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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Microcontrollori AD ALTA VELOCITÀ di DALLAS SEMICONDUCTOR. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / microcontrollori Sono apparsi in vendita molti nuovi microcontrollori a otto bit (MK). Sono molto attraenti in termini di rapporto prezzo/prestazioni. Tuttavia, il costo dello sviluppo include non solo il prezzo dell'MK stesso, ma anche il costo degli strumenti di debug, che sono indispensabili, e del software (se lo sviluppo non parte da zero). Questo spiega l'impegno degli sviluppatori domestici nei confronti di MK compatibile con x51. Gli MCU "High Speed" di Dallas Semiconductor sono completamente software e hardware compatibili con MCS51. Tuttavia, le loro possibilità sono molto più ampie. Sono prodotti sia senza memoria di programma che con essa. Quest'ultima può essere programmabile una sola volta (OTP EPROM) o più volte, nel qual caso la cancellazione viene effettuata per irraggiamento con raggi ultravioletti (UV EPROM). Gli MK riprogrammabili sono di grande interesse per i radioamatori, pertanto solo due membri della famiglia, DS87C520 e DS87C530, sono considerati in dettaglio nell'articolo. Le principali caratteristiche tecniche della famiglia MK "High Speed" sono riportate nella tabella. Come puoi vedere, consiste in cinque modifiche che differiscono per le loro capacità. Quindi, in DS80C320 e DS80C323 non c'è ROM interna, in DS83C520 c'è una ROM maschera con una capacità di 16 KB, e in DS87C520 e DS87C530 - una ROM programmabile o cancellabile una sola volta dello stesso volume con irradiazione UV. La RAM esterna su un chip è disponibile solo nelle ultime tre modifiche e un calendario dell'orologio è disponibile solo nel DS87C530.
PRESTAZIONE L'aumento delle prestazioni dei microcontrollori "High Speed" è dovuto al fatto che il loro ciclo macchina non è composto da 12 cicli macchina, come nell'87C51, ma solo da quattro. Pertanto, alla stessa frequenza di clock, l'istruzione a ciclo singolo più semplice viene eseguita dall'MC DS8xC5xx tre volte più velocemente di qualsiasi rappresentante x51. Quindi, alla frequenza di clock massima di 33 MHz, il tempo di esecuzione di DS87C520 e DS87C530 è di 121 ns, che sarebbe disponibile per 87C51 solo a una frequenza di 100 MHz. Ma non tutte le istruzioni vengono eseguite così rapidamente: in media, la velocità dei programmi aumenta di circa 2,5 volte. Questo perché alcune istruzioni "High Speed" nell'MCU richiedono più cicli rispetto all'87C51. PROGRAMMA E MEMORIA DATI La memoria del programma su chip occupa gli indirizzi inferiori nello spazio degli indirizzi dell'MCU. Viene fornita la protezione standard a tre livelli contro l'accesso non autorizzato. Si accede alla memoria di programma esterna quando il contatore di programma supera il valore massimo dell'indirizzo di memoria interna. Si noti che questo indirizzo massimo può essere controllato a livello di codice impostando tre bit nel registro ROMSIZE SFR: la dimensione della memoria può essere impostata su 0, 1, 2, 4, 8 o 16 KB. Durante l'esecuzione del programma, puoi persino vietare completamente il lavoro dalla memoria interna del programma e passare al lavoro da quella esterna. Sul chip DS87C520/530 sono presenti sia i 256 byte standard di RAM, a cui è possibile accedere allo stesso modo dell'87C52, sia un ulteriore 1 KB di memoria. Quest'ultimo è accessibile utilizzando il comando MOVX. Questa memoria è trattata come esterna, nonostante si trovi fisicamente sul chip MK. Nello spazio degli indirizzi, si trova da 0000 a 03FF. Gli accessi alla memoria esterna agli indirizzi superiori a 03FF selezionano automaticamente la memoria off-chip, se presente. L'accesso al citato array RAM da un kilobyte può essere proibito a livello di programmazione: in questo caso, qualsiasi accesso alla memoria dati esterna verrà eseguito nello stesso modo in cui viene eseguito nella famiglia di microcontrollori MCS-51. MK DS87C520/530 consente la regolazione via software del tempo di accesso alla memoria esterna. L'istruzione MOVX viene eseguita in un minimo di due cicli macchina, inoltre, quando si accede alla memoria esterna sia on-chip che off-chip. Tuttavia, per lavorare con chip RAM esterni "lenti", il numero di cicli può aumentare fino a nove. Quando vengono ripristinati, il loro numero è impostato su tre. PUNTATORI DATI Il DPTR standard, denominato DPTR0, si trova agli indirizzi 82H e 83H, il che rende l'MCU "High Speed" compatibile con l'87C51. Il secondo puntatore, situato agli indirizzi 84H e 85H, è indicato come DPTR1. La selezione di un DPTR specifico viene effettuata reimpostando/impostando un bit zero nel registro SFR all'indirizzo 86H. Utilizzando due puntatori per gli indirizzi "da" e "a", i trasferimenti a blocchi possono essere eseguiti in modo efficiente. GESTIONE ENERGETICA Oltre a Idle e Power Down, esiste un'altra modalità a basso consumo chiamata Power Management Mode (PMM). In esso il processore continua il suo lavoro senza alcuna restrizione, tuttavia il consumo si riduce riducendo la frequenza di clock. È possibile ridurlo di 16 o 256 volte (rispettivamente modalità PMM1 e PMM2). A una frequenza di clock di 11059,2 kHz nella modalità standard "High Speed", l'MK consuma 15,5, nella modalità PMM1 - 4,8, PMM2 - 4 mA, (quest'ultimo è anche inferiore a quello dell'87C51 / 52 nella modalità Idle e senza arrestare il processore). Inoltre, in DS87C520/530 è consentito utilizzare un oscillatore interno operante a una frequenza di 2...4 MHz come clock. Tuttavia, la frequenza indicata è instabile e quindi questa soluzione non può essere utilizzata in dispositivi in cui sono richieste misurazioni accurate degli intervalli di tempo. Diminuendo la velocità di clock si modifica proporzionalmente la velocità del collegamento seriale. Nell'MK "High Speed" vengono implementate soluzioni tecniche che facilitano l'eliminazione di questo inconveniente. Per ridurre la radiazione elettromagnetica dall'MK nei casi in cui il segnale ALE non è necessario, la sua generazione può essere disabilitata a livello di programmazione. PORTE SERIALI E TIMER DS87C520 e DS87C530 hanno due porte seriali identiche all'87C51, con la seconda che utilizza i pin P1.2 (RXD1) e P1.3 (TXD1), nonché i registri SCON1 (C0H) e SBUF1 (C1H). Entrambe le porte possono funzionare contemporaneamente, ma allo stesso tempo operare a velocità diverse o in modalità diverse. La seconda porta può utilizzare solo il primo timer/contatore per impostare la velocità di trasmissione. Per garantire la compatibilità, i timer negli MK considerati utilizzano come impostazione dell'orologio la frequenza di clock divisa per 12. Tuttavia, è anche possibile passare alla frequenza di clock divisa per 3, operazione che viene eseguita impostando il bit corrispondente nel registro SFR CKCON. Il timer watchdog reimposta l'MC ogni volta che va in overflow. Per evitare questi ripristini, deve essere periodicamente ripristinato, il che è possibile solo in un sistema normalmente funzionante. Il timer watchdog viene incrementato una volta per periodo di clock. Impostando i bit appropriati, è possibile impostare quattro valori del suo ricalcolo, per cui il numero di cicli prima dell'overflow diventa due alla 17a, 20a, 23a o 26a potenza. Il timer imposta anche il flag di interrupt (se abilitato dal software) 512 clock prima del reset. RESET DI MINIMA TENSIONE, INTERRUZIONE E OROLOGIO IN TEMPO REALE Riducendo la tensione di alimentazione a un valore inferiore a 4,13 V, il corrispondente dispositivo interno dell'MK genera un segnale di ripristino, che viene mantenuto fino a quando la tensione non ritorna al livello specificato. Ciò non richiede ulteriori elementi esterni o modifiche al programma. Quando la tensione scende a 4,38 V, può essere generato un segnale di interruzione (se abilitato). MK DS87C520 e DS87C530 hanno sei interrupt esterni: due standard, simili a quelli in 87C51, e quattro aggiuntivi. Questi ultimi differiscono da quelli standard in quanto operano solo sul fronte o sulla caduta del segnale di interruzione: per INT2 e INT4 il fronte è attivo e per INT3 e INT5 la caduta. Gli interrupt del timer sono gestiti in modo simile all'87C52. Ogni timer ha il proprio flag di abilitazione, vettore e priorità. L'orologio in tempo reale (RTC), dotato di MK DS87C530, consente di memorizzare l'ora, la data, il giorno della settimana, il mese e l'anno correnti. Per fare ciò è necessario collegare opportunamente all'MK un risonatore al quarzo con frequenza naturale di 32,768 kHz e una batteria al litio. Gli RTC hanno la possibilità di generare un allarme (ALLARME) al raggiungimento dell'ora programmata, mentre il flag di interrupt, se abilitato, viene settato anche in modalità microconsumo. Autore: A.Gorbachev, Mosca
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