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. 1
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 2
Mikrokontrolery rodziny 8051 Rodzina mikrokontrolerów 8051 została opracowana przez firmę Intel na początku lat 80- tych. 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. 3
Przykładowi producenci mikrokontrolerów rodziny 8051 producent mikrokontroler charakterystyczna cecha Philips P80C598 wewnętrzny sterownik CAN 2.0 Siemens (Infineon) SAB80C509-L duża wewnętrzna RAM (3328 bajtów) Atmel AT89C55 wewnętrzna FLASH (20 kilobajtów) Analog Devices AduC812 wewnętrzny 12-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy Dallas DS80C320 duża moc obliczeniowa jednostki centralnej (8.25 MIPS) 4
Struktura wewnętrzna mikrokontrolerów rodziny 8051 jednostka centralna ROM RAM wewnę tr z n e s z y n y s y s te m o w e układ przerwań sterownik zewnętrznych szyn systemowych wewnętrzne urządzenia peryferyjne porty 5
Wyprowadzania zewnętrzne mikrokontrolerów rodziny 8051 zewnętrzny sygnał taktujący szyna danych /część szyny adresowej część szyny adresowej szyna sterująca P0 P2 8051 P1 P3 dostęp do wewnętrznych urządzeń peryferyjnych zasilanie 6
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 P3 wyprowadzenie części szyny adresowej dostęp łącz szeregowych, układów czasowych, przerwań zewnętrznych oraz wyprowadzenia dodatkowe sygnały do przyłączenia pamięci zewnętrznej 7
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) 8
Źródła przerwań mikrokontrolerów rodziny 8051 źródło przerwania start jednostki centralnej przerwanie zewnętrzne 0 układ czasowy 0 przerwanie zewnętrzne 1 układ czasowy 1 sterownik komunikacji szeregowej adres skoku 0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H 9
Przestrzeń adresowa mikrokontrolerów rodziny 8051 obszar specjalnych rejestrów funkcyjnych (128bajtów) RAM (128 bajtów) programu (max. 64 kilobajty) danych (max. 64 kilobajty) wewnetrzna zewnętrzna 10
tendencje rozwojowe mikrokontrolerów rodziny 8051 jednostka centralna 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) 11
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 12
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 13