Procesory Procesory jednoukładowejednoukładoweInne nazwy: mikrokontrolery Inne nazwy: mikrokontrolery

jednoukładowe, jednoukładowe, mikrokomputery mikrokomputery jednoukładowejednoukładowe

Czym jest Czym jest procesor jednoukładowy?

              Istotą tego określenia jest to, że w jednej kości

układu scalonego zawarte są wszystkie elementy niezbędne do działania komputera (systemu procesorowego).

Oczywiście nie chodzi to o komputer w potocznym rozumieniu tego słowa (z monitorem i klawiaturą) lecz o „urządzenie do automatycznego przetwarzania informacji w sposób określony przez program”.

Komputer jednoukładowy będzie zastępować złożone układy kombinacyjne i sekwencyjne, dając potencjalną możliwość zmiany działania urządzenia poprzez zmianę programu.

Mikrokontroler stanowi użyteczny i Mikrokontroler stanowi użyteczny i całkowicie autonomiczny system całkowicie autonomiczny system mikroprocesorowy, który z reguły do mikroprocesorowy, który z reguły do swej pracy nie potrzebuje dodatkowych swej pracy nie potrzebuje dodatkowych układów, może bezpośrednio układów, może bezpośrednio współpracować z różnymi urządzeniami współpracować z różnymi urządzeniami zewnętrznymi.zewnętrznymi.

Mikrokontrolery wykorzystuje się Mikrokontrolery wykorzystuje się powszechnie w sprzęcie AGD, układach powszechnie w sprzęcie AGD, układach kontrolno-pomiarowych, w kontrolno-pomiarowych, w przemysłowych układach automatyki, w przemysłowych układach automatyki, w telekomunikacji itp.telekomunikacji itp.

Podstawowe własności każdego procesora jednoukładowego:

• jednostka arytmetyczno-logiczna 8 bitowa (lista rozkazów zawsze taka sama)

• pamięć RAM 128 B (danych)• pamięć ROM 2 kB (programu)• możliwość adresowania 64 kB pamięci programu i

64 kB pamięci danych.• cztery 8-bitowe porty wejścia-wyjścia• układ przerwań priorytetowych• układ wejścia-wyjścia szeregowego• dwa układy czasowo-licznikowe• układ resetu (wymagający elementów

zewnętrznych)• układ generacji przebiegu zegarowego (wymagający

zewnętrznego rezonatora kwarcowego)

Jak zmieniały się procesory Jak zmieniały się procesory jednoukładowe?jednoukładowe?

Historyczny już procesor 8051 był wyposażony w 2 kB pamięci ROM programowanej przez producenta. Aby projektant mógł decydować o zawartości pamięci ROM bez udziału producenta wprowadzono model 8751, w którym pamięć programu była zrealizowana w oparciu o pamięć EPROM. Wadą takiego rozwiązania była wysoka cena. Z tego powodu każdy komputer jednoukładowy (również z pamięcią ROM) miał możliwość zablokowania wewnętrznej pamięci ROM i podłączenia pamięci zewnętrznej.

Takie rozwiązanie powodowało utratę dwóch portów wejścia-wyjścia oraz rozbudowę układu.

Rozwój układów pamięci spowodował jednak, że na dzień dzisiejszy pamięć jest zrealizowana w oparciu o układy typu Flash, i nie ma to znaczącego wpływu na cenę. Na bazie cech powyższych produkowana jest ogromna ilość odmian z takim cechami jak:

• zwiększenie pojemności pamięci wewnętrznej (ROM i RAM)• zwiększenie ilości układów czasowo-licznikowych• zwiększenie ilości układów wejścia-wyjścia szeregowego• sprzętowe kodowanie RAS• układ interfejsu radiowego• przetwornik(i) analogowo-cyfrowe• dekoder mp3• magistrale I2C, CANBUS• komparator analogowy• nieulotna pamięć danych EEPROM• watchdog• całkowicie wewnętrzny generator sygnału zegarowego• układy w mniejszych obudowach (po rezygnacji z części portów)• interfejs ISP

Na szczególną uwagę zasługuje interfrejs ISP (In System Programming). Aby zaprogramować standardowy układ rodziny 8051 należy użyć programatora równoległego, którego wartość niejednokrotnie przekracza wartość konstruowanego układu.

Aby rozwiązać ten problem wprowadzono interfrejs ISP charakteryzujący się tym że:

1. Aby zaprogramować układ nie trzeba go wyciągać (wylutowywać) z układu

2. Programator podłączany do LPT komputera można zrobić samemu po minimalnych kosztach

Wśród wbudowanych w Wśród wbudowanych w mikrokontroler bloków mikrokontroler bloków

funkcjonalnych można znaleźć:funkcjonalnych można znaleźć: jednostkę obliczeniową (ALU) - 8-bitową, ale jednostkę obliczeniową (ALU) - 8-bitową, ale

także 16 i 32-bit, także 16 i 32-bit, pamięć danych (RAM, EEPROM) i programu pamięć danych (RAM, EEPROM) i programu

(EPROM, EEPROM, Flash, ROM), (EPROM, EEPROM, Flash, ROM), liczniki, liczniki, kontrolery przerwań, kontrolery przerwań, kontrolery transmisji szeregowej lub równoległej kontrolery transmisji szeregowej lub równoległej

(UART, SPI, I2C, USB, CAN, 1-Wire itp.), (UART, SPI, I2C, USB, CAN, 1-Wire itp.), przetworniki analogowo-cyfrowe lub cyfrowo-przetworniki analogowo-cyfrowe lub cyfrowo-

analogowe, analogowe, zegar czasu rzeczywistego RTC. zegar czasu rzeczywistego RTC.

Zegar procesora Zegar procesora mikrokontrolerówmikrokontrolerów może być może być taktowany zewnętrznie (poprzez układ taktowany zewnętrznie (poprzez układ oscylatora kwarcowego i dwóch oscylatora kwarcowego i dwóch kondensatorów lub poprzez generator) kondensatorów lub poprzez generator) lub wewnętrznie (wiele nowoczesnych lub wewnętrznie (wiele nowoczesnych mikrokontrolerów ma wbudowane mikrokontrolerów ma wbudowane układy taktujące, również w bardziej układy taktujące, również w bardziej rozbudowanej wersji z syntezą rozbudowanej wersji z syntezą częstotliwości przy pomocy pętli częstotliwości przy pomocy pętli synchronizacji fazowej). Zegary synchronizacji fazowej). Zegary współczesnych mikrokontrolerów współczesnych mikrokontrolerów osiągają częstotliwości do kilkuset MHz. osiągają częstotliwości do kilkuset MHz.

Oprogramowanie mikrokontrolerówOprogramowanie mikrokontrolerów może być zapisane do układu na etapie może być zapisane do układu na etapie produkcji (pamięć ROM) lub do produkcji (pamięć ROM) lub do zaprogramowania przez użytkownika: w zaprogramowania przez użytkownika: w pamięci do jednokrotnego programowania pamięci do jednokrotnego programowania (OTP - one time programmable), do (OTP - one time programmable), do wielokrotnego programowania (w pamięci wielokrotnego programowania (w pamięci EPROM, EEPROM, FLASH EEPROM itp.) lub EPROM, EEPROM, FLASH EEPROM itp.) lub do programowania w zmontowanym do programowania w zmontowanym urządzeniu (ISP - in-system programmable, urządzeniu (ISP - in-system programmable, programowanie mikrokontrolera bez programowanie mikrokontrolera bez wyjmowania go z układu, najczęściej poprzez wyjmowania go z układu, najczęściej poprzez wydzielone wyjścia mikrokontrolera za pomocą wydzielone wyjścia mikrokontrolera za pomocą komputera osobistego). komputera osobistego).

Do Do programowania programowania mikrokontrolerówmikrokontrolerów najczęściej najczęściej używane są asemblery, język C oraz używane są asemblery, język C oraz dialekty BASICa. Istnieją również dialekty BASICa. Istnieją również specjalizowane narzędzia specjalizowane narzędzia umożliwiające zaprogramowanie umożliwiające zaprogramowanie mikrokontrolera w oparciu o mikrokontrolera w oparciu o schemat blokowy algorytmu, schemat blokowy algorytmu, schemat automatu skończonego lub schemat automatu skończonego lub układ połączeń bloków operacyjnych układ połączeń bloków operacyjnych (np. Actum Realizer). (np. Actum Realizer).

Rozwój technologii, oprócz wzrostu Rozwój technologii, oprócz wzrostu niezawodności, zasobów i poprawy parametrów, niezawodności, zasobów i poprawy parametrów, umożliwił także zmiany w umożliwił także zmiany w architekturzearchitekturze tych tych układów. układów.

Wprowadza się rozbudowane układy Wprowadza się rozbudowane układy peryferyjne (sterownik wyświetlacza LCD, dekoder peryferyjne (sterownik wyświetlacza LCD, dekoder MP3, sterownik magistrali ATA, radiomodem i MP3, sterownik magistrali ATA, radiomodem i inne). inne).

Oprócz klasycznych rozwiązań ośmio- i Oprócz klasycznych rozwiązań ośmio- i szesnastobitowych, pojawiają się układy ze słowem szesnastobitowych, pojawiają się układy ze słowem 32-bitowym. 32-bitowym.

Jeden z kierunków rozwojowych oferuje Jeden z kierunków rozwojowych oferuje sprzętowe wsparcie języków wysokiego poziomu sprzętowe wsparcie języków wysokiego poziomu takich, jak Java. takich, jak Java.

Niektóre firmy produkują również wersje Niektóre firmy produkują również wersje uproszczone mikrokontrolerów, w niewielkich uproszczone mikrokontrolerów, w niewielkich obudowach (począwszy od trzech wyprowadzeń), obudowach (począwszy od trzech wyprowadzeń), co zapewnia zminimalizowanie kosztów dla co zapewnia zminimalizowanie kosztów dla układów stosowanych w prostych aplikacjach. układów stosowanych w prostych aplikacjach.

Do najbardziej Do najbardziej popularnych popularnych mikrokontrolerówmikrokontrolerów należą układy takich firm należą układy takich firm jak Atmel, Intel, Freescale Semiconductor jak Atmel, Intel, Freescale Semiconductor (dawniej Motorola), Infineon, Analog Devices, (dawniej Motorola), Infineon, Analog Devices, Philips, ST, Hitachi i wielu innych. Philips, ST, Hitachi i wielu innych. Niekwestionowany standard dla rynku Niekwestionowany standard dla rynku masowego narzuciła firma Intel, która masowego narzuciła firma Intel, która wprowadziła na rynek mikrokontroler 8051. wprowadziła na rynek mikrokontroler 8051. Obecnie wielu producentów stara się Obecnie wielu producentów stara się zachować zgodność wstecz z rodziną 8051 zachować zgodność wstecz z rodziną 8051 (oznaczaną także jako S51 lub x51). (oznaczaną także jako S51 lub x51).

Bardzo popularne są również Bardzo popularne są również mikrokontrolery AVR firmy Atmel oraz PIC mikrokontrolery AVR firmy Atmel oraz PIC firmy Microchip Technology. firmy Microchip Technology.

4-bitowy Intel 4004 - pierwszy na świecie 4-bitowy Intel 4004 - pierwszy na świecie (1971r. ) komercyjny jednoukładowy procesor (1971r. ) komercyjny jednoukładowy procesor komputerowy. komputerowy.

Dziękuję za uwagę Dziękuję za uwagę