Лекції по МПС

4.1.Класифікація і структура мікроконтролерів

Основною особливістю сучасного етапу розвитку МПС є завершення переходу від систем, виконаних на основі декількох великих ІС, до однокристальних МК, які об'єднують в одному кристалі всі основні елементи МПС: центральний процесор (ЦП), що постійний запам”ятовуючий пристрій (ПЗП), пам”ять оперативну (ОЗП), порти вводу/виводу, таймери.
В даний час випускається цілий ряд типів МК. Всі ці прилади можна умовно розділити на три основні класи:

Найпоширенішим представником сімейства МК є 8-розрядні прилади, що широко використовуються в промисловості, побутовій і комп'ютерній техніці. Вони пройшли в своєму розвитку шлях від найпростіших приладів з відносно слаборозвиненою периферією до сучасних багатофункціональних контролерів, що забезпечують реалізацію складних алгоритмів управління в реальному масштабі часу. Причиною життєздатності 8-розрядних МК є використання їх для управління реальними об'єктами, де застосовуються, в основному, алгоритми з переважанням логічних операцій, швидкість обробки яких практично не залежить від розрядності процесора.
Зростанню популярності 8-розрядних МК сприяє постійне розширення номенклатури виробів, що випускаються такими відомими фірмами, як Motorola, Microchip, Intel, Zilog, Atmel і багатьма іншими. Сучасні 8-розрядні МК володіють, як правило, рядом ознак. Перерахуємо основні з них:

модульна організація, при якій на базі одного процесорного ядра (центрального процесора) проектується ряд (лінійка) МК, що розрізняються об'ємом і типом пам'яті програм, об'ємом пам'яті даних, набором периферійних модулів, частотою синхронізації;
використовування закритої архітектури МК, яка характеризується відсутністю ліній магістралей адреси і даних на виводах корпусу МК. Таким чином, МК є закінченою системою обробки даних, нарощування можливостей якої з використанням паралельних магістралей адреси і даних не передбачається;
використовування типових функціональних периферійних модулів (таймери, процесори подій, контролери послідовних інтерфейсів, аналого-цифровові перетворювачі і ін.), що мають незначні відмінності в алгоритмах роботи в МК різних виробників;
розширення числа режимів роботи периферійних модулів, які задаються в процесі ініціалізації регістрів спеціальних функцій МК.

При модульному принципі побудови всі МК одного сімейства містять процесорне ядро, однакове для всіх МК даного сімейства, і змінний функціональний блок, який відрізняє МК різних моделей. Структура модульного МК приведена на мал. 4.1.
Процесорне ядро включає:

центральний процесор;
внутрішню контролерну магістраль (ВКМ) у складі шин адреси, даних і управління;
схему синхронізації МК;
схему управління режимами роботи МК, включаючи підтримку режимів зниженого енергоспоживання, початкового запуску (скидання) і т.д.

Змінний функціональний блок включає модулі пам'яті різного типу і об'єму, порти вводу/виводу, модулі тактових генераторів (Г), таймери. У відносно простих МК модуль обробки переривань входить до складу процесорного ядра. В складніших МК він є окремим модулем з розвиненими можливостями. До складу змінного функціонального блоку можуть входити і такі додаткові модулі як компаратори напруги, аналого-цифровові перетворювачі (АЦП) і інші. Кожний модуль проектується для роботи у складі МК з урахуванням протоколу ВКМ. Даний підхід дозволяє створювати різноманітні по структурі МК в межах одного сімейства.