Рассмотрим семейства наиболее распространенных 8-разрядных микроконтроллеров (МК), имеющих невысокую стоимость и пригодных для использования в изделиях различного назначения. Такие микроконтроллеры выпускает большое количество фирм.
Микроконтроллеры семейства МСS-51. Первый контроллер 8051АН этого семейства разработала и выпустила фирма Intel в 1980 г. Микроконтроллер содержал ПЗУ объемом 4 Кбайта, ОЗУ в 128 байт, 4 порта ввода/вывода, 2 таймера и асинхронный порт. На его кристалле размещалось 128 тысяч транзисторов. Частота внутренней шины составляла 1 МГц. В последующих моделях микроконтроллеров были увеличены частота внутренней шины (до 3 МГц) и объем памяти программ (8, 16 и 32 Кбайта), в состав контроллеров введены новые периферийные узлы (АЦП, сторожевой таймер и др.).
Семейство контроллеров MCS-51 выполнено на основе гарвардской архитектуры. Процессорное ядро MCS-51 оказалось настолько удачным, что в течение двух десятилетий стало по сути дела стандартом в области 8-разрядных контроллеров, в России широкое распространение получил микроконтроллер 1816ВЕ51 -аналог контроллера 8051АН. Одновременно ряд фирм (Philips, Infineon, Atmel и др.) разработал контроллеры, программно совместимые с семейством MCS-51, обладающие современными типами памяти программ и данных (Flash и EEPROM), имеющие расширенный набор периферийных модулей, работающие в широком диапазоне напряжения питания.
Микроконтроллеры фирмы Motorola. Фирма Motorola обладает самой широкой в мире номенклатурой микроконтроллеров (около 300 моделей – от простейших 8-разрядных до высокопроизводительных 32-разрядных контроллеров с RISC-ядром и мощной периферией), охватывающей практически все области применения. Поэтому пользователь имеет возможность выбрать для своего приложения оптимальную модель микроконтроллера, как по набору встроенных функций, так и по экономическим параметрам.
Первый МК этой фирмы семейства НС05 появился одновременно с контроллером 8051АН. В настоящее время семейство НС05 насчитывает около 180 различных типов контроллеров, выполненных на основе принстонской архитектуры. Благодаря разнообразию периферийных модулей при неизменном и очень простом процессорном ядре НС05 перед разработчиком открываются широкие возможности по реализации различных технических решений при полном удовлетворении предъявляемых требований (высокой производительности, низкой стоимости изделия и др.) без избыточных ресурсов в архитектуре.
Позднее появились универсальные и более производительные МК (около 40 моделей) семейства НС11 как дополнение к дешевым «заказным» контроллерам семейства НС05.
В конце 1990-х годов фирма «Motorola» представила новое семейство НС08, которое должно постепенно заменить МК семейства НС05.
Основные достоинства семейства НС08:
• программная совместимость «снизу вверх» с процессорным ядром семейства НС05;
• наличие 8-разрядного АЛУ;
• использование FLASH-технологии для ПЗУ программ;
• наличие расширенного набора контроллеров последовательного обмена в библиотеке периферийных модулей семейства. Кроме стандартных портов асинхронного (SCI) и синхронного (SPI) обмена, разработаны контроллеры для работы в промышленных сетях с протоколом CAN и для шины USB.
• улучшенные возможности отладки МК: встроенный монитор и специальный порт позволяют производить отладку прикладных программ непосредственно на плате конечного изделия.
• использование специальных схемотехнических решений для повышения надежности работы МК в условия электромагнитных полей.
Микроконтроллеры фирмы Microchip. Выпускаемые этой фирмой МК семейств PIC12 и PIC16/17 (Peripheral Interface Controller) объединяют все передовые технологии микроконтроллеров: электрически программируемые пользователем ППЗУ, минимальное энергопотребление, высокую производительность, хорошо развитую RISC-архитектуру, функциональную законченность и минимальные размеры. Широкая номенклатура изделий обеспечивает использование микроконтроллеров в устройствах, предназначенных для разнообразных сфер применения.
В конце 1980-х годов фирма Microchip выпустила МК Р1С16С5х, которые основали широко распространенное ныне семейство PIC16. В основу концепции PIC была положена RISC-архитектура с системой простых однословных команд, выполняемых за один машинный цикл (команды перехода выполняются за два цикла). В процессе исполнения текущей команды происходит выборка из памяти следующей команды. Система команд базового семейства PIC16C5X содержит только 33 команды. Производительность РIС16С5х при частоте тактирования в 20 МГц составляет 5 MIPS.
В настоящее время фирма Microchip выпускает пять семейств МК с RISC-архитектурой:
• PIC15C5X включает недорогие контроллеры с минимальным набором периферийных устройств;
• PICС12Сххх содержит МК в миниатюрном 8-выводном корпусе со встроенным тактовым генератором и модулем 8-разрядного АЦП (для некоторых моделей);
• PIC16х/7х/8х/9х объединяет МК с развитой периферией (таймеры-счетчики; опциями захвата/сравнения, широтно-импульсные модуляторы, аналоговые компараторы, АЦП, контроллеры последовательных интерфейсов);
• PIC17С4х/5хх включает высокопроизводительные контроллеры с расширенной системой команд и обширной периферией. Микроконтроллеры этого семейства имеют встроенный аппаратный умножитель 8x8, выполняющий операцию умножения за один машинный цикл;
• PIC18Cxxx - новое семейство МК с оптимизированным под использование C-компилятора с RISC-ядром и частотой внутренней шины до 10 МГц.
Микроконтроллеры фирма Atmel. Эта фирма производит два семейства МК: семейство АТ89, совместимое с фактическим промышленным контроллером MCS-51, и семейство высокопроизводительных RISC-микроконтроллеров AT90 собственной архитектуры.
Характерной особенностью микроконтроллеров фирмы Atmel является Flash память программ, что обеспечивает быстроту программирования и уменьшение цикла разработки приложений.
В 1997 г. фирма представила контроллеры семейства AVR AT90S, который содержал:
• мощный RISC-процессор с гарвардской архитектурой, обеспечивающей раздельный доступ к памяти программ и данных;
• АЛУ с аппаратным умножителем, 32 регистра общего назначения, порты, таймеры-счетчики, последовательные интерфейсы, АЦП, аналоговые компараторы;
• базовый набор из 120 команд, большинство которых выполняется за один машинный цикл. Производительность ряда моделей составляет 20 MIPS.
Микроконтроллеры AVR подразделяются на три серии:
• tiny AVR — МК в 8-выводном корпусе низкой стоимости;
• classic AVR — основная серия контроллеров с производительностью до 16 MIPS, имеющих Flash память программ объемом до 8 Кбайт и статическое ОЗУ данных 128...512 байт;
• mega AVR — МК с производительностью до 6 MIPS для сложных приложений, требующих большого объема памяти (Flash ПЗУ до 128 Кбайт), ОЗУ до 4 Кбайт.
Контроллеры фирмы Scenix Semiconductor. Продукцией этой фирмы являются высокоскоростные 8-разрядные микроконтроллеры SX с внутренней Flash памятью программ объемом 2К слов. Они выполнены с использованием статической КМОП технологии, обеспечивающей работу при тактовых частотах от 0 до 50 МГц. Их производительность достигает 50 MIPS. Аппаратные периферийные устройства могут быть заменены программными модулями. Такие модули, называемые виртуальными периферийными устройствами, позволяют уменьшить число компонентов и время разработки, увеличить гибкость проектов и, в конечном счете, стоимость системы.
Контроллеры фирмы Zilog. Фирма Zilog выпускает развитое семейство универсальных микроконтроллеров Z8, а также специализированные микроконтроллеры для дистанционного управления на инфракрасных лучах, контроллеры клавиатуры/мыши, контроллеры обработки голоса, цифровые телевизионные контроллеры, контроллеры с цифровыми сигнальными процессорами (DSP). Микроконтроллеры фирмы Zilog с DSP являются недорогим вариантом для го ряда задач по обработке сигналов.
Контроллеры фирмы Holtek. Микроконтроллеры базируются на эффективном RISC-подобном ядре и ориентированы на использование в качестве контроллеров вентиляторов, светильников, стиральных машин, игрушек и других устройств. Контроллеры имеют невысокую стоимость. Одной из основных отличительных особенностей ряда микроконтроллеров является наличие моделей с встроенными драйверами ЖКИ, что обеспечивает возможность построения оптимальных устройств с дисплейными функциями.
Контроллеры фирмы Analog Devices. Семейство микроконтроллеров MicroConverter этой формы, соединяющих модули АЦП, ЦАП и микропроцессорное ядро, совместимое с MCS-51 с Flash-памятью программ, представляют собой идеальное решение для полноценных систем сбора данных.
