Современная электроника №8/2025

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 52 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2025 Микроконтроллеры: обзор и практика применения. Часть 1 Рис. 1. Функциональная схема Гарвардской архитектуры В статье представлен обзор современных микроконтроллеров. Приводится история их появления, классификация, рассматриваются области применения различных типов микроконтроллеров. Особое внимание уделяется архитектуре 32-разрядных устройств на основе ARM-ядер Cortex-M. Представлены некоторые средства разработки и отладки ПО. Валерий Жижин Введение Данная статья содержит обзор совре- менных архитектур микроконтрол- леров и областей их применения. Во второй части приводятся приме- ры практической реализации проек- тов с фрагментами кода на языке Си. Статья написана на основе как тех- нических публикаций, так и матери- алов автора, имеющего многолетний опыт работы в данной области. История История появления и развития микроконтроллеров неразрывно свя- зана с историей микропроцессоров. А она достаточно любопытна. В 1969 г. Intel получила заказ от моло- дой японской компании, занимаю- щейся производством калькуляторов. Им требовался набор из 12 интеграль- ных схем в качестве основного элемен- та для нового дешёвого настольного калькулятора. Проект был разрабо- тан Масатоши Шима, который и пред- ставлял японскую сторону. Тед Хофф (Теd Ноff), руководитель отдела, зани- мавшегося разработкой применений для продукции Intel, ознакомившись с проектом, понял, что вместо того, чтобы создавать калькулятор с неко- торыми возможностями программиро- вания, можно сделать наоборот: ком- пьютер, программируемый для работы в качестве калькулятора. Развивая идею, в течение осени 1969 г. Хофф определился с архитектурой будуще- го микропроцессора, которую назвали «семейство 4000». Семейство состояло из четырёх 16-выводных микросхем: 4001 содержал ROM на 2 Кбайта; 4002 – RAM с 4-битным выходным портом для загрузки программ; 4003 представлял собой 10-битный расширитель ввода- вывода с последовательным вводом и параллельным выводом для связи с клавиатурой, индикатором и други- ми внешними устройствами; наконец 4004 был 4-битным ЦПУ (центральным процессорным устройством). Это ЦПУ содержало 2300 транзисто- ров и работало на тактовой частоте 108 кГц. 15 ноября 1971 г. было объ- явлено о создании первого микро- процессора. Правообладателем этого первого микропроцессора стала ком- пания Intel. Первый патент на однокристаль- ную микро-ЭВМ был выдан в 1971 году инженерам Майклу Кочрену и Гари Буну, сотрудникам американской Texas Instruments. Именно они родона- чальники идеи размещения на одном кристалле не только процессора, но и памяти с устройствами ввода-вывода. В 1976 году американская фирма Intel выпускает микроконтроллер i8048. Он имел на борту 4 Кбайт УФ однократ- но программируемой памяти, 128 байт SRAM, GPIO, последовательные порт и, собственно, 8-битное процессорное ядро. Через 4 года, в 1980 году, Intel выпускает следующий микроконтрол- лер: i8051. Intel 8048 был использован в игровой приставке Magnavox Odyssey, аналоговых синтезаторах Roland. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбо- ра внешней или внутренней про- граммной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке. С точки зрения техно- логии микроконтроллер i8051 являлся для своего времени крайне сложным изделием: в кристалле было исполь- зовано 128 тысяч транзисторов, что в 4 раза превышало количество транзи- сторов в 16-разрядном микропроцес- соре i8086. В СССР с начала 1980-х годов до как минимум 1992 года на заводе «Квазар» в г. Киеве выпускался КМ1816ВЕ48 – 8-битный однокристальный микрокон- троллер (ОМК), советский аналог i8048. Он получил широкое распространение во встраиваемых вычислительных системах, а также как периферийный контроллер в составе специальных вычислительных средств. В 90-е годы в индустрии микрокон- троллеров начался настоящий бум. Дело в том, что в начале 1990-х годов большая вселенная восьмибитных микроконтроллеров принадлежала одной компании, всемогущей «Мото- роле». Но вдруг у неё появился нико- му не известный соперник с малозна- чащим именем Microchip Technology, выпустивший контроллер PIC 16C84. Особенность этого чипа состояла в том, что он включал в себя электри- чески перепрограммируемую память типа EEPROM, которая не требовала ультрафиолетовой засветки для сти- рания, как у её предшественницы EPROM. «Теперь пользователи могли изменять программу прямо в процес- се работы», – говорил Род Дрейк, веду- щий разработчик микросхемы и пер- вый директор Microchip. Вдобавок один чип стоил менее 5 долларов, что было в 4 раза ниже,