Hardware central de sistemas integrados
El hardware central del sistema integrado
El hardware central del sistema integrado es el microcontrolador, también conocido como microcontrolador (MCU). Miniaturiza e integra los componentes básicos del sistema integrado. Computadora en una La microcomputadora en el chip generalmente contiene CPU, ROM, RAM, E/S paralela, E/S en serie, temporizador/contador, control de interrupciones, reloj del sistema y bus del sistema, etc. Con el desarrollo de la tecnología, las funciones integradas de los microcontroladores se están volviendo cada vez más poderosas y se están desarrollando en la dirección de SoC (System on chip). Los microcontroladores tienen ventajas significativas, como tamaño pequeño, bajo consumo de energía, funciones sólidas, alta relación rendimiento-precio y fácil promoción y aplicación. Se utilizan cada vez más en muchos campos, como dispositivos de automatización, instrumentación inteligente, control de procesos, comunicaciones y. electrodomésticos.
Según estadísticas incompletas, el número total de procesadores integrados en el mundo ha superado las 1.000 variedades y hay más de 30 series de arquitecturas populares, de las cuales 8.051 sistemas representan la mayoría. Hay más de 20 fabricantes de semiconductores que producen 8051 microcontroladores y más de 350 productos derivados. Por lo general, los microcontroladores se dividen en computadoras de 4, 8, 16 y 32 bits según la cantidad de bits en el bus de datos del microcontrolador.
1. Microcontrolador de cuatro bits.
El microcontrolador de cuatro bits es adecuado para su uso en varios productos de consumo de electrodomésticos más pequeños. Los fabricantes generales de microcontroladores tienen sus propios productos de microcontroladores de cuatro bits, incluidos MSM64164C y MSM64481 de OKI, la serie 75006 de NEC, la serie SMC62 de EPSON, etc.
Las áreas de aplicación típicas incluyen: dispositivos de entrada de PC (ratón, joystick), cargadores de baterías (baterías de Ni-Cd, baterías de litio), equipos deportivos, control de productos de audio y vídeo con dispositivos de pantalla LCD, controles generales de electrodomésticos. y controles remotos, controles de juguetes, cronómetros, relojes, calculadoras, teléfonos multifunción y consolas de juegos LCD.
2. Microcontrolador de ocho bits.
Los microcontroladores de ocho bits son actualmente los microcontroladores más diversos y utilizados. Tienen importantes ventajas como tamaño pequeño, bajo consumo de energía, funciones potentes, alta relación rendimiento-precio y fácil promoción y aplicación. En la actualidad, se divide principalmente en la serie MCS-51 y sus modelos compatibles y microcontroladores que no pertenecen a la serie MCS-51.
Los productos compatibles con MCS-51 dominan debido a sus completas herramientas de desarrollo y recursos de software y hardware. ATMEL, PHILIPS y WINBOND son los antiguos fabricantes de microcontroladores MCS-51 que también han lanzado nuevos productos. entre los cuales la serie PSD recientemente lanzada por ST tiene FLASH de gran capacidad (128/256 KB), SRAM de 8/32 KB, A/D integrado, vigilancia, circuito de reinicio de encendido, UART bidireccional y admite programación ISP en el sistema y muchos Las funciones avanzadas, como la programación IAP en aplicaciones, son rápidamente aceptadas por la mayoría de los 51 usuarios de microcontroladores. CYGNAL ha lanzado la serie C8051F del microcontrolador serie 51 de Soc. Circuito A/D D/A integrado, vigilancia, circuito de reinicio de encendido, I C, SPI, bus CAN, tecnología FLASH, depuración de simulación JTAG y alcanza un máximo de 100 MIPS
Microcontroladores que no son de la serie 51 en China Los más utilizados incluyen la serie MOTOROLA68HC05/08, el microcontrolador PIC de MICROCHIP y el microcontrolador AVR de ATMEL.
Los microcontroladores de ocho bits se utilizan ampliamente en muchos campos, como dispositivos de automatización, instrumentación inteligente, control de procesos, comunicaciones y electrodomésticos.
3. Microcontrolador de dieciséis bits.
La velocidad de funcionamiento y la capacidad de rendimiento de datos de los microcontroladores de 16 bits mejoran enormemente en rendimiento en comparación con los microcontroladores de 8 bits. Actualmente, la serie MCS-96/196 de INTEL, la serie MSP430 de TI y la serie 68HC11 de MOTOROLA son las principales.
Los microcontroladores de dieciséis bits se utilizan principalmente en control industrial, instrumentación inteligente, equipos portátiles y otras ocasiones. Entre ellos, la serie MSP430 de TI se usa ampliamente en aplicaciones de bajo consumo con sus características de consumo de energía ultrabajo.
4. Microcontrolador de treinta y dos bits.
Los microcontroladores de 32 bits son la tendencia de desarrollo de los microcontroladores. Con el desarrollo de la tecnología y la disminución de los costos de desarrollo y los precios de los productos, seguirán el ritmo de los microcontroladores de 8 bits. Hay tantos fabricantes de microcontroladores de 32 bits como fabricantes de microcontroladores de 8 bits. MOTOROLA, TOSHIBA, HITACH, NEC, EPSON, MITSUBISHI y SAMSUNG se dividen entre ellos, los microcontroladores ARM de 32 bits y las series MC683 y 68K de MOTOROLA. Los microcontroladores basados en el núcleo ARM representaron el 75% del mercado de microcontroladores de 32 bits en 2001.
5. El desarrollo de la tecnología de microcontroladores.
De la historia del desarrollo de los microcontroladores en los últimos 20 años, se puede ver que el desarrollo de la tecnología de microcontroladores está guiado por el desarrollo de la tecnología de microprocesadores (MPU) y la tecnología de circuitos integrados a muy gran escala, impulsados por una amplia gama de campos de aplicación, mostrando las siguientes características técnicas.
Se desarrollan microcontroladores de 8 y 32 bits simultáneamente. Ésta es otra tendencia en el desarrollo actual de la tecnología de microcontroladores. Durante mucho tiempo, el desarrollo de la tecnología de microcontroladores ha estado dominado por las computadoras de 8 bits. A medida que los productos de alta tecnología, como las comunicaciones móviles, la tecnología de redes y la tecnología multimedia, ingresan al hogar, la aplicación de microcontroladores de 32 bits ha logrado un desarrollo rápido y veloz.
Los microcontroladores son cada vez más rápidos. Para mejorar la capacidad antiinterferencias del microcontrolador, reducir el ruido y reducir la frecuencia del reloj sin sacrificar la velocidad de computación, se busca desarrollar la tecnología de microcontroladores. Algunos fabricantes compatibles con el microcontrolador 8051 han mejorado la sincronización interna del microcontrolador, lo que ha mejorado en gran medida la velocidad de funcionamiento sin aumentar la frecuencia del reloj. Los microcontroladores Motorola utilizan tecnología de anillo de fase zodiacal o tecnología de multiplicación de frecuencia interna para hacer que la velocidad del bus interno sea mucho más alta que la. Frecuencia del generador. El microcontrolador 68HC08 utiliza un oscilador externo de 4,9 MHz y un reloj interno de 32 M. Samsung Electronics lanzó recientemente el núcleo del procesador ARM Halla a 1,2 GHz
Bajo voltaje y bajo consumo de energía. Casi todos los microcontroladores tienen modos de operación de ahorro de energía, como Esperar y Detener. El rango de tensión de alimentación permitido también es cada vez más amplio. Generalmente, los microcontroladores pueden funcionar en el rango de 3 a 6 V y los microcontroladores que funcionan con baterías ya no requieren medidas de estabilización de voltaje para el suministro de energía. El límite inferior de la fuente de alimentación de los microcontroladores de bajo voltaje se ha reducido de 2,7 V a 2,2 V y 1,8 V. Se han introducido microcontroladores alimentados por 0,9 V.
Tecnología de bajo ruido y alta confiabilidad. Para mejorar la capacidad antiinterferencia electromagnética del sistema de microcontrolador, permitir que el producto se adapte a entornos de trabajo hostiles y cumplir con estándares más altos de compatibilidad electromagnética, varios comerciantes de microcontroladores han adoptado algunas medidas técnicas nuevas en los circuitos internos del microcontrolador. Por ejemplo, los microcontroladores de la serie PSD de ST tienen un temporizador de vigilancia integrado en el chip, y los microcontroladores COP8 de NS tienen un circuito anti-EMI integrado para mejorar el rendimiento del mecanismo de vigilancia.
ISP e IAP. La tecnología de programación en chip (en programación del sistema) y en la programación de aplicaciones (en programación de aplicaciones) programan el microcontrolador a través de las líneas de programación, datos en serie, líneas de reloj, etc. extraídas del microcontrolador. Las líneas de programación y las líneas de E/S se comparten. No se agregan pines adicionales al microcontrolador. ISP proporciona comodidad para el desarrollo y la depuración, y hace realidad la depuración remota y la actualización de sistemas de microcontroladores;