Однокристальные микроконтроллеры семейства MCS®96 фирмы Intel

В се­мей­ст­во MCS®96 фир­мы Intel вхо­дит бо­лее 30 раз­но­вид­нос­тей мик­ро­кон­трол­ле­ров. Это 16-раз­ряд­ные быс­тро­дей­ству­ю­щие ИС вы­со­кой сте­пе­-ни ин­тег­ра­ции, ори­ен­ти­ро­ван­ные на ре­ше­ние за­дач уп­рав­ле­ния про­цес­са­ми в ре­аль­ном мас­шта­бе вре­ме­ни. Ти­пич­ные об­лас­ти при­ме­не­ния для этих мик­ро­кон­тролле­ров — уп­рав­ле­ние дви­га­те­ля­ми, мо­де­мы, без­ъюзо­вые тор­моз­ные сис­те­мы, кон­трол­ле­ры жес­т­ких дис­ков, ме­ди­цин­с­кое обо­ру­до­ва­ние.

Ис­то­рия MCS®96 на­счи­ты­ва­ет бо­лее 12 лет. За это вре­мя спе­ци­а­лис­ты фир­мы Intel уве­ли­чи­ли ад­рес­ное про­стран­ст­во с 64 кбайт до 16 Мбайт и улуч­ши­ли быс­тро­дей­ст­вие в 25 раз.

Мик­ро­кон­трол­ле­ры MCS®96 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.

За то вре­мя, что я за­ни­ма­юсь ин­стру­мен­таль­ны­ми сред­ства­ми для MCS®96 и кон­суль­та­ци­я­ми по во­про­сам раз­ра­бот­ки ус­тройств на их ба­зе, я убе­дил­ся, что кон­трол­ле­ры MCS®96 мож­но с ус­пе­хом ис­поль­зо­вать и для 8-раз­ряд­ных за­дач, и для за­дач, тре­бу­ю­щих ни­зко­го энер­го­пот­реб­ле­ния. Од­на­ко, как пра­ви­ло, раз­ра­бот­чи­ки ап­па­ра­ту­ры пред­по­чи­та­ют ис­поль­зо­вать уже хо­ро­шо из­вес­т­ные мик­рос­хе­мы (обыч­но это 8051). При этом они за­час­тую ру­ко­вод­ству­ют­ся не со­всем вер­ной ин­фор­ма­цией о MCS®96.

С од­ной сто­ро­ны, ис­поль­зо­ва­ние хо­ро­шо зна­ко­мых мик­рос­хем при раз­ра­бот­ке но­вых из­де­лий — это про­яв­ле­ние ра­ци­о­наль­но­го ин­же­нер­но­го мыш­ле­ния. Та­кой под­ход поз­во­ля­ет быс­т­ро и с не­боль­ши­ми за­тра­та­ми со­зда­вать раз­лич­ные ва­ри­ан­ты кон­трол­ле­ров, при­год­ные для ре­ше­ния од­но­тип­ных за­дач. Но с дру­гой сто­ро­ны, ка­­­ж­дый раз­ра­бот­чик до­лжен по­ни­мать, что тре­бо­ва­ния к сис­те­мам уп­рав­ле­ния не­пре­рыв­но рас­тут и обя­за­тель­но на­ста­нет мо­мент, ког­да нуж­но бу­дет от­ка­зать­ся от ус­та­рев­ше­го мик­ро­кон­трол­ле­ра и при­ме­нить бо­лее со­вре­мен­ный.

Мно­гие крис­тал­лы MCS®96 на­по­ми­на­ют швей­цар­с­кий нож — они со­дер­жат прак­ти­чес­ки все, что мо­жет по­на­до­бить­ся при раз­ра­бот­ке кон­трол­ле­ра. Су­ди­те са­ми: АЦП, ус­трой­ст­ва вво­да и вы­во­да им­пуль­с­ных сиг­на­лов, не­сколь­ко тай­ме­ров, ШИМ-ге­не­ра­то­ры, боль­шое ко­ли­чес­т­во обыч­ных пор­тов вво­да-вы­во­да, гиб­кая сис­те­ма пре­ры­ва­ний, сто­ро­же­вой тай­мер — вот не­пол­ный спи­сок ос­нов­ных ком­по­нен­тов ба­зо­вой ар­хи­тек­ту­ры MCS®96. Еди­нож­ды ра­зо­брав­шись в ар­хи­тек­ту­ре MCS®96, ин­же­нер по­лу­ча­ет в свое рас­по­ря­же­ние се­мей­ст­во крис­тал­лов, ко­то­рые с ус­пе­хом ре­ша­ют се­год­няш­ние за­да­чи и впол­не при­год­ны для ре­ше­ния бо­лее слож­ных за­дач бу­ду­ще­го.

В табл. 1а и 1б при­ве­де­ны крат­кие ха­рак­те­рис­ти­ки всех ос­нов­ных мик­ро­кон­трол­ле­ров се­мей­ст­ва. От­ме­тим, что крис­тал­лы со встро­ен­ным ПЗУ бы­ва­ют ли­бо ма­соч­ны­ми (то есть про­грам­ми­ру­ют­ся пря­мо на за­во­де по за­ка­зу), ли­бо од­нок­рат­но про­грам­ми­ру­е­мы­ми. Мно­гок­рат­но про­грам­ми­ру­е­мые крис­тал­лы с уль­т­ра­-фи­о­ле­то­вым сти­ра­ни­ем труд­но­дос­туп­ны. Оче­вид­но, фир­ма Intel пла­ни­ру­ет вы­пус­кать кон­трол­ле­ры с FLASH-па­мятью. Гра­фа «Це­на» при­ве­де­на толь­ко для справ­ки и от­ра­жает на­илуч­ший ва­ри­ант для по­ку­па­те­ля.

Ти­пич­ные за­блуж­де­ния

Я уже упо­ми­нал, что счи­таю пси­хо­ло­ги­чес­кий фак­тор од­ной из ос­нов­ных при­чин то­го, что раз­ра­бот­чи­ки не­до­ста­точ­но ис­поль­зу­ют MCS®96. По­э­то­му мне ка­жет­ся очень важ­ным раз­ве­ять не­ко­то­рые за­блуж­де­ния в от­но­ше­нии MCS®96, ко­то­рые, как сви­де­тель­ству­ет мой опыт, раз­де­ля­ют мно­гие спе­ци­а­лис­ты, ра­нее не ра­бо­тав­шие с эти­ми крис­тал­ла­ми:

• крис­тал­лы MCS®96 слож­ные, их труд­но изу­чить и ос­во­ить,
• по MCS®96 труд­но на­йти не­об­хо­ди­мую ин­фор­ма­цию, и, кро­ме то­го, она на ан­глий­с­ком язы­ке,
• крис­тал­лы MCS®96 слиш­ком до­ро­гие,
• 16-раз­ряд­ный мик­ро­кон­трол­лер MCS®96 тре­бу­ет мно­го внеш­них эле­мен­тов для нор­маль­ной ра­бо­ты,
• мик­ро­кон­трол­лер MCS®96 пот­реб­ля­ет боль­ше энер­гии, чем бо­лее про­стые 8-раз­ряд­ные крис­тал­лы.

Ка­за­лось бы, это оче­вид­ные ут­вер­жде­ния. Но так ли это на са­мом де­ле?

Крис­тал­лы MCS®96 слож­ные, их труд­но изу­чить и ос­во­ить. Это ут­вер­жде­ние оп­ро­вер­гнуть лег­че все­го. Су­ди­те са­ми: 80C196 име­ет все­го од­но ад­рес­ное про­стран­ст­во, в ко­то­ром на­хо­дят­ся и ин­струк­ции, и дан­ные. Срав­ни­те, на­при­мер, с ор­га­ни­за­цией па­мя­ти крис­тал­ла 8051: что про­ще, а что слож­нее? Сис­те­ма команд — а здесь уж вам при­дет­ся мне про­сто до­ве­рить­ся — су­щес­твен­но про­ще и удоб­нее, чем, на­при­мер, у 8051 или PIC-кон­трол­ле­ров фир­мы Microchip.

Ко­неч­но, MCS®96 со­дер­жит боль­ше пе­ри­фе­рий­ных уз­лов, чем бо­лее про­стые 8-раз­ряд­ные мик­ро­кон­трол­ле­ры. Од­на­ко каж­дый из этих уз­лов не яв­ля­ет­ся бо­лее слож­ным. Бо­лее то­го, боль­шое ко­ли­чес­т­во встро­ен­ных пе­ри­фе­рий­ных уз­лов при­да­ет крис­тал­лу MCS®96 до­пол­ни­тель­ную гиб­кость, а это ключ к ре­ше­нию слож­ных за­дач про­сты­ми сред­ства­ми.

По MCS®96 труд­но на­йти не­об­хо­ди­мую ин­фор­ма­цию,и, кро­ме то­го, она на ан­глий­с­ком язы­ке. По­че­му это не так: на оте­чес­твен­ном рын­ке ак­тив­но ра­бо­та­ют не­сколь­ко фирм, за­ни­ма­ю­щих­ся пос­тав­ка­ми крис­тал­лов MCS®96 и ин­стру­мен­таль­ных средств для них. Эти же фир­мы обес­пе­чи­ва­ют раз­ра­бот­чи­ков не­об­хо­ди­мой ин­фор­ма­цией, при­чем за­час­тую бес­плат­но. Од­на из них вы­пол­ни­ла пе­ре­вод опи­са­ния ба­зо­вой ар­хи­тек­ту­ры MCS®96 и офор­ми­ла его в ви­де элек­трон­но­го ру­ко­вод­ст­ва. Его мож­но по­лу­чить бес­плат­но, нуж­но толь­ко знать, ку­да об­ра­щать­ся.

Крис­тал­лы MCS®96 слиш­ком до­ро­гие. Действительно, цены на кристаллы MCS®96 вы­ше, чем, на­при­мер, на крис­тал­лы се­мей­ст­ва 8051. Од­на­ко ес­ли срав­нить це­ну на ба­зо­вый крис­талл MCS®96 и на крис­талл с ана­ло­гич­ной пе­ри­фе­рией и яд­ром 8051, то ока­жет­ся, что раз­ни­ца в це­не со­всем не­ве­ли­ка. Но ведь MCS®96 об­ла­да­ет на­мно­го боль­шей вы­чис­ли­тель­ной мощ­ностью!

Кро­ме то­го, сле­ду­ет учи­ты­вать и ди­на­ми­ку из­ме­не­ния цен. Бла­го­да­ря раз­ви­тию тех­но­ло­гии, сто­и­мость ИС се­мей­ст­ва MCS®96 па­да­ет. На­при­мер, в 1990 го­ду крис­талл 80C196KB сто­ил око­ло 22 дол­ла­ров, а се­год­ня он сто­ит уже 12. От­ме­тим так­же, что фир­ма Intel вы­пус­ка­ет все бо­лее мощ­ные крис­тал­лы, а их це­на ус­та­нав­ли­ва­ет­ся в сред­нем та­кой же, как и для бо­лее ста­рых мик­ро­кон­трол­ле­ров MCS®96.

16-раз­ряд­ный мик­ро­кон­трол­лер MCS®96 тре­бу­ет мно­го внеш­них эле­мен­тов для нор­маль­ной ра­бо­ты. Как специалисту по по MCS®96 мне час­то до­во­дит­ся кон­суль­ти­ро­вать и по по­во­ду про­грам­ми­ро­ва­ния, и по по­во­ду схем вклю­че­ния MCS®96. И во мно­гих слу­ча­ях я ви­жу, что при раз­ра­бот­ке схе­мы на ба­зе MCS®96 разра­бот­чи­ки ис­поль­зу­ют весь­ма слож­ные тех­ни­чес­кие ре­ше­ния, ког­да в этом нет ни­ка­кой прак­ти­чес­кой не­об­хо­ди­мос­ти.

На мой взгляд, это яв­ля­ет­ся ре­зуль­та­том то­го, что
а) под­соз­на­тель­но раз­ра­бот­чи­ки уве­ре­ны, что для MCS®96 тре­бу­ет­ся боль­ше внеш­ней об­вяз­ки: «ведь крис­талл-то слож­нее», 
б) они име­ют не­до­ста­точ­но пол­ное пред­став­ле­ние об ар­хи­тек­ту­ре MCS®96, о мно­го­чис­лен­ных спо­со­бах умень­ше­ния чис­ла внеш­них эле­мен­тов, ко­то­рые есть в их рас­по­ря­же­нии.

Как по­мочь раз­ра­бот­чи­ку в та­кой си­ту­а­ции? Де­лать ра­бо­ту за не­го са­мо­му или же до­лго и нуд­но объ­яс­нять при­н­ци­пы ар­хи­тек­ту­ры MCS®96 я не в со­сто­я­нии, по­-э­то­му я при­бе­гаю к не­сколь­ко не­обыч­но­му ме­то­ду. 

Я про­из­но­шу ма­ги­чес­кую фор­му­лу, ко­то­рую пред­ла­гаю и вни­ма­нию чи­та­те­ля: «для пос­тро­е­ния кон­трол­ле­ра на ба­зе MCS®96 нуж­но не боль­ше внеш­них эле­мен­тов, чем тре­бу­ет­ся для 8051». Пос­ле то­го как мне уда­ет­ся убе­дить в этом раз­ра­бот­чи­ка, он на­чи­на­ет бо­лее внима­тель­но и це­ле­нап­рав­лен­но вчи­ты­вать­ся в до­ку­мента­цию, а за­тем со­кра­ща­ет свою схе­му до ПЗУ, регис­т­раза­щел­ки и кон­ден­са­то­ра...

Мик­ро­кон­трол­лер MCS®96 пот­реб­ля­ет боль­ше энер­гии, чем бо­лее про­стые 8-раз­ряд­ные крис­тал­лы. Это ут­вер­жде­ние оче­вид­но, бо­лее то­го — оно вер­но! Так о чем же мож­но го­во­рить? Ока­зы­ва­ет­ся, есть о чем.

Крис­тал­лы MCS®96 име­ют су­щес­твен­но бо­лее вы­со­кое быс­тро­дей­ст­вие, чем 8-раз­ряд­ные мик­ро­кон­трол­ле­ры, и пот­реб­ля­ют боль­ше энер­гии. Но крис­тал­лы MCS®96 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 MCS®96, ра­бо­та­ю­ще­го на по­ни­жен­ной так­то­вой час­то­те. При этом энер­го­пот­реб­ле­ние MCS®96 бу­дет сла­бо от­ли­чать­ся от пот­реб­ле­ния 8-раз­ряд­но­го мик­ро­кон­трол­ле­ра, ра­бо­та­ю­ще­го на своей но­ми­наль­ной час­то­те, и мо­жет быть да­же мень­шим. ●

Артем Тамазов работает в фирме «Фитон»

© СТА-ПРЕСС, 2025