Шестнадцатиразрядные микроконтроллеры серии 296 фирмы Intel. Их сравнение по возможностям и быстродействию с современными микроконтроллерами серии MB90 фирмы Fujitsu

1.6 Работа с внутренними и внешними устройствами

Порты ввода/вывода:

Порты ввода/вывода общего назначения (КМОП выходы): 34 порта (MB90F387) (в т.ч. 4 порта с мощным выходам). На микроконтроллерах MB90F387S, если вспомогательный источник тактирования не используется, возможно расширение до 36 портов.

Интерфейсы:

Полный CAN, версии 2.0a и 2.0b

8 входов DT

P (механизм пересылки данных внешней периферии по запросу DMA/прерываний с активацией сервиса EI2OS - расширенная функция интеллектуального ввода-вывода)

Полный дуплекс UART на скорость до 2 Мбит

Возможность подключения внешней памяти объёмом до 16 Мбайт

Встроенный интерфейс I2C (не во всех моделях)

2. МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ INTEL 296

2.1 Общая характеристика и применение

В семейство MCS-196 фирмы Intel (иногда используется и название 80C196) входит более 30 разновидностей микроконтроллеров. Это 16-разрядные, быстродействующие ИС высокой степени интеграции, ориентированные на решение задач управления процессами в реальном масштабе времени. Типичные области применения для этих микроконтроллеров - управление двигателями, модемы, безюзовые тормозные системы, контроллеры жестких дисков, медицинское оборудование.

История MCS-196 насчитывает более 12 лет. За это время специалисты фирмы Intel увеличили адресное пространство с 64 КБайт до 6 Мбайт, повысили тактовую частоту с 10 до 50 МГц, улучшили быстродействие в 16 раз.

Микроконтроллеры 80C196 фактически стали индустриальным стандартом для 16-разрядных встроенных систем управления, обеспечивая сочетание высоких технических показателей и экономической эффективности. Например, именно благодаря этим микроконтроллерам, установленным в системе управления зажиганием, специалистам концерна Ford удалось существенно снизить потребление топлива, уменьшить выбросы вредных веществ и одновременно повысить скоростные характеристики своих машин.

Серия MCS-296 это последнее обновление семейства MCS-96. Микроконтроллеры 80296SA имеют повышенную производительность, по сравнению с наиболее производительными контроллерами 196 серии (8xC196NP и 8xC196NU).

Основные особенности серии MCS-96

ü 80C196 имеет всего одно адресное пространство, в котором находятся и инструкции, и данные.

80C196 содержит больше периферийных узлов, чем более простые, 8-разрядные микроконтроллеры. Однако каждый из этих узлов не является более сложным.

80С196 имеет существенно более высокое быстродействие, чем 8-разрядные микроконтроллеры, и потребляет больше. Но кристаллы 80C196 изготавливаются по КМОП-технологии. А это значит, что при понижении тактовой частоты энергопотребление снижается по практически линейному закону. Итак, если некоторая прикладная задача может быть решена при помощи 8-разрядного микроконтроллера, то ее можно решить и при помощи 80C196, работающего на пониженной тактовой частоте. При этом энергопотребление 80C196 будет слабо отличаться от потребления 8-разрядного микроконтроллера, работающего на своей номинальной частоте, и может быть даже меньшим.

У 80C196 можно использовать 16-разрядную внешнюю шину. Кроме того, цикл шины 80C196 в 3-4 раза короче, чем у 8051. В результате, 80C196 в 6-8 раз быстрее работает с внешней памятью.

80C196 имеет полноценный набор 16-разрядных арифметических инструкций.

Стек 80C196 имеет размер до 64 КБайт, а в качестве указателя можно использовать любое из 116 слов встроенной регистровой памяти.

Рассмотрим технические характеристики кристалла MCS-296 – 80C296SA:

Частота процессора 40, 50 МГц.

Адресное пространство 6 Мбайт.

16-разрядная шина памяти, может расширяться до 16/24-разрядной (адреса/данных).

Память ОЗУ 2 кбайт (+512 байт регистровой ОЗУ памяти), ПЗУ 2 кбайт.

40-разрядный аккумулятор, с возможностями цифровой обработки сигналов и выполнений операций умножения и накопления за 80 нс.

Прерывания:

19 источников прерываний, из них 14 – с программируемым приоритетом.

Энергопотребление:

Общее потребление - не более 150 мА на частоте 50 МГц. Имеются режимы с пониженным энергопотреблением: IDLE и POWER DOWN.

Температурный диапазон, корпуса:

Существует четыре разновидности по температурному диапазону работы: коммерческий (0 .+70 градусов), расширенный (-40 .+85), автомобильный (-40 .+125) и военный. Кроме того, микроконтроллеры могут быть подвергнуты динамической электротермотренировке.

ИС устанавливаются в 100-выводные корпуса типов QFP или SQFP.

2.2 Внутренняя архитектура

Внутренняя архитектура контроллеров серии 296 показана на рис. 2 (на примере 80296SA). Очевидно, что данные микроконтроллеры спроектированы на основе принстонской архитектуры (основанной на принципах фон Неймана), т.к. память для хранения данных и команд не разделена (единое адресное пространство), а микроконтроллер содержит две шины: данных и адреса.

Рис.2 Внутренняя архитектура кристалла 80296SA

На частоте 50 МГц ЦПУ выполняет до 16 млн. оп/с на стандартном наборе команд и до 12,5 млн. оп/с при использовании специальных команд цифровой обработки сигналов. Память ЦПУ имеет одно адресное пространство размером 6 Мбайт, в котором находятся регистры общего назначения, регистры специального назначения, встроенная программная память, внешняя память для программы и данных. ПЗУ имеет объем 2 кбайт и оснащено защитой от несанкционированного доступа. Контроллер памяти работает с 16- и 24-разрядной внешней шиной, причем ширина шины может динамически переключаться, можно вводить циклы ожидания.

Основные компоненты CPU во всех микроконтроллерах семейства MCS-96 — это Регистровый Файл (Register File) и Регистровое Арифметико-Логическое Устройство (Register/Arithetic Logic Unit - RALU). Регистровый файл - это адресуемое пространство регистров процессора. Ячейки от 00h до 17h - это управляющие регистры ввода-вывода или регистры cпециальных функций (Special Function Registers - SFR). Ячейки 18h и 19h содержат указатель стека, они могут использоваться как обычная RAM-память, когда не выполняются стековые операции. Остальные байты регистрового файла служат как обычная RAM-память, доступная как байт, слово или как двойное слово. CPU выполняет вычисления в RALU. RALU содержит 17-битное арифметико-логическое устройство (ALU), слово состояния программы (PSW), счетчик команд (PC), счетчик циклов и три временных регистра. RALU работает напрямую с регистровым файлом, таким образом, устраняются пересылки через аккумулятор, и обеспечивается прямое управление операциями ввода/вывода через SFR.

Другие составные микропроцессора рассмотрим в пункте 2.3

2.3 Состав встроенных устройств

 Скачать реферат