Разъяснение характеристик микроконтроллеров и принципов их действия - Курсовая работа

В связи со спадом отечественного производства и возросшим импортом техники, в том числе вычислительной, термин «микроконтроллер» (МК) вытеснил из употребления ранее использовавшийся термин «однокристальная микро-ЭВМ». В 1978 году фирма Motorola выпустила свой первый микроконтроллер MC6801, совместимый по системе команд с выпущенным ранее микропроцессором MC6800. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке. С точки зрения технологии микроконтроллер i8051 являлся для своего времени очень сложным изделием - в кристалле было использовано 128 тыс. транзисторов, что в 4 раза превышало количество транзисторов в 16-разрядном микропроцессоре i8086. Популярностью у разработчиков пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, 16-битные MSP430 фирмы TI, а также 32-битные микроконтроллеры, архитектуры ARM, которую разрабатывает фирма ARM Limited и продает лицензии другим фирмам для их производства.В семейство XC166 входят шестнадцатиразрядные микроконтроллеры, которые могут совместно выполнять функции встроенного управляющего устройства и цифрового сигнального процессора (DSP). В состав семейства входят микроконтроллеры семи типов (апрель 2005г.). Устройства, которые имеются у микроконтроллеров всех типов, в таблице не указаны. Для ввода и вывода данных у микроконтроллеров имеются: 1) четыре, семь или десять параллельных портов (РР) с суммарным числом входов-выходов (I/0) от 47 до 103, 2) два асинхронных канала ASC0 и ASC1, каждый из которых представляет собой универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик (USART), 3) два синхронных последовательных канала SSC0 и SSC1, выполняющие обмен данными по интерфейсу SPI (Serial Peripheral Interface). У микроконтроллеров некоторых типов имеются дополнительные устройства для ввода и вывода данных: 1) модуль, содержащий два блока приема и передачи сообщений в сети, работающей по CAN-протоколу (Twin CAN Module), 2) блок последовательного обмена данными по протоколу IIC (Inter Integrated Circuit), 3) модуль SDLM (Serial Data Link Module) для последовательного обмена данными в сети, работающей по протоколу J1850.В набор входят: 1) отладочная плата (Evaluation board) XC16Board REV200 с установленным на ней микроконтроллером типа XC161CJ или XC164CS или XC167CI, 2) компакт-диск SK-XC16x-V20 фирмы Infineon с техническими описаниями отладочной платы и микроконтроллеров, которые могут быть на ней установлены, 3) компакт-диск Taskingcd фирмы Altium с программной системой Tasking EDE (Embedded Development Environment), 4) компакт-диск Ude V1 80 фирмы pls с программной системой UDE (Universal Debug Engine), 5) компакт-диск hitex фирмы hitex с программной системой HITOP, 6) компакт-диск Trace 32 - infxc 164 фирмы LAUTERBACH с программной системой TRACE 32. 4) наличие встроенных средств отладки, существенно упрощающих процесс разработки систем на базе этих микроконтроллеров. Микроконтроллеры 68HC12A0, не имеющие внутренней памяти программ, ориентированы на применение в системах, использующих для хранения программ внешнюю память. В системах и устройствах микроконтроллеры могут работать в однокристальном (Single-Chip) или расширенном (Expanded) режимах. Микроконтроллеры 68НС12А0 и 68НС812А4 при работе в расширенном режиме обеспечивают возможность увеличения адресного пространства до 4 Мб памяти команд и 1 Мб памяти данных.5) относительная (адрес операнда образуется путем сложения содержимого программного счетчика PC и заданного в команде 8-или 16-разрядного смещения); 14) косвенно-индексная с 16-разрядным смещением (адрес операнда располагается в ячейке памяти с адресом, который получается путем сложения содержимого заданного регистра X, Y, SP или PC с 16-разрядным смещением); 15) косвенно-индексная со смещением, расположенным в регистре D (адрес операнда располагается в ячейке памяти с адресом, который получается путем сложения содержимого заданного регистра X, Y, SP или PC с содержимым регистра D). Дополнительно введены команды MOVB и MOVW, позволяющие осуществлять пересылку 8-и 16-разрядных данных из памяти в память, команды LEAS, LEAX, LEAY, выполняющие вычисление эффективного адреса и его загрузку в регистры SP, X или Y, а также команды для записи содержимого регистров D, CCR в стек (PSHD, PSHC) и их загрузки из стека (PULD, PULC). Группа команд арифметических операций позволяет выполнять сложение и вычитание содержимого двух регистров или регистра и ячейки памяти с учетом или без учета признака переноса (ABA, ABX, ABY, ADCA, ADCB, ADDA, ADDB, ADDD, SBA, SBCA,SBCB, SUBA, SUBB, SUBD), производить коррекцию результата сложения двоично-десятичных чисел (DAA), выполнять инкремент и декремент содержимого ячейки памяти или регистра (DEC, DECA, DECB, DES, DEX, DEY, INC, INCA, INCB, INS, INX, INY), изменять его знак (NEG, NEGA, NEGB).Из периферийных устройств микроконтроллеры семейства 68HC12 содержат модули параллельного и п

Содержание

Введение

1 Основная часть

1.2 Средства разработки программ

2 Семейство 16-разрядных микроконтроллеров Motorola 68HC12

2.1 Структура и функционирование микроконтроллеров HC12

2.2 Способы адресации и система команд

2.3 Набор периферийных устройств

2.4 Порты ввода/вывода

2.5 Модуль последовательного интерфейса

2.6 Таймерный модуль

2.7 Модуль формирования ШИМ-сигналов

2.8 Модуль АЦП

2.9 Средства отладки и программирования микроконтроллеров 68НС12

3 Семейство микроконтроллеров Intel

3.1 Микроконтроллеры семейства MCS-51

3.2 Микроконтроллеры семейства MCS-251

3.3 Микроконтроллеры семейства MCS-96

3.4 Микроконтроллеры INTEL MCS 196/296

3.5 Особенности микроконтроллеров семейства MCS-196 фирмы INTEL

3.6 Почему 80C196 быстрее, чем 8051?

3.7 Семейство контроллеров Универсальной последовательной шины 8x930

Микроконтроллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) - микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять относительно простые задачи. С появлением однокристальных микро-ЭВМ связывают начало эры массового применения компьютерной автоматизации в области управления. По-видимому, это обстоятельство и определило термин «контроллер» (англ. controller - регулятор, управляющее устройство). В связи со спадом отечественного производства и возросшим импортом техники, в том числе вычислительной, термин «микроконтроллер» (МК) вытеснил из употребления ранее использовавшийся термин «однокристальная микро-ЭВМ». Первый патент на однокристальную микро-ЭВМ был выдан в 1971 году инженерам М. Кочрену и Г. Буну, сотрудникам американской Texas Instruments. Именно они предложили на одном кристалле разместить не только процессор, но и память с устройствами ввода-вывода. В 1976 году американская фирма Intel выпускает микроконтроллер i8048. В 1978 году фирма Motorola выпустила свой первый микроконтроллер MC6801, совместимый по системе команд с выпущенным ранее микропроцессором MC6800. Через 4 года, в 1980 году, Intel выпускает следующий микроконтроллер: i8051. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке. С точки зрения технологии микроконтроллер i8051 являлся для своего времени очень сложным изделием - в кристалле было использовано 128 тыс. транзисторов, что в 4 раза превышало количество транзисторов в 16-разрядном микропроцессоре i8086. На сегодняшний день (10 октября 2013) существует более 200 модификаций микроконтроллеров, совместимых с i8051, выпускаемых двумя десятками компаний, и большое количество микроконтроллеров других типов. Популярностью у разработчиков пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, 16-битные MSP430 фирмы TI, а также 32-битные микроконтроллеры, архитектуры ARM, которую разрабатывает фирма ARM Limited и продает лицензии другим фирмам для их производства. Несмотря на популярность в России микроконтроллеров упомянутых выше, по данным Gartner Grup от 2009 года мировой рейтинг по объему продаж выглядит иначе: первое место с большим отрывом занимает Renesas Electronics на втором Freescale, на третьем Samsung, затем идут Microchip и TI, далее все остальные. В СССР велись разработки оригинальных микроконтроллеров, также осваивался выпуск клонов наиболее удачных зарубежных образцов. В 1979 году в СССР НИИ ТТ разработали однокристальную 16-разрядную ЭВМ К1801ВЕ1, микроархитектура которой называлась «Электроника НЦ». При проектировании микроконтроллеров приходится соблюдать баланс между размерами и стоимостью с одной стороны и гибкостью и производительностью с другой. Для разных приложений оптимальное соотношение этих и других параметров может различаться очень сильно. Поэтому существует огромное количество типов микроконтроллеров, отличающихся архитектурой процессорного модуля, размером и типом встроенной памяти, набором периферийных устройств, типом корпуса и т. д. В отличие от обычных компьютерных микропроцессоров, в микроконтроллерах часто используется гарвардская архитектура памяти, то есть раздельное хранение данных и команд в ОЗУ и ПЗУ соответственно. Кроме ОЗУ, микроконтроллер может иметь встроенную энергонезависимую память для хранения программы и данных. Во многих контроллерах вообще нет шин для подключения внешней памяти. Наиболее дешевые типы памяти допускают лишь однократную запись. Такие устройства подходят для массового производства в тех случаях, когда программа контроллера не будет обновляться. Другие модификации контроллеров обладают возможностью многократной перезаписи энергонезависимой памяти. Ограничения по цене и энергопотреблению сдерживают также рост тактовой частоты контроллеров. Хотя производители стремятся обеспечить работу своих изделий на высоких частотах, они, в то же время, предоставляют заказчикам выбор, выпуская модификации, рассчитанные на разные частоты и напряжения питания. Во многих моделях микроконтроллеров используется статическая память для ОЗУ и внутренних регистров. Это дает контроллеру возможность работать на меньших частотах и даже не терять данные при полной остановке тактового генератора. Часто предусмотрены различные режимы энергосбережения, в которых отключается часть периферийных устройств и вычислительный модуль. Использование в современном микроконтроллере достаточного мощного вычислительного устройства с широкими возможностями, построенного на одной микросхеме вместо целого набора, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость построенных на его базе устройств. Используются в управлении различными устройствами и их отдельными блоками. В то время как 8-разрядные процессоры общего назначения полностью вытеснены более производительными моделями, 8-разрядные микроконтроллеры продолжают широко использоваться. Это объясняется тем, что существует большое количество применений, в которых не требуется высокая производительность, но важна низкая стоимость. В то же время, есть микроконтроллеры, обладающие большими вычислительными возможностями, например цифровые сигнальные процессоры, применяющиеся для обработки большого потока данных в реальном времени (например, аудио -, видеопотоков). Программирование микроконтроллеров обычно осуществляется на языке ассемблера или Си, хотя существуют компиляторы для других языков, например, Форта и Бейсика.

Используются также встроенные интерпретаторы Бейсика. Для отладки программ используются программные симуляторы (специальные программы для персональных компьютеров, имитирующие работу микроконтроллера), внутрисхемные эмуляторы (электронные устройства, имитирующие микроконтроллер, которые можно подключить вместо него к разрабатываемому встроенному устройству) и интерфейс JTAG

Цель курсового проекта: закрепить знания по данной теме.

Задача: изучить характеристику микроконтроллера одного из семейств