Тема 2. Модель микроконтроллера

Модель контроллера отображает состав и назначение модулей МК.

1. РПД (IRAM)

2. РПП -ПЗУ (PROM)

3. АЦП/ЦАП

4. КПДП

5. Т/С

6. КП

7. ПсП

8. ПП

9. XRAM

10. XPROM

CPU – центральное процессорное устройство;

CISC и RISC архитектуры:

RISC – формат фиксированной длинны, обработка за один цикл (AVR, PIC 16, 17)

РПД – резидентная память данных (Internal RAM) В MCS 51 минимальная память данных 128 байт.

XRAM – eХternal RAM – внешняя память для открытой архитектуры – 64 Кбайта в MCS 51.

РПП – резидентная память программ (программируемая ROM) – min 4 Кб, max 64 Кб;

XPROM – eХternal PROM – наращиваемая память.

Имеются следующие типы памяти ROM

Среди полупроводниковой памяти только два типа относятся к "чистому" ROM - это Mask-ROM и PROM.

1. Mask-ROM - Память масочного типа , программируется на фирме-изготовителе. Данные на ROM записываются во время производства путём нанесения по маске литографическим способом информации (отсюда и название).

Mask-ROM отличается сложностью модификации содержимого (только путем изготовления новых микросхем), а также длительностью производственного цикла (4-8 недель). Использование целесообразно при сериях > 10⁵ .

Достоинства:

1. Низкая стоимость готовой запрограммированной микросхемы (при больших объёмах производства).

2. Высокая надёжность готовой микросхемы и устойчивость к электромагнитным полям.

Недостатки:

1. Невозможность записывать и модифицировать данные после изготовления.

2. Сложный производственный цикл.

2.PROM - (Programmable ROM) или однократно программируемые ПЗУ(OTP-ROM) . В качестве ячеек памяти в данном типе памяти используются плавкие перемычки. В отличие от Mask-ROM в PROM появилась возможность кодировать ("пережигать") ячейки при наличии специального устройства для записи (программатора). Рекомендуется использовать при небольших сериях. Может быть изменение информации за несколько лет.

3. EPROM - ПЗУ программируемое пользователем с ультрафиолетовым стиранием (EPROM – erasable). Стирание ячеек EPROM выполняется сразу для всей микросхемы посредством облучения чипа ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами в течение нескольких минут. Количество стираний (25-100). Известны ПЗУ, программируемая пользователем с электрическим стиранием EEPROM (electrically erasable programmable ROM). Количество циклов 10⁵, практически не используется в контроллерах. В настоящее время EPROM практически полностью вытеснена с рынка Flash.

4. Flash ROM. Память впервые была разработана компанией Toshiba в 1984 году, а в 1988 году Intel разработала собственный вариант флэш-памяти. Название было дано компанией Toshiba как характеристика скорости стирания микросхемы флэш-памяти: "in a flash" - в мгновение ока. Типичная ячейка флэш-памяти состоит всего из одного транзистора особой архитектуры и позволяет в одной ячейке флэш-памяти хранить несколько бит информации. Флэш-память исторически происходит от ROM (Read Only Memory) памяти, и функционирует подобно RAM (Random Access Memory). Данные флэш хранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM.

В отличие от DRAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают.

Замены памяти SRAM и DRAM флэш-памятью не происходит из-за двух особенностей флэш-памяти: флэш работает существенно медленнее и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10.000 до 1.000.000 для разных типов).

Надёжность, долговечность: информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков).

Основное преимущество флэш-памяти перед жёсткими дисками и носителями CD-ROM состоит в том, что флэш-память потребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии. В отличие от EEPROM запись/стирание данных во флэш-памяти производится блоками : Обычный размер такого блока составляет 256 - 512 байт, однако в некоторых видах флэш-памяти объём блока может достигать 256Кбайт.

Для того, чтобы изменить один байт, сначала в буфер считывается весь блок, где содержится подлежащий изменению байт, стирается содержимое блока, изменяется значение байта в буфере, после чего производится запись измененного в буфере блока. Такая схема существенно снижает скорость записи небольших объёмов данных в произвольные области памяти, однако значительно увеличивает быстродействие при последовательной записи данных большими порциями. Преимущества флэш-памяти:

• Более высокая скорость записи при последовательном доступе за счёт того, что стирание информации во флэш производится блоками.

• Себестоимость производства флэш-памяти ниже за счёт более простой организации.

Количество циклов стирание-запись более 10⁵, срок хранения данных > 20-100 лет, скорость программирования – 10 Мбит/сек.

ПП – параллельные порты , обычно, байты.

Количество: различное, например в MCS 51 - 4 порта Р₀, …, Р₃ .

Порты бывают:

• Однонаправленный, для ввода или вывода;

• Двунаправленный (bi-directional) – полудуплексный;

• С альтернативным использованием выводов: e.g. для цифровых или аналоговых сигналов, для данных, для адреса, для управляющих сигналов.

или используется для управляющих сигналов, когда есть внешние устройства.