Микроконтроллеры фирмы NEC. Часть 1.

Японская фирма NEC (Nippon Electric Corporation) уже более 15 лет выпускает микроконтроллеры (МК), предназначенные для встраивания в различные приборы и системы управления. К настоящему времени фирмой разработаны и изготавливаются МК более чем 450-ти типов. Фирма продолжает создавать новые и совершенствовать выпущенные ранее микросхемы.

    Микроконтроллер фирмы NEC имеет стандартную структуру. Он содержит процессор, внутреннее постоянное запоминающее устройство для хранения программы (по терминологии NEC — IROM), внутреннее оперативное запоминающее устройство для хранения данных (IRAM) и набор периферийных устройств.

    В группу периферийных устройств входят параллельные порты ввода/вывода, каналы последовательного интерфейса, таймеры и таймеры-счетчики, контроллер прерываний. Кроме того, многие микроконтроллеры имеют многоканальные аналого-цифровые преобразователи (ADC), цифро-аналоговые преобразователи (DAC), цифровые компараторы, дополнительные запоминающие устройства, широтно-импульсные модуляторы (PWM), устройства для подключения электролюминесцентных и жидкокристаллических индикаторов и другие устройства.

    Множество выпускаемых фирмой NEC микроконтроллеров делится на семейства. Семейства делятся на серии. В состав серии входят микроконтроллеры нескольких типов. Семейства различаются возрастом разработки, разрядностью данных (4, 8, 16 бит), быстродействием, энергопотреблением и рядом других характеристик. Серии в пределах семейства различаются, в основном, составом и параметрами периферийных устройств. Микроконтроллеры разных типов в пределах серии различаются, главным образом, составом и емкостью запоминающих устройств.

    В табл. 1 перечислены наименования семейств, указано число серий и суммарное число типов МК в семействе, приведена структура обозначения типа и серии МК в семействе и указана разрядность микроконтроллеров. Таблица составлена по данным на конец 1997 года.

Таблица 1

Семейство
Число серий
Число типов
Обозначении серии и типа МК
Число разрядов

750
1
12
mPD75ZZ
4

75X
11
65
mPD75ZZZ
4

75XL
9
34
mPD75ZZZZ
4

17K
7
55
mPD17ZZZ
mPD17ZZZZ
4
8

78AD
1
9
mPD78CZZ
8

78K/O
29
133
mPD780ZZ
mPD780ZZZ
8
8

78K/OS
16
47
mPD789ZZZ
8

78K/1
2
8
mPD781ZZ
8

78K/2
3
14
mPD782ZZ
8

78K/3
8
30
mPD783ZZ
16

78K/4
13
50
mPD784ZZZ
16

Z = 0, 1,…, 9

    Микроконтроллеры фирмы NEC выпускаются с IROM масочного типа. При этом практически в каждую серию входит МК с программируемой памятью (UVEPROM или Flash), имеющей, как правило, наибольший для данной серии объем. При отсутствии в корпусе микросхемы окна возможно лишь однократное программирование памяти (OTPROM). Память типа Flash (с электрическим стиранием записи) допускает многократное перепрограммирование.

    В обозначение типа микроконтроллера с программируемой памятью после номера семейства вводится буква Р (EPROM) или F (Flash). Например, mPD75PZZZ или mPD78 F9ZZZ. Кроме того, в обозначение типа МК после последней цифры (Z) могут входить одна или несколько букв, обозначающих модификацию исходной серии. Например, mPD75 PZZZB.

    Семейства 7500, 78AD, 78K/1 и 78K/2 относятся к числу «старых» и в настоящее время не получили развития. В семейство 17К входят микроконтроллеры, предназначенные для работы в специальной аппаратуре (аудио, видео, пейджеры и др.). Далее в статье рассматриваются микроконтроллеры широкого применения новых и новейших развивающихся семейств, к числу которых относятся семейства 75X и 75XL (4 бита), 78K/0 и 78K/0S (8 бит) и 78K/3 и 78K/4 (16 бит).

1. Четырехразрядные микроконтроллеры (семейства 75X и 75 XL)

    Четырехразрядные микроконтроллеры фирмы NEC по особенностям их структуры, влияющим на выбор МК для работы в конкретной аппаратуре, могут быть отнесены к одной из четырех групп:

  • микроконтроллеры общего назначения без АЦП (General Purpose, GP);
  • микроконтроллеры общего назначения с АЦП (GPADC);
  • микроконтроллеры с выводами для подключения электролюминесцентных индикаторов (Fluorescent Indicator Panel, FIP);
  • микроконтроллеры с выводами для подключения жидкокристаллических индикаторов (Liquid-Crystal Display, LCD).

  •     Микроконтроллеры семейства 75XL представляют собой усовершенствованную версию микроконтроллеров семейства 75X. Они отличаются повышенным быстродействием, пониженным энергопотреблением и некоторыми другими параметрами.

        В табл. 2 указаны серии и типы микроконтроллеров семейств 75X (ZZZ) и 75XL (ZZZZ), отмечена принадлежность к одной из названных выше групп, указано число типов МК в серии, отмечены отличительные особенности микроконтроллеров разных серий и указано минимальное число выводов корпуса микросхемы.

    Таблица 2

    Группа
    Семейство
    Серия. Тип
    mPD75ZZZ
    mPD75ZZZZ

    Число типов
    Особенности МК
    Число выводов

    GP
    75X
    004-008
    4
     
    42

    104-116
    10
    Компаратор
    64

    108-117
    5
    Компаратор
    64

    402
    2
    Наименьшие возможности
    28

    75XL
    0004-0016
    4
     
    42

    0104-0116
    4
    RC-генератор
    42

    4302-4308
    3
     
    36

    GP ADC
    75X
    028-048
    5
    EEPROM
    64

    064-068
    4
     
    42

    512-518
    6
    Наибольшие возможности
    80

    75XL
    0064-0076
    4
     
    42

    4202-4264
    5
    EEPROM. KeylessEntry
    20

    FIP
    75X
    206-268
    9
    PWM
    64

    236-238
    4
    ADC, PWM
    94

    LCD
    75X
    304-316
    12
     
    80

    328-336
    4
    ADC
    80

    75XL
    3012-3018
    4
     
    80

    3036
    2
    ADC
    80

    3104-3116
    4
     
    64

    3204-3216
    4
     
    48

        Система команд микроконтроллеров разных типов и серий содержит разное число команд (от 61 у серии 402 до 143 у МК типов 517, 518 и некоторых других). При этом обеспечивается программная совместимость снизу вверх. По командам выполняются операции с битами, нибблами (4 бита) и байтами. В микроконтроллерах некоторых типов и серий с байтами выполняются только операции пересылки.

        Цикл команды при неизменной частоте кварцевого резонатора может иметь разную, устанавливаемую по выбору длительность. В табл. 3 указаны максимальное значение тактовой частоты (FOSC MAX) и устанавливаемые при этом по выбору значения длительности цикла команд Т ЦК.

    Таблица 3

    Семейство
    FOSCmax (MГц)
    TЦК (мкс)

    75Х
    4,19
    0,95
    1,91
    3,81
    15,3

        Кроме основной системы синхронизации (main clock) микроконтроллеры имеют вспомогательную систему (subclock) с тактовой частотой 32 КГц и длительностью цикла команды 122 мкс. Переход на работу с пониженным быстродействием на этапе выполнения программы, где это допустимо, позволяет существенно уменьшить ток потребления МК. Кроме того, МК по команде программы может быть переведен в режим холостого хода (HALT mode), в котором процессор остановлен, но работают периферийные устройства, или в режим пониженного энергопотребления (STOP mode), когда остановлен генератор тактового сигнала. В первом случае ток потребления уменьшается в 5-10 раз, а во втором — снижается до десятых или сотых долей мкА.

        Память микроконтроллера содержит:


    • один или четыре регистровых банка с изменяемой по выбору структурой (восемь четырехразрядных регистров или четыре восьмиразрядных);
    • постоянное запоминающее устройство (ЗУ) для хранения программы (IROM) емкостью от 2Kх8 бит до 32Kх8 бит:
    • оперативное ЗУ для хранения данных емкостью от 320х4 бит до 1024х4 бит.

        Кроме того, у микроконтроллеров некоторых серий имеется дополнительное ЗУ с электрическим стиранием и сохранением записи данных при отключении питания (EEPROM) емкостью от 16х4 бит до 1024х4 бит.

        Параллельные порты имеют разное число линий ввода/вывода (от 13 до 64), при этом используются выводы разных типов (КМОП вход, КМОП вход/выход, NМОП вход/выход с высоким уровнем сигнала от 9…13 В). У микроконтроллеров группы FIP имеются также высоковольтные РМОП выходы. Многие выходы допускают непосредственное подключение светодиодов. Некоторые выводы по командам программы могут переводиться из режима работы с тремя состояниями в режим работы с двумя состояниями (programmable pull up, maskable pull down).

        Контроллер прерывания векторного типа принимает запросы прерывания от внешних и внутренних источников, при этом общее число запросов может быть от трех до восьми.

        В состав периферийных устройств микроконтроллеров всех семейств входят от одного до пяти таймеров и таймеров-счетчиков разных типов (таймер/счетчик событий, таймер-датчик времени, сторожевой таймер и др.). При этом некоторые таймеры допускают каскадное соединение. В некоторых сериях таймеры имеют внешние выходы, которые могут использоваться для формирования синхронизирующих и тональных (звуковых) сигналов.

        Микроконтроллеры всех типов (кроме серии 402) имеют канал последовательного интерфейса, который по выбору может работать по стандартному последовательному протоколу фирмы NEC (CSI) с использованием двухпроводной (SBI) или трехпроводной (IОE) линии связи. Трехпроводный протокол IOE представляет собой вариант стандартного протокола SРI. Двухпроводный протокол SBI не совпадает со стандартным двухпроводным протоколом I2C.

        Микроконтроллеры, входящие в группы FIP и LCD, имеют в составе периферийных устройств контроллеры FIP и LCD соответственно, которые формируют сигналы выбора знакомест и сегментные сигналы для индикаторных панелей.

        Аналого-цифровые преобразователи (ADC) содержат восемь каналов преобразования (кроме серии 402) с формированием восьмиразрядного двоичного кода.

        В состав периферийных устройств некоторых микроконтроллеров входят четырехканальные четырехразрядные цифровые компараторы.

        Широтно-импульсный модулятор строится на базе 14 разрядного таймера.

        Для питания микроконтроллеров используются источники с напряжением 1,8–5,5 В и током потребления от 1 до 5 мА в зависимости от выбранного быстродействия работы МК.


    Автор: Гребнев Владимир
    Источник

    Оставить комментарий

    Вы можете использовать следующие теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>