Современные средства автоматизации

Приведенные сведения дают лишь общее представление о внутренней структуре, разводке выводов и SFR (Special Function Registers) регистрах но­вых микросистемах сбора данных MAX7651/2. Более подробные сведения при­ведены в файле MAX7651-MAX7652.pdf, доступном на сайте [119], а также в руководстве пользователя, также имеющемся на вышеуказанном сайте.

Если попросить разработчика микроконтроллерной техники перечислить ос­новные недостатки существующих х51-совместимых микроконтроллеров, напри­мер фирмы Atmel, он наверняка ответит следующее:

Все приведенные выше недостатки х51-совместимых микроконтроллеров удалось устранить молодой американской фирме Cygnal Integrated Products, Inc [64—66, 120] (далее просто Cygnal), которая с момента своего основания в 1999 сумела выпустить на рынок семь семейств (47 типов) новых x51-совмести­мых микроконтроллеров и анонсировала еще одно семейство с интерфейсом USB. Эти микроконтроллеры уже поступили на отечественный рынок [121]. Это воистину уникальные микроконтроллеры, а точнее — микроконтроллерные сис­темы, имеющие мощное модернизированное ядро CIP-51, построенное по кон­вейерному принципу, которое более 70 % команд выполняет за один период тактовой частоты. Как следствие, их пиковая производительность достигает 25 MIPS (а отдельные представители имеют производительность 100 MIPS!). При этом система команд новых микроконтроллеров и карта адресов регистров спе­циальных функций SFR полностью совместима со стандартным ядром i8052. Это позволяет использовать существующее программное обеспечение без вся

ких ограничений. Новые микроконтроллеры имеют множество новых цифровых узлов и мощную аналоговую подсистему. Они оснащены достаточно большим объемом Flash-памяти программ, что позволяет все программное обеспечение писать на языках высокого уровня. Некоторые микроконтроллеры имеют допол­нительную встроенную оперативную память. Все микроконтроллеры оснащены подсистемой внутрисхемного программирования и отладки программ в реальном времени — JTAG. Для каждого из семейств новых микроконтроллеров сущест­вуют эволюционные платы и оригинальное программное обеспечения для созда­ния программ, программирования и отладки. Все вышесказанное позволяет с уверенностью сказать, что микроконтроллеры фирмы Cygnal на сегодняшний день являются самыми мощными в мире. Основные параметры выпускаемых микроконтроллеров приведены в таблице 4.15.

Микроконтроллеры условно разделены на 9 семейств (0xx, 018-9, 02x, 04x, 12x, 2xx, 30x, 31x, 33x), каждое из которых имеет общее описание в формате pdf [120]. Кроме того, для каждого микроконтроллера имеется краткий справоч­ный листок (также в формате pdf), имя которого образуются добавлением к типу микроконтроллера записи «_short.pdf»(например, для микроконтролле- ра С8051F002 имя файла справочного листка — С8051F002_short.pdf).

записи с программным управлением. В некоторых моделях микроконтроллеров, оснащенных интерфейсом CAN, имеется также дополнительная многоразрядная память для этого интерфейса.

Подсистема обработки прерываний значительно расширена и содержит 22 вектора прерываний, в отличие от 7 векторов стандартного i8052-микроконтрол­лера. Количество внешних входов прерывания расширено до 4.

Набор цифровой периферии также значительно расширен. Микроконтролле­ры могут содержать один или два высокоскоростных последовательных порта

В некоторых микроконтроллерах фиксированная часть линий портов муль­типлексируется входами/выходами другой периферии. В других микроконтрол­лерах имеется коммутатор ресурсов Crossbar, позволяющий подключать к внеш­ним линиям портов ввода/вывода только необходимую периферию и по разному определять расположение выводов дополнительной периферии. Некоторые мощ­ные модели микроконтроллеров имеют дополнительный мультиплексированный интерфейс для подключения внешней памяти аналогично стандартному i8051. Этот интерфейс можно программно настроить на работу с мультиплексирован­ной и немультиплексированной шиной.

Набор аналоговой периферии достаточно богат и может включать один или два аналого-цифровых преобразователя ADC0 è ADC1 с программируемым вход­ным мультиплексором AMUX и входным усилителем PGA с программируемым коэффициентом усиления, обычно два двенадцатиразрядных цифроаналоговых преобразователя DAC0 & DAC1, до трех компараторов, встроенный источник опорного напряжения 2,4 В.

Первый аналого-цифровой преобразователь ADC0 12-, 10- или 8-разряд­ный. В пяти семействах он вообще единственный. Вход первого ADC0 обычно соединен с выходом программируемого усилителя PGA, который во многих се­мействах имеет коэффициент усиления 0,5, 1, 2, 4, 8 или 16. У некоторых мо­делей коэффициент усиления фиксирован и равен 1. Вход этого усилителя обычно соединен с выходом аналогового мультиплексора AMUX, который у различных моделей может иметь 8, 13, 16 или 32 входа. Мультиплексор управляется программно и обеспечивает либо работу в однополярном режиме, либо в дифференциальном режиме, при этом количество входных линий умень­шается в два раза. Кроме этого, практически все модели имеют встроенный датчик температуры, подключенный к дополнительному входу AMUX. Датчик температуры позволяет измерять температуру до 100 °С с точностью 3 °С.

В некоторых моделях имеется два ADC: ADC0 — 12- или 10-разрядный, а ADC1 — 8-разрядный. Второй ADC1 имеет также свой программируемый уси­литель PGA1 c коэффициентами усиления 0,5, 1, 2 или 4 и свой аналоговый мультиплексор AMUX1 на 8 входов.

Аналого-цифровые преобразователи имеют сервисный узел «окна». Имеются два 16-разрядных регистра SFR, в которые устанавливаются коды нижнего и верхнего порогов (границ) «окна». Узел может генерировать прерывания при об­наружении выходного кода ADC как внутри заданного окна, так и вне его. Запуск ADC может осуществляться программно, от таймера или от внешнего сигнала.

Кроме этого, микроконтроллеры могут иметь от 3 до 1 компаратора (обыч­но 2). Компараторы имеют возможность независимой установки величины поло

жительного и отрицательного гистерезиса. Первый компаратор может служить источником сигнала сброса, т. е. осуществлять мониторинг внешнего источника питания.

В заключение описания аналоговой подсистемы следует сказать, что некото­рые из микроконтроллеров имеют индивидуальные выводы для входов и выходов аналоговых сигналов. У других моделей часть аналоговых сигналов мультиплек­сирована с выводами цифровых портов.

Вышеперечисленные достоинства микроконтроллеров фирмы Cygnal позво­ляют создавать достаточно простые TMCS, т. к. почти все необходимые узлы уже имеются на кристалле. Примеры таких технологических микроконтролле­ров мы рассмотрим немного дальше.

А сейчас отметим те сложности, с которыми придется столкнуться разра­ботчику при создании универсальных технологических контроллеров на базе микроконтроллеров фирмы Cygnal. Этих сложностей всего две.

Первая из них заключается в низковольтном питании микроконтроллеров. Эта проблема решается довольно просто добавлением одного линейного мало­шумящего стабилизатора, который преобразует основное напряжение питания системы +5 В в напряжение в диапазоне от 2,6 В до 3,6 В. При этом потребле­ние собственно микроконтроллера, даже самого мощного, не превышает 25 мА. Необходимо только иметь в виду, что от этого же стабилизатора питается и адаптер-программатор JTAG. Таким образом, суммарное потребление может достигать 70—80 мА. Обычно для питания таких микроконтроллеров использу­ются стабилизаторы с рабочим током от 150 до 500 мА.

Вторая сложность заключается в используемых малогабаритных корпусах, для которых не существует панелек. Это не позволяет оперативно менять мик­роконтроллер, что снижает ремонтопригодность системы. Выход из этой ситуа­ции находится в определенном конструктивном исполнении, называемым «сло­товым». Смысл этого исполнения заключается в том, что и микроконтроллер, и интерфейс JTAG, и низкошумящий стабилизатор размещаются на отдельной пе­чатной плате, снабженной унифицированным (для данной системы) разъемом. Эта плата называется «слотом» и устанавливается в разъем на плате главного контроллера TMCS.