1.5. Основные характеристики и классификация однокристальных микроконтроллеров

Микроконтроллер является сложным программно-управляемым цифровым устройством в микроэлектронном исполнении, выполненным в виде интегральной микросхемы большой степени интеграции. Поэтому он описывается множеством параметров, присущих как электронным приборам (быстродействие, потребляемая мощность, габариты и масса, количество уровней питания, надежность, стоимость, тип корпуса, температурный диапазон и др.), так и вычислительным средствам (разрядность, цикл выполнения команд, число внутренних регистров, тип стековой памяти, состав резидентного и программного обеспечения и т.д.). Микроконтроллеры классифицируют по наиболее существенным из перечисленных характеристик с целью выбора эффективной сферы применения.

Однокристальные микроконтроллеры получаются при реализации всех аппаратных средств контроллера в виде одной БИС или СБИС. Все выполняемые им операции определяются набором команд МК. В состав однокристального МК входят: арифметико-логическое устройство (АЛУ), ПЗУ (ППЗУ), ОЗУ, блок регистров общего назначения (БРОН), специальные регистры, схемы управления, магистрали данных (МД), адресов (МА) и управления (МУ), порты ввода-вывода, таймеры-счетчики и другие функциональные узлы.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили однокристальные микроконтроллеры, приведенные в табл. 1.2.

Таблица 1.2.

Типы однокристальных МК

Тип МК	Фирма производитель	Частота синхронизации
ST 62 MC68 HC05…HC11 8031...8051 (K1816 BE31...51) Z86CXX COP800 80196/296 KC PIC 16/17 AT 89 AVR 90 SX 18/28AC HT 4811/49100	SGT-Thomson Motorola Intel Zilog National Intel Microchip Atmel Atmel Scenix Holtek	8 Мгц 4,2 Мгц 6/12 Мгц 12 Мгц 20 Мгц 12 Мгц 20 Мгц 12Мгц 16 Мгц 50 гц 4Мгц

Основные сравнительные характеристики ОМК серии 1816, ставших по сути промышленным стандартом, и микроконтроллеров PIC 16/17 приведены в табл. 1.3.

Микроконтроллеры серии 1816 имеют традиционную Принстонскую архитектуру, в которой команды и данные передаются по одной и той же шине, требуют одного источника электропитания напряжением +5В, рассеивают мощность около 1,5 Вт и работают в диапазоне температур от 0 до 70С. По входам и выходам МК серии 1816 электрически совместимы с интегральными микросхемами ТТЛ. Микроконтроллер МК48 может работать в диапазоне частот синхронизации от 1 до 6 Мгц, а минимальное время выполнения команды составляет 2,5 мкс. Микроконтроллер МК51 может работать в диапазоне частот от 1,2 до 12Мгц, при этом минимальный цикл выполнения команды составляет 1мкс, а быстродействие равно одному миллиону коротких операций в секунду. Основные характеристики МК 1816 приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3.

Сравнительные характеристики ОМК семейств К1816 и PIC 16/17

№ п.п.	Основные характеристики			Тип микроконтроллера
				K1816BE31/51	PIC16/17
1	Технология			n-МОП	КМОП
2	Резидентная память программ		Тип	ПЗУ/ППЗУ
			Объём	1К...4К	512...4К/8К
3	Объём резидентной памяти данных, байт			64/128	25...192/454
4	Частота синхронизации, МГц			6/12	20/25
5	Длительность цикла, мкс			2,5/1	0,2
6	Напряжение питания, В			+5	+(2...6)
7	Энергопотребление			300 мА (5В,6МГц)  300 мА (в режиме SLEEP)	 2 мА(5В, 4 МГц) 15 мкА(3В,32 кГц)  1 мкА (3В, в режиме SLEEP)
8	Разрядность	команд, бит		8	12/14/16
		данных, бит		8	8

Анализ основных характеристик МК серии 1816 показывает, что МК48 и МК51 целесообразно использовать на этапе опытно-конструкторской разработки и отладки систем, а также в малосерийных изделиях. Микроконтроллер МК49 имеет масочное ПЗУ программ, и по-этому его следует применять в крупносерийных изделиях. Микроконт-роллеры, в которых нет резидентной памяти программ, используют, как правило, не в конечных изделиях, а в автономных отладочных устройствах и многофункциональных программируемых контроллерах, где в качестве памяти программ и данных используются внешние БИС и имеются средства загрузки программ.

Микроконтроллеры серии PIC 16/17 по сравнению с другими типами ОМК обеспечивают исключительную производительность. Архитектура RISC микроконтроллеров PIC устанавливает новый промышленный стандарт 5 MISP (миллионов операций в секунду). PIC имеют самое высокое быстродействие по сравнению с большинством наиболее распространенных 8-битовых микроконтроллеров аналогичного класса. Семейства микроконтроллеров PIC 16/17 обеспечивают более чем в 5-10 раз лучшую производительность по сравнению с микроконтроллерами серий ST62 фирмы SGS-Thomson, MC68HC05 фирмы Motorola, 8048/8049/8051 фирмы Intel, Z86CXX фирмы Zilog и COP800 фирмы National.

Такая производительность позволяет реализовать различные устройства, работающие в реальном масштабе времени, например: дисковые накопители, всевозможные терминалы, сканеры, высокоско-ростные системы управления автомобильными и электрическими двига-телями, связные процессоры и всевозможные устройства ввода-вывода (рис.1.4).