11. Классификация микроконтроллеров. Краткая характеристика каждого класса

Выпускается большая номенклатура микроконтроллеров, которые принято подразделять на 8-, 16-, 32-разрядные.

8-разрядные микроконтроллеры являются наиболее простыми и дешевыми изделиями этого класса, ориентированными на использование в относительно несложных устройствах массового выпуска. Микроконтроллеры этой группы выполняют небольшой набор команд (50-100). Основные области их применения являются промышленная автоматика, измерительная техника, теле-, видео-, аудиотехника, средства связи, бытовая аппаратура.

Для 8-разрядных микроконтроллеров характерна гарвардская архитектура. В качестве памяти программ используется масочно-программируемое ПЗУ (ROM), однакратно программируемое ПЗУ (PROM) или электрически перепрограммируемое ПЗУ (EPROM, EEPROM или Flash) с объемом от нескольких единиц до десятков килобайт. Память данных представляет собой регистровый блок или ОЗУ. Ее объем составляет от нескольких десятков байт до нескольких килобайт. В случае необходимости имеется возможность дополнительно подключать внешнюю память команд и данных объемом до 64-256 Кбайт и более.

Для повышения производительности во многих моделях 8-разрядных микроконтроллеров реализованы принципы RISC-архитектуры, обеспечивающей выполнение большинства инструкций за одни такт машинного времени.

16-разрядные микроконтроллеры помимо повышения разрядности обрабатываемых данных характеризуются:

• более высокой производительностью;

• расширенной системой команд и способов адресации;

• увеличенным набором регистров и объемом адресуемой памяти;

• возможностью расширения объема памяти программ и данных до нескольких мегабайт путем подключения внешних микросхем памяти;

• программной совместимостью с 8-разрядными микроконтроллерами и другими возможностями.

Основные области применения – сложная промышленная автоматика, телекоммуникационная аппаратура, медицинская и измерительная техника.

32-разрядные микроконтроллеры ориентированы на применение в системах управления сложными объектами промышленной автоматики (средствами комплексной автоматизации производства, робототехнические устройства, двигатели и др.), в контрольно-измерительной аппаратуре, телекоммуникационном оборудовании и др. сложных устройствах.

32-разрядные микроконтроллеры содержат:

• высокопроизводительный CISC- или RISC-процессор, соответствующий по своим возможностям младшим моделям микропроцессоров общего назначения. Например, в МК компании Intel используется процессор i386;

• внутреннюю память команд емкостью до десятков килобайт и память данных емкостью до нескольких килобайт;

• средств для подключения внешней памяти объемом до 16 Мбайт и более;

• набор сложных периферийных устройств – таймерный процессор, коммуникационный процессор, модуль последовательного обмена и т.д.

Во внутренней структуре этих МК реализуется гарвардская или принстонская архитектура.

14. Принципы построения современных микроконтроллеров.

Для создания широкого разнообразия моделей МК, сокращения сроков разработки, производства и выпуска на рынок новых моделей используется модульный принцип построения МК, при котором все модели одного семейства содержат в себе два блока: процессорное ядро и функциональный блок

Процессорное ядро представляет собой базовый, неизменный функциональный блок контроллера, предназначенный для использования во всех моделях семейства. Обозначение имени семейства МК ассоциируется с названием процессорного ядра, основой которого оно является. Например, семейство ФИРМЫ Motorola имеет процессорное ядро НС05, основанное на архитектуре популярного микропроцессора 6800. В состав процессорного ядра входят:

• формирователь многофазной импульсной последовательности для тактирования центрального процессора и межмодульных магистралей;

• Устройство управления режимами работы МК (активным режимом, в котором устройство управления выполняет прикладную программу; режимами пониженного энергопотребления, начального запуска и прерывания);

• Внутренние шины адреса, данных и управления.

Функциональный блок с изменяемой структурой определяет отличи­тельные черты характеристик и параметров отдельных моделей (версий) семей­ства. Этот блок включает в себя различные модули постоянной и оперативной па­мяти, периферийных устройств, генераторов синхронизации, а также дополни­тельные модули специальных режимов работы контроллера. Каждый модуль име­ет выводы для подключения его к шинам процессорного ядра, что позволяет при проектировании новой модели МК вводить те или иные модули, создавая, таким образом, разнообразные по структуре МК в пределах одного семейства. Все мо­дули размещают на одном полупроводниковом кристалле.

Библиотека периферийных модулей. Совокупность модулей, разработанных для конкретного процессорного ядра, называют библиотекой периферийных модулей. В библиотеку семейств МК входят:

• Модули памяти (FLASH, EEPROM)

• Модули периферийных устройств, включающие:

- параллельные порты ввода-вывода;

- контроллеры последовательного интерфейса (UART, SCI, SPI, I2C, CAN, USB)

- таймеры-счетчики, таймеры периодических событий, процессоры событий

- ЦАП и АЦП

- контроллеры ЖК- индикаторов и светодиодной матрицы

• Модули встроенных генераторов синхронизации

• Модули контроля питающего напряжения

• Модули внутрисхемной отладки и программирования.