Микроконтроллеры фирмы NEC. Часть 2.

2. Восьмиразрядные микроконтроллеры (семейства 78K/0 и 78K/0S)

    Семейство 78K/0 является наиболее развитым семейством микроконтроллеров фирмы NEC. В его состав входят 29 серий и 133 типа микроконтроллеров. Семейство 78K/0S является новейшим семейством. Из 16-ти серий этого семейства, описанных в литературе, 15 серий на конец 1997 года находились в состоянии разработки.

    В семейство 78K/0 входят основные серии (main series) и дополнительные серии (subseries). В микроконтроллере дополнительной серии вместо одного из каналов последовательного интерфейса стандарта фирмы NEC используется канал промышленного стандарта I2C. В обозначение типа такого микроконтроллера добавляется буква Y. Например, mPD78052 — mPD78052Y.

    Другим отличием микроконтроллера дополнительной серии может быть пониженный уровень шума (EMI noise reduction) по сравнению с соответствующим микроконтроллером основной серии. В обозначение типа такого микроконтроллера добавляется какая-либо буква (H, B, F и др.) Например, mPD78095 — mPD78095В.

    Микроконтроллеры всех серий семейства 78K/0 имеют:


  • единую систему команд, содержащую 63 команды;
  • четыре регистровых банка в процессоре, которые могут содержать по выбору или восемь восьмиразрядных или четыре шестнадцатиразрядных регистра;
  • восьмиканальный восьмиразрядный или десятиразрядный аналого-цифровой преобразователь;
  • стандартный универсальный асинхронный приемопередатчик UART (кроме серий 11-18, 42-48 и 204-208).

    По особенностям структуры, определяющим выбор МК для работы в конкретной аппаратуре, микроконтроллеры семейства 78K/0 могут быть отнесены к одной из четырех групп:

  • микроконтроллеры общего назначения (GP);
  • микроконтроллеры с выходами для подключения электролюминесцентных индикаторов (FIP);
  • микроконтроллеры с выходами для подключения жидкокристаллических индикаторов (LCD);
  • микроконтроллеры специального назначения (Particular Purpose, PP).

  •     В табл. 4 перечислены основные серии микроконтроллеров семейства 78K/0(ZZ) и 78K/0S(ZZZ), отмечено наличие дополнительных серий с последовательным интерфейсом I2C (знак + в колонке I2C) и пониженным уровнем шума (знак + в колонке EMI), указано суммарное число типов МК в основной и дополнительных сериях, отмечены отличительные особенности микроконтроллеров разных серий и указано минимальное число выводов корпуса микросхемы.

    Таблица 4

    Группа
    Серия. Тип. mPD780ZZ mPD780ZZZ
    I2C
    EMI
    Число типов
    Особенности МК
    Число выводов

    JP
    11-18
    +
    +
    20
     
    64

    52-58
    +
    +
    21
    IERAM. DAC
    80

    70-78
    +
     
    10
    DAC
    100

    81-83
     
     
    3
     
    42

    016-018
    +
     
    3
    IERAM
    100

    021-024
    031-034
    +
     
    18
     
    64

    053-058
    +
    +
    12
    EIRAM. DAC
    80

    FIP
    42-48
     
     
    8
     
    80

    204-208
     
     
    5
     
    100

    226-228
     
     
    3
     
    100

    LCD
    62-64
    +
    +
    9
     
    100

    306-308
     
     
    3
     
    100

    PP
    095-098
     
    +
    4
    DAC. IE bus controller
    80

    921-924
     
     
     
     
     

    961-964
     
     
    10
    Inverter motor controller
    64

    948
     
     
    2
    CAN controller. LCD controller
    100

    973-974
     
     
    2
    Dashboard controller. LCD controller
    80

        Цикл команды при неизменной частоте кварцевого резонатора может иметь разную (по выбору) длительность. В табл. 5 указаны максимальное значение тактовой частоты (FOSC MAX) микроконтроллеров разных серий и устанавливаемые при этом значения длительности цикла команды (ТЦК).

    Таблица 5

    FOSC MAX (МГц)
    Серии. Типы
    ТЦК (мкс)

    10,0
    11-18
    0,4
    0,8
    1,6
    3,2
    6,4

    8,38
    021-024; 031-034;
    921-924; 961-964
    0,24
    0,48
    0,95
    1,91
    3,81

    6,0
    95-98
    0,5
    1
    2
    4
    8
    16

    5,0
    Остальные
    0,4
    0,8
    1,6
    3,2
    6,4
    12,8

        В микроконтроллерах имеется вспомогательная система синхронизации с тактовой частотой 32,768 кГц и длительностью цикла команды 122 мкс. Своевременный перевод МК на работу с пониженным быстродействием или переход в HALT mode или STOP mode позволяют программными средствами минимизировать энергопотребление МК.

        Память микроконтроллеров семейства 78K/0, кроме четырех регистровых банков (8×8 бит или 4×16 бит), содержит IROM емкостью от 8Kx8 бит до 60Kґ8 бит и внутреннее быстродействующее запоминающее устройство для хранения данных (Internal High Speed RAM, IHSRAM) емкостью от 256×8 бит до 2048×8 бит. Кроме того, микроконтроллеры некоторых серий имеют внутреннее дополнительное запоминающее устройство для хранения данных (Internal Extended RAM, IERAM) емкостью 1024 байт, внутреннее буферное запоминающее устройство (Internal Buffer RAM) емкостью 32 байта, а микроконтроллеры групп FIP и LCD — внутреннее дисплейное ЗУ различной емкости.

        Микроконтроллеры некоторых серий допускают подключение внешней памяти (EROM) с образованием общего адресного пространства ROM объемом 64К адресов.

        Параллельные порты ввода–вывода могут иметь от 33 до 88 линий ввода–вывода, при этом используются линии трех типов — КМОП входы, КМОП входы/выходы и NMOP входы/выходы. У микроконтроллеров группы FIP имеются также выводы типа PMOP. Число состояний некоторых выводов может изменяться с использованием соответствующих команд в программе.

        Микроконтроллеры разных серий имеют от трех до пяти таймеров разных типов (таймер/счетчик событий, базовый интервальный таймер/сторожевой таймер, таймер-датчик времени, Up/Down таймер и др.). Некоторые таймеры имеют внешние выходы, на которых формируются сигналы синхронизации и тональные сигналы.

        Контроллер прерываний векторного типа с числом источников запросов прерывания от шести до восьми.

        Микроконтроллеры некоторых серий содержат двухканальный восьмиразрядный цифро-аналоговый преобразователь (DAC).

        Во всех микроконтроллерах имеются каналы последовательного интерфейса стандарта фирмы NEC и промышленных стандартов UART и I2C. Выбор конкретной комбинации каналов определяется в большинстве случаев пользователем и зависит от особенностей системы, в которой работает микроконтроллер.

        Микроконтроллеры питаются от источников напряжения 1,8–5,5 В, 2,7–5,5 В или 2,0–6,0 В. Ток потребления в активном режиме зависит от выбранного быстродействия и находится в пределах от 5 до 10 мА.

        Микроконтроллеры новейшего семейства 78К/0S имеют следующие основные отличия:


    • по выбору может устанавливаться лишь одна из двух возможных длительностей цикла команды (0,4 или 1,6 мкс, 0,5 или 2,0 мкс, 0,33 или 1,33 мкс, 0,2 или 0,8 мкс);
    • микроконтроллеры всех серий для последовательной передачи данных могут использовать по выбору или трехпроводный протокол фирмы NEC или промышленный стандарт UART;
    • в состав процессора микроконтроллеров группы GP входит аппаратный умножитель (Multiplier), формирующий шестнадцатиразрядный код произведения;
    • у микроконтроллеров группы GP уменьшено число линий ввода–вывода параллельных портов (20–30) и число выводов корпуса микросхемы (30–40);
    • в число периферийных устройств МК многих серий включен индикатор падения уровня напряжения питания (Low voltage indicator);
    • у микроконтроллеров некоторых серий появился канал последовательного интерфейса типа SMB;
    • для питания микроконтроллеров всех серий используется источник с напряжением 1,8–5,5В.

    3. Шестнадцатиразрядные микроконтроллеры (семейства 78K/3 и 78K/4)

        Шестнадцатиразрядные микроконтроллеры семейства 78K/3 (8 серий, 30 типов) используются для управления различными электродвигателями (в том числе и трехфазными) и другими исполнительными органами систем управления. Они также могут быть использованы в качестве генераторов сложных импульсных последовательностей.

        В состав периферийных устройств контроллеров входят 4–5 шестнадцатиразрядных таймеров и многоканальные десятиразрядные аналого-цифровые преобразователи. Используются каналы последовательного интерфейса стандарта фирмы NEC и промышленного стандарта UART.

        В табл. 6 перечислены наименования серий и типов микроконтроллеров семейства 78K/3, указано число типов в серии и число инструкций в системе команд, отмечены отличительные особенности МК разных серий и указано наименьшее число выводов корпуса микросхемы.

    Таблица 6

    Серия, Тип. mPD783ZZ
    Число типов
    Число инструкций
    Особенности МК
    Выводы корпуса

    10-12
    3
    96
    ADC 8×4
    64

    20-24
    6
    111
    ADC 10×8
    68

    27-28
    3
    111
    ADC 10×8
    64

    30-34
    3
    111
    ADC 10×16
    84

    50-52
    4
    113
    PWM 8×2
    64

    55-56
    3
    115
    PWM 12×2, ADC 10×8, DAC 8×2
    100

    61-64
    3
    115
    ADC 10×8, PWM
    64

    63-68
    5
    115
    ADC 10×8
    80

        Системы команд с разным числом инструкций совместимы снизу вверх.

        Шестнадцатиразрядные микроконтроллеры нового семейства 78K/4 соединяют в себе достоинства восьмиразрядных МК самого развитого семейства 78K/0 и расширенные возможности шестнадцатиразрядных контроллеров семейства 78K/3. Системы команд перечисленных семейств программно совместимы снизу вверх. Адресное пространство памяти программ увеличено до 1 Мбайта, а памяти данных — до 16 Мбайт, однако выпускаемые в настоящее время микроконтроллеры имеют лишь 20 адресных выходов (1 Мбайт).

        Процессор содержит восемь регистровых банков, в каждом из которых содержатся 4 шестнадцатиразрядных регистра (или 8 восьмиразрядных) и 4 двадцатичетырехразрядных. Каждому регистровому банку соответствует своя область стека пользователя. Выбор банка осуществляется соответствующей командой пользовательской программы или номером прерывания. Последнее позволяет использовать в разных прерывающих программах различные регистровые банки и области стека, что обеспечивает переход к прерывающей программе и возврат из нее с минимальным числом пересылок (контекстное переключение программ).

        Для выполнения часто используемых простых прерывающих программ (например, пересылки из стандартных источников в стандартные области памяти) используется специальный блок процессора (Macro Service, периферийный сервер транзакций — по терминологии фирмы Intel). Использование трех способов прерывания (векторного с числом векторов до 30, контекстного и макрообслуживания) придает системе прерываний необычайную гибкость и открывает простор для творчества разработчиков программного обеспечения.

        Микроконтроллеры некоторых серий имеют цифро-аналоговые преобразователи (DAC) и специальные блоки для формирования широтно-модулированных сигналов (PWM). Быстродействие МК однозначно определяется частотой кварцевого резонатора. Минимальная длительность цикла выборки команды (0,125 мкс) у микроконтроллеров разных типов достигается при частоте кварцевого резонатора 16 или 32 МГц. Для сокращения времени, затрачиваемого на пересылки массивов, используются команды с «короткой» адресацией, в которых изменяются лишь младшие разряды кода адреса.

        В табл. 7 перечислены наименования серий и типов микроконтроллеров семейства 78K/4, указано число типов в серии, отмечены особенности МК разных серий и указано минимальное число выводов корпуса микросхемы.

    Таблица 7

    Серия, Тип. mPD784ZZZ
    I2C
    Число типов
    Особенности МК
    Число выводов

    020-026
     
    5
    DAC 8×2
    80

    031-038
    +
    12
    DAC 8×2
    80

    044-054
     
    4
     
    80

    214-218
    +
    14
    DAC 8×2
    100

    907-908
     
    3
     
    100

    915-916
     
    4
    PWM
    100

    927-928
    +
    6
    PWM
    100

    943
     
    2
     
    80

        В обозначение типа микроконтроллера с каналом последовательного интерфейса с типа I2C вводится буква Y.

        Микроконтроллеры семейства 78K/4 в настоящее время используются для управления шаговыми двигателями, электродвигателями других типов и различными исполнительными органами разнообразных систем управления, а также в качестве генераторов сложных импульсных последовательностей.
    4. Средства поддержки разработки систем на базе микроконтроллеров фирмы NEC

        Для поддержки разработки аппаратной части и программного обеспечения систем на базе своих микроконтроллеров фирма NEC выпускает комплекс программных и программно-аппаратных средств.

        В группу программно-аппаратных средств входят внутрисхемные эмуляторы, программаторы и программы-отладчики, работающие совместно с внутрисхемными эмуляторами.

        В группу программных средств входят программы-ассемблеры, С-компиляторы и программы-модели (Simulator), позволяющие выполнять все работы без использования реальной аппаратуры.

        Кроме того, для ознакомления и приобретения начальных навыков работы с аппаратурой и программными средствами фирма выпускает упрощенные программно-аппаратные комплексы (Starter Kit). Все выпускаемые средства работают с РС-совместимыми компьютерами на базе системы Windows.

    Литература

  • Semiconductors Selection Guide. NEC.October 1997.
  • Single-chip Solutions with 4/8/16-bit Microcontrollers. NEC.

  • Автор: Владимир Гребнев
    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>