ЧАСТЬ 1. Микроконтроллеры МК51

Предисловие

Термин «контроллер» образовался от английского слова to control — управлять. Наиболее распространенными на сегодняшний день схемами управления являются схемы, построенные на основе цифровых микросхем.

Основные требования, которые предъявляются к таким устройствам, можно сформулировать следующим образом:

· низкая стоимость;

· высокая надежность;

· высокая степень миниатюризации;

· малое энергопотребление;

· работоспособность в жестких условиях эксплуатации;

· достаточная производительность для выполнения всех требуемых функций.

В отличие от универсальных компьютеров к управляющим контроллерам, как правило, не предъявляются высокие требования к производительности и программной совместимости.

Выполнение всех этих довольно противоречивых условий одновременно затруднительно, поэтому совершенствование и развитие техники пошло по пути специализации и в настоящее время количество различных моделей управляющих контроллеров чрезвычайно велико.

Однако можно выделить некоторые черты архитектуры и системы команд, общие для всех современных микроконтроллеров, это:

· так называемая Гарвардская архитектура — то есть раздельные области памяти для хранения команд (программы) и данных. Они могут иметь различную разрядность, в системе команд для этого предусмотрены различные команды и т.д.;

· интеграция в одном корпусе микросхемы (на одном кристалле) практически всех блоков, характерных для полнофункционального компьютера — процессора, ПЗУ, ОЗУ, устройств ввода/вывода, тактового генератора, контроллера прерываний. Поэтому в русскоязычной литературе подобные устройства часто называют однокристальными ЭВМ.

Микроконтроллеры (МК) обычно классифицируют по разрядности обрабатываемых чисел:

· четырехразрядные — самые простые и дешевые;

· восьмиразрядные — наиболее многочисленная группа (оптимальное сочетание цены и возможностей), к этой группе относятся микроконтроллеры семейства MCS-51 (Intel) и совместимые с ними AT89 (Atmel) и отечественные МК51 (серии К1816ВЕ51 и К1830ВЕ51), микроконтроллеры AVR (Atmel), PIC (MicroChip), HC08 (Motorola);

· шестнадцатиразрядные — MCS-96 (Intel) и др. — более производительные, но более дорогостоящие;

· тридцатидвухразрядные — обычно являющиеся модифика­циями универсальных микропроцессоров (i80186 или i386EX).

С точки зрения классификации различают микроконтрол­леры двух типов:

· МК с СISC-архитектурой — с полной системой команд (Complicated Instruction Set Computer);

· МК с RISC-архитектурой — с сокращенной системой команд (Reduced Instruction Set Computer), отличающиеся меньшим временем выполнения команд.

8-разрядные СISC-микроконтроллеры архитектуры MCS-51, разработанной фирмой Intel, уже много лет лидируют на мировом рынке, как по количеству разновидностей, так и по количеству выпускающих их фирм. Основными производителями их явля­ются Philips, Atmel, Siemens, Intel, Dallas и ряд других. Пожалуй, не менее популярными являются RISC-микроконтроллеры семей­ства AVR фирмы Atmel.

Микроконтроллерам семейства MCS-51 уделено основное внимание при изучении первой части данной дисциплины. Изложение лекционного курса сочетается с выполнением двух компьютерных лабораторных работ. Микроконтроллеры семейства AVR изучаются во второй части дис­циплины.