Современные продукты компании Microchip. Особенности 8-разрядных микроконтроллеров

Компания Microchip присутствует на рынке электронных компонентов в России с 1994 года, а её микроконтроллеры хорошо известны разработчикам и специалистам в области электроники в России и странах СНГ. Microchip является одной из немногих полупроводниковых компаний, имеющих центры технологической поддержки в России и странах СНГ, что способствует росту популярности её продукции у наших разработчиков электроники.

Компания Microchip Technology Inc. (г. Чандлер, Аризона, США) была образована в 1987 году в результате переименования подразделения микроэлектроники General Instrument Microelectronics (GIM) и отделения его в 1989 году от головной компании General Instrument (GI). Сама GI начала полупроводниковый бизнес после слияния в 1960 году с компанией General Transistor Corporation (GT).

GT в 1954 году основал 36­летний инженер Герман Фиалков (Herman Fialkov, 1922–2012 гг.). GT была в то время одной из немногих успешных технологических компаний, производящих транзисторы. Компания выпускала несколько типов германиевых транзисторов, например: GT­34N, GT­74, GT­81/82, GT­222 и ряд других, а также фототранзисторы GT­66 (впоследствии 2N318). Клиентами GT были такие известные компании, как Control Data, Raytheon, позже Cray.

C 1960 года полупроводниковые диоды и транзисторы уже под маркой GI стали выпускаться и на Тайване (на перевезённом заводе Rhode Island Factory). Г. Фиалков занимал на GI различные руководящие должности вплоть до своего ухода из компании в 1968 году. Впоследствии он выступал в качестве венчурного инвестора для высокотехнологических стартапов, в том числе для компаний Standard Microsystems, Microsemi Corporation, Intel, Teledyne, EIS International, DSP Group, OPAL и множества других. Во время работы в GI Г. Фиалков приступил и к освоению нового направления в электронике – микросхемотехники, в частности, к интеграции транзисторов GT в интегральные микросхемы.

В 70–80­х годах полупроводниковое подразделение GI выпускало разно­образную номенклатуру интегральных микросхем, в частности, микроконтроллеров с гарвардской архитектурой (PIC), микропроцессоров для игровых приставок, микросхем памяти (ROM, EAPROM), микросхем для управления цифровыми индикаторами и многие другие типы аналоговых и цифровых микросхем.

В середине 80­х годов GI с целью оптимизации доходов выделила и продала ряд малорентабельных подразделений, в том числе и GIM, впоследствии переименованное в Microchip Technology Inc. в 1989 году. После приобретения новой компании группой венчурных инвесторов она стала независимой. К началу 90­х годов компания в основном выпускала обычные ППЗУ и находилась не в лучшем финансовом состоянии, а фактически была близка к ликвидации. Кардинально положение компании стало меняться с приходом в 1990 году нового руководителя – Стива Санги (Steve Sanghi, рис. 1), сумевшего к 2006 году поднять Microchip на первую позицию в мире по производству 8­разрядных микроконтроллеров.

Стив Санги – обладатель степеней бакалавра в области машиностроения колледжа штата Пенджаб (Индия) и магистра Массачусетского технологического института (MIT) – занимал руководящие должности в различных полупроводниковых компаниях, в том числе Intel и Waferscale Integration, а с 1993 года занимает руководящие посты в Microchip Technology.

Компания имеет официальные представительства в Москве и Санкт­Петербурге, на Украине и в Беларуси. Центр технической поддержки Microchip в России проводит технические семинары и тренинги, предоставляет статьи по применению продукции компании на русском языке, оказывает содействие в разработке изделий и получении образцов микросхем и отладочных плат. Компания выпускает широкую номенклатуру отладочных средств для поддержки разработок на PIC­микроконтроллерах, аналоговых и цифровых устройств, предлагает среду разработки MPLAB IDE, включающую бесплатное и многофункциональное ПО, редактор, ассемблер, линковщик, библиотеки и симулятор. Среда MPLAB IDE поддерживает различные компиляторы, программаторы и эмуляторы, в том числе выпускаемые компанией (PICkit2, ICD­2, ICD­3, REAL ICE). Разработчикам могут оказать существенную помощь бесплатные библиотеки условных графических обозначений и посадочных мест, включающие все предлагаемые Microchip микросхемы.

В каталогах Microchip последних лет представлена широчайшая номенклатура аналоговых и цифровых микросхем, микроконтроллеров, ПЛИС (FPGA и PLD), микросхем памяти, драйверов светодиодов, микросхем управления питания, датчиков и других электронных компонентов. Основные категории продуктов компании:

В каталогах компании 2021/2022 годов представлено несколько семейств 8­разрядных микроконтроллеров с архитектурой PIC и AVR, в том числе новых семейств – PIC18­Q40, PIC18­Q41, AVR­DB, AVR­DA, PIC16F15244, PIC18­Q43. В состав семейств входят множество конкретных типов микросхем, а однотипные по функциям и характеристикам МК выпускаются в различных типах корпусов и с различным числом выводов. Это обстоятельство ставит перед разработчиками электроники задачу выбора нужных вариантов из сотен типов микроконтроллеров, предлагаемых компанией. И действительно, многие решения при разработке новой техники могут быть реализованы на самых разных типах МК, а на выбор нужных могут оказывать влияние такие факторы, как эксплуатационные характеристики, цена, возможность поставки, доступность отладочных плат, средств разработки и ПО.

Важным достоинством микроконтроллеров Microchip является преемственность и совместимость поколений продуктов, что позволяет легко и просто модернизировать существующие устройства путём простой замены МК на более усовершенствованные. При этом не требуется существенных изменений плат и конструкций модернизируемых устройств.

В группу 8­разрядных микроконтроллеров с гарвардской архитектурой PIC (Peripheral Interface Controller) входят следующие семейства микросхем: PIC18­Q10, PIC16F15244, PIC18­Q40, PIC18­Q41, PIC18­Q43. Отличительными особенностями микроконтроллеров PIC и цифровых сигнальных контроллеров (DSC) Microchip является хорошая преемственность различных семейств, включая программную совместимость, общие среды разработки, общие библиотеки, общие стеки наиболее популярных протоколов передачи данных, совместимость по выводам, по периферии, по напряжениям питания.

Микроконтроллеры семейства PIC18­Q10 хорошо подходят для широкого спектра систем промышленного управления, бытовых и автомобильных приложений, устройств для Интернета вещей (IoT). Все микроконтроллеры семейства содержат полный набор ядерно­независимых периферийных устройств (CIP), обеспечивают циклическую проверку избыточности (CRC), сканирование памяти, имеют оконный сторожевой таймер (WWDT), аппаратный таймер ограничения (HLT) для использования в критически важных для безопасности приложениях. В каждый прибор также входят широтно­импульсный модулятор (ШИМ/PWM), несколько интерфейсов связи, аналого­цифровые преобразователи с вычислением (ADC2), встроенные компараторы и обнаружители перехода сигналов через ноль (ZCD).

В состав семейства PIC18­Q10 входят 7 серий микроконтроллеров, отличающихся объёмами программной памяти (16…128 КБ), оперативной памяти SRAM (1024…3615 Б), энергонезависимой памяти EEPROM, типом и числом выводов корпусов и рядом других характеристик.

Внешний вид некоторых микроконтроллеров семейства показан на рис. 2, каждый тип микроконтроллера в различных сериях выпускается в нескольких типах корпусов. Например, микроконтроллеры PIC18F24/25Q10 могут выпускаться в пяти типах 28­выводных корпусов (рис. 3).

Рассмотрим основные особенности и характеристики микроконтроллеров серий PIC18F26/45/46Q10 (в скобках соответствующие характеристики приборов серий PIQ18F24/25/27/47Q10):

Упрощённая структура микроконтроллеров серий PIC18F24/25Q10 приведена на рис. 4.

В состав процессорного ядра (Core) приборов входят: центральный процессор (CPU), сама программируемая флэш­память объёмом 16 КБ или 32 КБ (Self­programmable Flash Memory), оперативная память данных 1 КБ или 2 КБ (RAM), энергонезависимая память 256 Б (EEPROM) c возможностью до 100 000 перезаписей. Спящие режимы работы процессора (Sleep modes) – бездействие системы (Idle), ожидание (Standby), сниженное потребление (Power Down). Быстродействие процессора определяется тактовой частотой 64 МГц.

В общем виде периферийные устройства (Peripherals) микроконтроллеров серии обеспечивают системную гибкость (System Flexibility), коммуникации с внешними устройствами (Communications), подключение аналоговых устройств (Integrate Analog), генерацию сигналов различных типов (Waveform Generation), тайминг и измерения параметров сигналов (Timing and Measurements), безопасность и мониторинг (Safety and Monitoring).

В состав семейства PIC18­Q41 (рис. 5) входят шесть серий микроконтроллеров: PIC18F04/05/06Q41 в 14­выводных корпусах и PIC18F14/15/16Q41 в 20­выводных корпусах. Компания позиционирует их как высокопроизводительные микроконтроллеры, выполненные по технологии микропотребления (XLP) и предназначенные для усовершенствованных интерфейсов датчиков.

Общая структура микроконтроллеров семейства и структура их периферийных устройств приведены на рис. 6.

Как видно из рисунка, приборы этого семейства имеют значительное число одних и тех же составляющих, как и рассмотренные выше микроконтроллеры семейства PIC18­Q10. К основным отличиям и особенностям микроконтроллеров PIC18F06/16Q41 относятся:

Микроконтроллеры семейства можно использовать в системах управления общего назначения и в целевых приложениях, некоторые из них показаны на рис. 7.

Кроме того, уникальное сочетание характеристик микроконтроллеров семейства PIC18­Q41 обусловливает их успешное применение в медицинских устройствах, особенно в таких приложениях, как узлы Интернета медицинских вещей (IoMT), устройства телемедицины, медицинские носимые устройства доставки лекарств и другие.

В состав семейства PIC18­Q43 (рис. 8) входят 9 серий микроконтроллеров в 28/40/44/48­выводных корпусах, выполненных по технологии микропотребления XLP.

Состав периферийных устройств микроконтроллеров семейства показан на рис. 9, от приборов рассмотренного выше семейства PIC18­Q41 они отличаются характеристиками памяти и некоторыми другими параметрами.

Основные характеристики микроконтроллеров PIC18F27/47/57Q43 (кроме характеристик, приведённых на рис. 9):

Полнофункциональные микроконтроллеры семейства PIC16F15244 в 8/14/20­выводных корпусах (рис. 10) предназначены для экономичных проектов с ограничением пространства.

В состав семейства входят 14 серий микроконтроллеров с набором простых и конкретных функций для реализации таких приложений, как устройства для контроля аккумуляторов, беспроводных датчиков, датчиков температуры, графических дисплеев, контроллеров входов/выходов, датчиков приближения (Proximity Sensor) и других относительно простых приложений.

В категорию AVR­микроконтроллеров компании входят семейства AVR^® DA и AVR^® DB. Под архитектурой AVR многие эксперты подразумевают усовершенствованную виртуальную RISC­архитектуру (Advanced Virtual RISC). Серийное производство первых AVR­микроконтроллеров начала в 1996/1997 годах компания Atmel, в 2016 году она была приобретена компанией Microchip Technology. Новые семейства микроконтроллеров Microchip AVR DA/DB/DD, представленные в 2020 году, пришли на смену предшественникам из семейства ATmega (в каталоге Microchip 2021/2022 годов фигурируют только AVR DA/DB).

По маркировке микроконтроллеров можно определить их некоторые характеристики, элементы маркировки AVR XX YY ZZ означают: ХХ – объём памяти в килобайтах, YY – семейство (DA/DB), ZZ – количество выводов корпуса (на рис. 11 показаны представители семейства DA).


Семейства AVR DA/DB состоят из 11 устройств, каждое из которых может быть выполнено в различных типах корпусов, основные характеристики микроконтроллеров AVR DA/DB (на рис. 12 – структура AVR128DA64):

В заключение отметим, что компания предоставляет обширную экосистему средств разработки (Development Tool Ecosystem, рис. 13), отладочные платы, программное обеспечение и другие материалы для разработчиков электронной техники на микроконтроллерах Microchip.

Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!