Микроконтроллеры

МК для бытовой электроники

Серия L, включающая широкий выбор МК с контроллерами ЖКИ, часто используется в разнообразных бытовых устройствах, требующих вывода на ЖКИ-дисплей.

Серия M содержит встроенный контроллер вакуум-флюоресцентного индикатора. Встроенный формирователь обеспечивает возможность управления по 24 линиям при напряжении 40 вольт. В состав микросхем серии также входят 8-битный таймер, 6-канальный 8-битный АЦП, асинхронный последовательный порт и большой объем встроенного ПЗУ.

Серия МС характеризуется наличием в 28-выводном корпусе скоростных каналов ШИМ и 6-канального АЦП, и предназначена для управления электродвигателями в "белой технике": холодильниках, стиральных машинах, кухонных комбайнах, и т.д.

Серии Т специально предназначена для применения в видео и телевизионной аппаратуре, и содержит драйвер цветного экранного дисплея, позволяющий отображать на экране ЭЛТ символы и текстовую информацию. Встроенный АЦП может использоваться для управления настройкой на определенный канал телевидения, каналы ШИМ используются для управления громкостью звука, яркостью изображения и т.д. Интерфейс I2C позволяет управлять другими подсистемами ТВ приемника, например, видеопроцессором.

Серия СС являются продолжением серии Т и имеет расширенный драйвер экранного дисплея с возможностью секционирования данных.

Серии МК общего назначения, особенно наиболее дешевые  серии с малым количеством  выводов (K, J и RC), используются для решения  простых задач управления в разнообразных бытовых устройствах (например, пульты дистанционного управления).

 

МК для автомобильной  электроники

Серия Х включает МК со встроенным контроллером локальной управляющей сети (CAN-Controller Area Network), Европейского стандарта для построения мультиплексной шины автомобиля. МК этой серии используются для локального управления/сбора данных в различных подсистемах автомобиля (приборная панель, стеклоподъемники, подвеска, ABS, и т.д.). Ряд моделей серии Х содержит расширенный таймер, энергонезависимую память, АЦП, ШИМ и расширенный последовательный порт.

Серия V предназначена для выполнения функций, аналогичных серии Х, но ориентирована на другие стандарты построения мультиплексной шины: MDLC (Message DataLink Control) или J1850. Характерной особенностью МК этой серии является сочетание нескольких технологий: КМОП, высоковольтной и силовой, что позволило создать "систему на кристалле", содержащую, помимо стандартных блоков МК, высоковольтный регулятор напряжения, трансиверы мультиплексной шины, EEPROM, АЦП, ШИМ и другие функции.

Серии K, J, P общего назначения часто используются для реализации отдельных функций автомобиля, например, охранной сигнализации (электронный ключ, центральный замок).

 

МК для промышленного  управления

МК серии В сочетают большой объем встроенного программируемого ПЗУ, EEPROM, АЦП и ШИМ, а также таймер и расширенный последовательный порт. Такая конфигурация позволяет использовать микросхемы серии в самых разнообразных индустриальных приложениях.

Серия МС характеризуется наличием в 28-выводном корпусе скоростных каналов ШИМ и 6-канального АЦП, и предназначена для управления электродвигателями.

Серия Х включает МК с контроллером локальной управляющей сети (CAN-Controller Area Network), выпускается в различных модификациях (ПЗУ от 4К до 32К, корпус от 28 до 64 выводов, АЦП, ШИМ), и применяется для построения локальных узлов сбора данных/управления в распределенных системах управления технологическим оборудованием.

МК серий  общего назначения K, J, P также используются при создании распределенных систем управления/сбора информации, например, систем пожарной сигнализации, систем охраны/доступа, и т.д. "Идентификационная" программируемая область памяти позволяет строить "адресные" датчики.

МК серии L с контроллером ЖКИ могут использоваться в таких системах в качестве узлов сбора/обработки данных с индикацией. Низкое потребление МК этих серий позволяет создавать системы с одновременной передачей питания и данных по одной линии.

 

МК для компьютерной техники

Серия G была разработана специально для использования в портативных компьютерах. Включая в свой состав два асинхронных последовательных интерфейса, контроллер клавиатуры, синтезатор частот с ФАПЧ и возможность управления потребляемой энергией, микроконтроллеры серии находят применение в носимых компьютерах типа Laptop и Notebook.

Серия BD содержит процессор горизонтальной и вертикальной развертки, а также 16-канальный контроллер ШИМ, и идеально подходит для использования в компьютерных мониторах.

 

МК со специальными функциями 

Серия SC (функции защиты) специально разработана для использования в электронных платежных средствах типа SmartCard и устройствах кодированного доступа. Выпустив на рынок первые чипы для SmartCard в 1977г., Motorola по настоящее время является лидером в области производства кристаллов и модулей для SmartCard, удовлетворяющих наиболее жестким требованиям безопасности, как в смысле программно-аппаратной защиты/шифрования информации, так и в смысле строгого контроля за производством и распределением кристаллов. МК этой серии поставляются, как правило, в виде кристаллов или модулей на ленточных носителях для использовании в банковских, страховых и транспортных картах, а также в картах для систем кабельного и спутникового ТВ, электронных систем доступа и т.д.

Серия HCL05 (низкое питание/потребление) была создана в 1980 году, когда появились первые версии МК с питанием 3.0В. Сейчас в семействе НС05 имеются также МК с питанием 2.2В или 1.8В. Новое семейство МК с питанием 1.8В (тактовая частота до 500 кГц) имеет в 3 раза меньшее потребление, чем аналогичные МК с питанием 3В, и включает в себя следующие модели: MC68HCL05C4, C8, C12, J1A, K0, P1 и Р4.

 

Семейство НС08

Семейство НС08 является следующим шагом в развитии программы заказных МК фирмы Motorola для  массовых приложений и характеризуется повышенной в 5-10 раз производительностью процессорного ядра, совместимого по системе команд с ЦПУ НС05. Семейство НС08 поддерживает дополнительные эффективные команды и методы адресации, а также такие новые функции, как прямой доступ к памяти, технология "нечеткой логики" и элементы цифровой обработки сигналов. При этом полностью статическое процессорное ядро оптимизировано для работы с пониженным напряжением питания и позволяет гибко управлять потреблением с помощью встроенного синтезатора тактовой частоты. Семейство НС08 является первым 8-разрядным семейством с определяемой пользователем архитектурой на базе набора стандартных модулей, что значительно ускоряет цикл разработки нового заказного МК.

Набор модулей  в настоящее время включает в  себя:

• Встроенная память может состоять из масочного или программируемого ПЗУ, ЭСПЗУ (EEPROM и Flash EEPROM), ОЗУ.
• центральный процессор (тактовая частота 8 МГц (цикл 125 нс)),
• 16-разрядные: индексный регистр, программный счетчик и указатель стека;
• Модуль таймера (TIM08) представляет собой гибкое устройство для решения разнообразных задач, связанных с обработкой временных интервалов. Таймер выпускается в различных модификациях и может иметь до 2, 4 или 6 независимых каналов, каждый из которых содержит 16-битный счетчик с программируемым предделителем, регистры входной фиксации, выходного сравнения и ШИМ.
• последовательные интерфейсы;
• АЦП (ADC08);
• контроллер ЖКИ; Модуль управления ЖКИ-дисплеем (LCD08) позволяет подключать до 1280 сегментов ЖКИ (32 группы по 40 сегментов) и содержит внутреннее буферное ОЗУ объемом 160 байт с побитовой адресацией. Встроенный генератор накачки заряда позволяет формировать необходимые уровни напряжения на выходе драйверов, а регулировка контрастности с 8-разрядным разрешением и обратной связью поддерживает заданную контрастность во всем диапазоне рабочих напряжений.
• контроллер ПДП;
• силовые и высоковольтные ключи;
• модуль прямого доступа к памяти (DMA08) обеспечивает скоростной обмен между памятью и внешними устройствами без участия процессора. DMA08 может обслуживать последовательный интерфейс (прием и передача), таймер, либо обеспечивать передачу блоков данных до 256 байт;
• 12-разрядный 6-канальный контроллер ШИМ (PWM08);
• модуль расширения адресации внешней памяти до 16 Мбайт (ADX08);
• Основными функциями модуля системной интеграции (SIM08) являются: а)формирование внутренней тактовой частоты для ЦПУ и встроенных подсистем (таймера, последовательных интерфейсов, и т.д.);

б)обеспечение (совместно с модулем формирователя тактовой частоты CGM) режимов пониженного энергопотребления STOP и WAIT, а также программное управление тактовой частотой с помощью ФАПЧ;

в)управление прерываниями и RESET: формирование сигнала сброса при обнаружении неправильных кодов команды и адресов, а также поступлении сигналов от модулей контроля напряжения питания и сторожевого таймера; обработка и арбитраж программных и аппаратных прерываний.

• Модули последовательного обмена представлены универсальным асинхронным интерфейсом (SCI08), скоростным синхронным интерфейсом (SPI08), а также специализированными последовательными интерфейсами MSCAN08 и BDLC08, применяемыми в автомобильных системах и системах промышленного управления.

Первые представители  этого семейства появились в 1994г, в настоящий момент в состав семейства входят около 20 моделей. Новая программа "Заказной МК за 7 дней", введенная фирмой Motorola в 1996 году, позволила радикально сократить цикл разработки новых МК семейства НС08, что безусловно приведет к его динамичному развитию.

 

Семейство НС11

В отличие от относительно специализированных МК "заказных" семейств, семейство МС68НС11 содержит набор из около 40 более универсальных и высокопроизводительных микроконтроллеров, ориентированных как на массовые рынки, так и на среднее и мелкое производство. Процессорное ядро МК этого семейства отличается повышенной производительностью, отличающееся от НС05 более эффективной архитектурой, системой команд, наличием дополнительных методов адресации и возможностью адресовать больший объем внешней памяти. МК семейства НС11 содержат встроенную память различных типов и конфигураций.

Периферийные  функции представлены многофункциональными таймерами, АЦП (до 12 каналов и 10 разрядов), встроенным сопроцессором, ускоряющим выполнение умножения и деления  на порядок, ШИМ и ЦАП; последовательными интерфейсами, контроллером ПДП, синтезатором тактовой частоты и другими функциями. Как и в других семействах, имеется большое разнообразие корпусов, а также версии с пониженным напряжением питания и расширенным температурным диапазоном.

Наиболее характерные  особенности ЦПУ: два 8-битных или один 16-битный аккумулятор

• два 16-битных индексных регистра
• два программно управляемых режима пониженного энергопотребления
• операции умножения 88 и деления 16/16
• внутренняя тактовая частота до 4 МГц

ЦПУ некоторых  моделей семейства содержит встроенный математический сопроцессор, выполняющий 16-битные операции умножения и деления  в 10 раз быстрее, чем процессор. Существуют версии МК с программно управляемым  значением тактовой частоты на основе ФАПЧ, что позволяет гибко управлять энергопотреблением в зависимости от сложности вычислительных задач. ЦПУ семейства НС11 поддерживает следующие режимы адресации: неявная, непосредственная, прямая, расширенная, индексная и относительная.

Система команд представлена следующими группами:  

• команды пересылки данных, связанные с аккумуляторами (LDAB (load accum. B),
• LDD, STAB, TAB (transfer A to В), CLRA (Clear A), PSHA (push A to stack), PULA, ...)
• команды пересылки для стека и индекс. регистров (PSHX, TSX (transfer SP to X), ...)
• команды переходов (JMP, JSR (jump to subroutine), RTS (return from subroutine),
• переходы по условиям и состояниям битов, ...)
• арифметические команды (ADD, SUB, INC, DEC, MUL, DIV, CMP, ...)
• логические команды (AND, OR, EOR, COM, ...)
• команды работы с битами (установка, сброс, проверка, сравнение, сдвиги)
• специальные команды (STOP, WAI (wait for interrupt), SWI (software interrupt), ...)

МК семейства HC11 имеют в своем составе все типы внутренней памяти: ПЗУ (программируемое или масочное), EEPROM, ОЗУ объемом до 2К байт. Характерно, что все МК семейства НС11 адресуют внешнюю память, причем есть версии с немультиплексированными магистралями данных и адреса (НС11F1), а также версии с расширенным до 256К...1М адресным пространством с помощью программируемых выборок внешней памяти (HC11Kx)

 

Литература

1. Бродин В. Б., Калинин А. В. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики. — М.: ЭКОМ, 2002. — ISBN 5-7163-0089-8
2. Жан М. Рабаи, Ананта Чандракасан, Боривож Николич. Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования = Digital Integrated Circuits. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — ISBN 0-13-090996-3
3. Микушин А. Занимательно о микроконтроллерах. — М.: БХВ-Петербург, 2006. — ISBN 5-94157-571-8
4. Новиков Ю. В., Скоробогатов П. К. Основы микропроцессорной техники. Курс лекций. — М.: Интернет-университет информационных технологий, 2003. — ISBN 5-7163-0089-8
5. Фрунзе А. В. Микроконтроллеры? Это же просто! — М.: ООО «ИД СКИМЕН», 2002. — Т. 1. — ISBN 5-94929-002-X
6. Фрунзе А. В. Микроконтроллеры? Это же просто! — М.: ООО «ИД СКИМЕН», 2002. — Т. 2. — ISBN 5-94929-003-8
7. http://dfe.karelia.ru/koi/posob/micropr/motorola.htm#Семейство НС05