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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK HIGH-SPEED-Mikrocontroller von DALLAS SEMICONDUCTOR. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Mikrocontroller Viele neue 51-Bit-Mikrocontroller (MK) sind im Handel erhältlich. Sie sind hinsichtlich des Preis-Leistungs-Verhältnisses sehr attraktiv. Die Entwicklungskosten umfassen jedoch nicht nur den Preis des MK selbst, sondern auch die Kosten für unverzichtbare Debugging-Tools und Software (sofern die Entwicklung nicht bei Null beginnt). Dies erklärt das Engagement inländischer Entwickler für xXNUMX-kompatibles MK. Die „High Speed“-MCUs von Dallas Semiconductor sind vollständig software- und hardwarekompatibel mit dem MCS51. Ihre Möglichkeiten sind jedoch viel größer. Sie werden sowohl ohne als auch mit Programmspeicher hergestellt. Letzteres kann einmalig (OTP-EPROM) oder mehrfach programmierbar sein, wobei die Löschung durch Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen erfolgt (UV-EPROM). Umprogrammierbare MKs sind für Funkamateure von größtem Interesse, daher werden in dem Artikel nur zwei Mitglieder der Familie, DS87C520 und DS87C530, ausführlich betrachtet. Die wichtigsten technischen Merkmale der MK-Familie „High Speed“ sind in der Tabelle aufgeführt. Wie Sie sehen, besteht es aus fünf Modifikationen, die sich in ihren Fähigkeiten unterscheiden. Bei DS80C320 und DS80C323 gibt es also kein internes ROM, bei DS83C520 ein Masken-ROM mit einer Kapazität von 16 KB und bei DS87C520 und DS87C530 ein einmalig programmierbares oder löschbares ROM desselben Volumens mit UV-Bestrahlung. Externer RAM auf einem Chip ist nur in den letzten drei Modifikationen verfügbar, und ein Taktkalender ist nur im DS87C530 verfügbar.
LEISTUNG Die Leistungssteigerung von „High Speed“-Mikrocontrollern ist darauf zurückzuführen, dass ihr Maschinenzyklus nicht wie beim 12C87 aus 51 Maschinenzyklen besteht, sondern nur aus vier. Daher führt der DS8xC5xx MC bei gleicher Taktfrequenz den einfachsten Einzelzyklusbefehl dreimal schneller aus als jeder x51-Vertreter. Bei der maximalen Taktfrequenz von 33 MHz beträgt die Ausführungszeit des DS87C520 und DS87C530 also 121 ns, was beim 87C51 nur bei einer Frequenz von 100 MHz verfügbar wäre. Allerdings werden nicht alle Anweisungen so schnell ausgeführt – im Durchschnitt erhöht sich die Geschwindigkeit von Programmen um etwa das 2,5-fache. Dies liegt daran, dass einige „High-Speed“-Befehle in der MCU mehr Zyklen benötigen als der 87C51. PROGRAMM- UND DATENSPEICHER Der On-Chip-Programmspeicher belegt die unteren Adressen im Adressraum der MCU. Der standardmäßige dreistufige Schutz vor unbefugtem Zugriff ist vorhanden. Auf den externen Programmspeicher wird zugegriffen, wenn der Programmzähler den Maximalwert der internen Speicheradresse überschreitet. Beachten Sie, dass diese maximale Adresse programmgesteuert gesteuert werden kann, indem drei Bits im ROMSIZE SFR-Register gesetzt werden – die Speichergröße kann auf 0, 1, 2, 4, 8 oder 16 KB eingestellt werden. Während der Ausführung des Programms können Sie sogar die Arbeit aus dem internen Programmspeicher komplett verbieten und auf die Arbeit aus dem externen umschalten. Auf dem DS87C520/530-Chip befinden sich sowohl die standardmäßigen 256 Byte RAM, auf die wie beim 87C52 zugegriffen werden kann, als auch zusätzlich 1 KB Arbeitsspeicher. Auf Letzteres kann mit dem MOVX-Befehl zugegriffen werden. Dieser Speicher wird als extern behandelt, obwohl er sich physisch auf dem MK-Chip befindet. Im Adressraum liegt es von 0000 bis 03FF. Zugriffe auf externen Speicher an Adressen über 03FF wählen automatisch externen Speicher aus, falls vorhanden. Der Zugriff auf das erwähnte Ein-Kilobyte-RAM-Array kann programmgesteuert gesperrt werden. In diesem Fall erfolgt jeder Zugriff auf den externen Datenspeicher auf die gleiche Weise wie bei der Mikrocontroller-Familie MCS-51. MK DS87C520/530 ermöglichen die Software-Anpassung der Zugriffszeit auf externen Speicher. Darüber hinaus wird der MOVX-Befehl in mindestens zwei Maschinenzyklen ausgeführt, wenn auf externen Speicher sowohl auf dem Chip als auch außerhalb des Chips zugegriffen wird. Um jedoch mit „langsamen“ externen RAM-Chips zu arbeiten, kann die Anzahl der Zyklen auf bis zu neun erhöht werden. Beim Zurücksetzen wird ihre Anzahl auf drei gesetzt. DATENZEIGER Der als DPTR0 bezeichnete Standard-DPTR befindet sich an den Adressen 82H und 83H, wodurch die „High Speed“-MCU mit dem 87C51 kompatibel ist. Der zweite Zeiger, der sich an den Adressen 84H und 85H befindet, wird als DPTR1 bezeichnet. Die Auswahl eines bestimmten DPTR erfolgt durch Zurücksetzen/Setzen eines Nullbits im SFR-Register an Adresse 86H. Durch die Verwendung von zwei Zeigern für „von“- und „nach“-Adressen können Blockübertragungen effizient durchgeführt werden. ENERGIEVERWALTUNG Neben Idle und Power Down gibt es einen weiteren Energiesparmodus namens Power Management Mode (PMM). Darin setzt der Prozessor seine Arbeit ohne Einschränkungen fort, der Verbrauch wird jedoch durch Reduzierung der Taktfrequenz reduziert. Eine Reduzierung um das 16- bzw. 256-fache ist möglich (Modus PMM1 bzw. PMM2). Bei einer Taktfrequenz von 11059,2 kHz im Standard-High-Speed-Modus verbraucht der MK 15,5, im PMM1-Modus 4,8, PMM2 4 mA (letzterer ist sogar weniger als der 87C51/52 im Idle-Modus). , und ohne den Prozessor anzuhalten). Darüber hinaus ist es im DS87C520/530 zulässig, einen internen Oszillator mit einer Frequenz von 2...4 MHz als Takt zu verwenden. Allerdings ist die angezeigte Frequenz instabil und daher kann diese Lösung nicht in Geräten verwendet werden, bei denen genaue Messungen von Zeitintervallen erforderlich sind. Durch Verringern der Taktrate ändert sich proportional die Geschwindigkeit der seriellen Verbindung. Im „High Speed“ MK sind technische Lösungen implementiert, die es ermöglichen, diesen Nachteil einfach zu beseitigen. Um die elektromagnetische Strahlung des MK in Fällen zu reduzieren, in denen das ALE-Signal nicht benötigt wird, kann seine Erzeugung programmgesteuert deaktiviert werden. SERIELLE ANSCHLÜSSE UND TIMER Der DS87C520 und der DS87C530 verfügen über zwei identische serielle Anschlüsse wie der 87C51, wobei der zweite die Pins P1.2 (RXD1) und P1.3 (TXD1) sowie die Register SCON1 (C0H) und SBUF1 (C1H) verwendet. Beide Ports können gleichzeitig funktionieren, aber gleichzeitig mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder in unterschiedlichen Modi arbeiten. Der zweite Port kann nur den ersten Timer/Zähler zum Einstellen der Baudrate verwenden. Um die Kompatibilität sicherzustellen, verwenden die Timer in den betrachteten MKs als Einstelltakt die Taktfrequenz geteilt durch 12. Sie können jedoch auch auf die Taktfrequenz geteilt durch 3 umschalten, was durch Setzen des entsprechenden Bits im SFR-Register CKCON erfolgt. Der Watchdog-Timer setzt den MC bei jedem Überlauf zurück. Um diese Resets zu vermeiden, muss es regelmäßig zurückgesetzt werden, was nur in einem normal funktionierenden System möglich ist. Der Watchdog-Timer wird einmal pro Taktzyklus erhöht. Durch Setzen der entsprechenden Bits können Sie vier Werte seiner Neuberechnung festlegen, wodurch die Anzahl der Zyklen vor dem Überlauf zwei hoch 17, 20, 23 oder 26 beträgt. Der Timer setzt außerdem das Interrupt-Flag (sofern per Software aktiviert) 512 Takte vor dem Zurücksetzen. UNTERSPANNUNGS-RESET, UNTERBRECHUNG UND ECHTZEITUHR Reduziert man die Versorgungsspannung auf einen Wert unter 4,13 V, erzeugt das entsprechende interne Gerät des MK ein Reset-Signal, das gehalten wird, bis die Spannung wieder den vorgegebenen Wert erreicht. Hierzu sind keine zusätzlichen externen Elemente oder Änderungen im Programm erforderlich. Wenn die Spannung auf 4,38 V absinkt, kann ein Interrupt-Signal generiert werden (sofern aktiviert). MK DS87C520 und DS87C530 verfügen über sechs externe Interrupts: zwei Standard-Interrupts, ähnlich denen im 87C51, und vier zusätzliche. Letztere unterscheiden sich von den Standardsignalen dadurch, dass sie nur auf die Flanke oder den Abfall des Interrupt-Signals reagieren – bei INT2 und INT4 ist die Flanke aktiv und bei INT3 und INT5 der Abfall. Timer-Interrupts werden ähnlich wie beim 87C52 gehandhabt. Jeder Timer verfügt über ein eigenes Aktivierungsflag, einen eigenen Vektor und eine eigene Priorität. Mit der Echtzeituhr (RTC), die mit MK DS87C530 ausgestattet ist, können Sie die aktuelle Uhrzeit, das Datum, den Wochentag, den Monat und das Jahr speichern. Dazu ist es notwendig, einen Quarzresonator mit einer Eigenfrequenz von 32,768 kHz und eine Lithiumbatterie in geeigneter Weise an das MK anzuschließen. RTCs haben die Möglichkeit, einen Alarm (ALARM) zu erzeugen, wenn die programmierte Zeit erreicht ist, während das Interrupt-Flag, falls aktiviert, auch im Mikroverbrauchsmodus gesetzt ist. Autor: A. Gorbatschow, Moskau
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