"High-Speed" микроконтроллеры фирмы DALLAS SEMICONDUCTOR

• Программная память
• Память данных
• Указатель данных
• Управление мощностью потребления
• Последовательные порты
• Таймеры
• Прерывание и сброс по снижению напряжения питания
• Сторожевой таймер
• Прерывания
• Часы реального времени

В последнее время появилось достаточно много новых 8-миразрядных микроконтроллеров, которые по соотношению цена/производительность выглядят достаточно привлекательно. Однако в стоимость разработки входит не только стоимость самого микроконтроллера, но и стоимость средств отладки (без которых время разработки существенно возрастает) и стоимость уже существующего программного обеспечения (если разработка начинается не с нуля). Поэтому объяснима приверженность отечественных разработчиков интеловскому ряду процессоров MCS-51. Микроконтроллеры "High-Speed" фирмы DALLAS SEMICONDUCTOR полностью программно и аппаратно совместимы с процессорами MCS-51 однако имеют ряд дополнительных возможностей. Это- повышенное быстродействие (в 2.5-3 раза на той-же тактовой частоте),второй последовательный порт, программируемый сторожевой таймер, мониторинг напряжения питания, два указателя данных (DPTR) для ускорения блоковых пересылок и четыре дополнительных внешних прерывания. Еще одна интересная особенность - это возможность уменьшения частоты работы процессора в 16 и 256 раза (уменьшается ток потребле-ния). Для уменьшения электромагнитного излучения от процессора можно запретить ALE сигнал (когда он не требуется). Также еще имеется 1KB SRAM памяти на кристалле с доступом по MOVX. В таблице приведены сведения о микроконтроллерах "High-Speed", которые могут быть как с внутрен-ней программной памятью, так и в варианте "ROM-less". Как видно из таблицы наибольший интерес представляют микроконтроллеры с внутренней программной памятью, поэтому ниже будут рассматриваться микроконтроллеры DS87C520/530. В большинстве случаев DS87C520/530 можно устанавливать вместо 87С51/52 без модификации программного обеспечения. Это весьма существенная возможность, которая позволяет во-первых воспользоваться уже существующей аппаратной частью, во-вторых не переделывать "soft" затраты на который в большинстве случаев превышают затраты на "hard". При этом разработчик получает систему на порядок превосходящую существующую. Так на максимальной частоте (33 Mhz) время выполнения одноцикловой команды - 121 нс (так называемая эффективная частота равна 82.5 Mhz). Недорогие отечественные отладочные средства - внутрисхемные эмуляторы доступны разработчику в настоящее время.

	DS80C320	DS80C323	DS83C520	DS87C520	DS87C530
Внутреннее ПЗУ Kbytes			16KB Mask ROM	16KB EPROM	16KB EPROM
Внутреннее ОЗУ	256 bytes	256 bytes	256 bytes	256 bytes	256 bytes
Внутреннее ОЗУ с доступом по MOVX			1KB SRAM	1KB SRAM	1KB SRAM
Последовательные порты	2	2	2	2	2
Таймеры	3	3	3	3	3
Внешние прерывания	6	6	6	6	6
Часы-календарь					+
Сторожевой таймер	+	+	+	+	+
Энергонезависимое ОЗУ					+
Напряжение питания	4.5-5.5V	2.7-5.5V	4.5-5.5V	4.5-5.5V	4.5-5.5V

Увеличение производительности "High-Speed" микроконтроллеров обусловлено тем, что их машинный цикл состоит не из 12-ти тактов, как у 87С51, а всего из 4-х. Поэтому простейшая одноцикловая команда выполняется в 3 раза быстрее (при одинаковой тактовой частоте). Однако не у всех инструкций возможно такое повышение - среднее увеличение около 2.5 раз. Это объясняется тем, что некоторые инструкции выполняются за большее количество циклов, чем у 87С51. Так команда "MOV direct,direct" выполняется за 3 цикла т.е. за 12 тактов, а у 87С51 она выполняется за 2 цикла т.е. за 24 такта. Увеличение все равно имеет место, однако уже только в 2 раза.

Программная память

Память программ, расположенная на кристалле, равна 16 KB (от 0000 до 3FFF). По превышению максимального адреса происходит обращение к внешней памяти. Причем этот максимальный адрес может программно управляться путем установки 3-х бит в SFR регистре ROMSIZE. Размер памяти может быть 0, 1, 2, 4, 8, 16 КВ. Т. е. в процессе выполнения программы можно полностью запретить работу от внутренней памяти и перейти на работу от внешней памяти. По сбросу устанавливается максимальная ПАМЯТЬ ДАННЫХ и этим обеспечивается преемственность с 87С51/52

Память данных

На кристалле DS87C520/530 находятся стандартные 256 байт RAM, доступ к которой осуществляется как и в 80С52 и дополнительная память - 1 KB SRAM. Причем доступ к 1 KB SRAM - осуществляется по инструкции MOVX. Эта память трактуется как внешняя, несмотря на то, что физически онанаходится на чипе. В адресном пространстве она находится от 0000 до 03FF. MOVX по адресам выше этого будет автоматически происходить к внешней памяти . Доступ к дополнительной памяти можно программно запретить, тогда MOVX по адресам от 0000 до FFFF будет происходить к внешней памяти (по сбросу), что обеспечивает совместимость с 87С51/52. DS87C520/530 позволяет регулировать время доступа к внешней памяти. Инструкция MOVX выполняется за два машинных цикла как для доступа к внешней памяти , так и для дополнительной памяти на кристалле. Однако время доступа к внешней памяти может регулироваться, что дает возможность использовать как быструю, так и медленную внешнюю память. MOVX может выполняться за время от 2-х до 9-ти машинных циклов. По сбросу MOVX выполняется за три машинных цикла.

Указатель данных

Стандартный DPTR, расположенный по адресам 82 и 83, обозначается как DPTR0 и этим обеспечивается совместимость с 87С51/52. Второй указатель данных, расположенный по адресам 84 и 85, обозначается как DPTR1. Выбор между ними происходит установкой бита 0 в SFR регистре по адресу 86. Инструкция INC наиболее быстрый путь для осуществления этого. Используя два указателями данных для адресации "откуда и куда" можно эффективно производить пересылку блоков данных во внешней памяти.

Управление мощностью потребления

Кроме режимов холостого хода(Idle) и микропотребления(Power Down) имеется режим (Power Management Mode) в котором процессор продолжает свою работу, без всяких ограничений, однако потребление сокращается за счет уменьшения частоты работы процессора. В режиме PMM микроконтроллер продолжает работу, но использует деленную тактовую частоту(на 16 или на 256). Это приводит к уменьшению потребления питания. Так для тактовой частоты 11.0592 Mhz в стандартном режиме ток потребления 15.5 ma, в режиме PMM1(F/16) - 4.8 ma, режиме PMM2(F/256) - 4.0 ma. Это по-казывает, что без остановки процессора потребление в режиме PMM2 оказывается даже меньше, чем в режиме холостого хода у 87С51/52. В микроконтроллере DS87C520/530 можно также перейти на использование в качестве тактового сигнала на внутренний тактовый генератор и уменьшить тем са-мым потребление от 0.5 ma до 6.0 ma (максимально для режимов PMM). Однако следует учитывать, что внутренняя тактовая частота равна приблизительно 2-4 Mhz и недостаточно стабильна, поэтому этот режим нельзя использовать там где необходимы точные временные оценки. Выбор режимов PMM производится установкой (программно) бит 6 и 7 в SFR регистре PMR по адресу C4. Следует отметить, что все функции микроконтроллера замедляются пропорционально деленной тактовой частоте - в том числе таймер и скорость передачи по последовательному порту. Возврат в нормальный режим (Switchback) возможен как программно - установкой бит в регистре PMR, так и аппаратно - по любому внешнему прерыванию или по появлению стартбита при приеме по последовательному порту. Такой аппаратный Switchback позволяет выставлять правильную скорость приема данных. При записи байта для передачи в SBUF0 или SBUF1 также возникает аппаратный Switchback. Установка бита 7(программно) в PMR разрешает Switchback.

Последовательные порты

DS87C520/530 имеет два последовательных порта идентичных 87С51/52. Второй порт использует выводы P1.2(RXD1) и P1.3(ТXD1) и имеет аналогичные регистры SCON1 по адресу C0 и SBUF1 по адресу C1. Оба порта могут работать одновременно, но должны быть на разных скоростях или в разных модах. Второй порт может использовать только Timer1 для задания скорости передачи.

Таймеры

Для обеспечения совместимости таймеры в DS87C520/530 использует в качестве задающей тактовую частоту, деленную на 12. Однако можно прог раммно изменить задающую частоту таймера (F/3) установкой соответству ющего бита в SFR регистре CKCON.

Прерывания и сброс по снижению напряжения питания

При снижении напряжения питания внутренний монитор микроконтроллера вырабатывает сброс, который удерживается до повышения напряжения питания до нужного уровня( 4.13 В). Для этого не требуется никаких внешних компонент или программных действий. Однако при снижении напряже-ния питания до уровня 4.38 В может вырабатываться прерывание (если оно разрешено).

Сторожевой таймер

Сторожевой (Watchdog) таймер сбрасывает микроконтроллер, каждый раз, когда переполняется. Watchdog является методом борьбы с ситуациями вызванными программными или аппаратными сбоями в системе. Чтобы избежать сбросов от Watchdog при его переполнении, необходимо периоди-чески его обнулять в работающей системе. Инкрементирование Watchdog таймера происходит 1 раз за период тактовой частоты. Путем установки 2-х бит WD1 и WD2 в SFR регистре CKCON можно задать четыре значения для счета Watchdog таймером (количество тактов равно 17, 20, 23 и 26 степени двойки). Watchdog также выставляет флаг прерывания (если он программно разрешен) за 512 тактов до установки флага сброса.

Прерывания

DS87C520/530 имеют шесть внешних прерываний, это два стандартных прерывания (87С51/52) и че-тыре дополнительных прерываний. Эти дополнительные прерывания аналогичны стандартным за ис-ключением двух отличий, во первых - они активны только по фронту, во вторых - INT2 и INT4 актив-ны по переднему фронту, а INT3 и INТ5 по заднему. Обработка прерываний от таймеров (3-х) анало-гична 87С52. Каждый таймер имеет свое разрешение, флаг, вектор и приоритет.

Часы реального времени

Часы реального времени (Real Time Clock (RTC)) позволяют хранить текущее время, число, день недели, месяц, год. Для этого необходимо подключить кварцевый резонатор 32.768 Khz и литиевую батарейку. RTC обладают возможностью выставлять сигнал тревоги (ALARM) при достижении запрограммированного времени, при этом выставляется флаг прерывания (если оно разрешено) даже в режиме микропотребления.