
– Instrukcje wykonywane w jednym cyklu zegara za wyjątkiem
skoków – średnio 1.6 cyklu zegara na instrukcję
– Przyzwoita wydajność – zegary do 24MHz (20 MIPS),
trzystopniowa kolejka instrukcji (pipeline)
– Duża odporność na impulsy i przepięcia
– Pamięć programu do 128 kB
– Pamięć SRAM do 6 kB
– Pamięć EEPROM do 2 kB
– Szybkie i dokładne przetworniki ADC
STM8S207S6
STM8S207S6
• Główne cechy
– Wystarczająca ilość wszelkiego rodzaju pamięci
– Max. częstotliwość zegara – 24MHz
– Zasilanie 2.95-5.5 V
– 8 kanałów wyjściowych liczników – przy 4 fizycznych
Timerach
– 3 komplementarne pary wyjść PWM
– 2 x On-chip oscillator (128kHz oraz 16MHz)
– 32 bitowa magistrala programu – większość instrukcji
pobierana w jednym cyklu
– 9 kanałów przetwornika 10-bit ADC
– 15 pinów wysoko-prądowych (20mA)
– generacja sygnałów dla Beepera
STM8 – zaawansowany licznik TIM1
STM8 – zaawansowany licznik TIM1
• Główne cechy
– 16-bitowy licznik góra/dół z autoprzeładowaniem
– 16-bitowy programowalny prescaler rekonfigurowalny „w
locie”
– Możliwość synchronizacji z innymi licznikami
– 4 niezależne kanały wyjściowe konfigurowalne jako:
•Input capture
•Output compare
•PWM
•One pulse output
•Trzy wyjścia komplementarne z regulowanym czasem „dead
band”
•6 – stopniowy PWM (do sterowania silników)
STM8 – one pulse output
• Ciekawy tryb będący formą uniwibratora – proces generacji
impulsu przez procesor jest inicjowany zewnętrznym impulsem
HC08 Q
HC08 Q
• Rodzina procesorów 8-bitowych CISC
„odziedziczona” po Motoroli
• Wersja Q jest wersją „low-end” dostępną w bardzo
małych obudowach
• Rodzina nie wyróżnia się niczym specjalnym ☺
HCS08 L
• Usprawniona rodzina
HC08
• Dużo dodatkowych
peryferiów
• Większa wydajność (do
20 MIPS)
• Zintegrowany sterownik
LCD
• Zintegrowany kontroler
klawiatury KBI
• Zintegrowany zegar RTC
• Sporo interfejsów
• MTIM – programowalny
zegar typu „budzik”
Dziękuję za uwagę