CC BY
58Микроконтроллеры фирмы NEC
Японская фирма NEC (Nippon Electric Corporation) уже более 15 лет выпускает микроконтроллеры (МК), предназначенные для встраивания в различные приборы и системы управления. К настоящему времени фирмой разработаны и изготавливаются МК более чем 450-ти типов. Фирма продолжает создавать новые и совершенствовать выпущенные ранее микросхемы.
Гребнев Владимир
(812) 247-89-00
Микроконтроллер фирмы NEC имеет стандартную структуру. Он содержит процессор, внутреннее постоянное запоминающее устройство для хранения программы (по терминологии NEC — IROM), внутреннее оперативное запоминающее устройство для хранения данных (IRAM) и набор периферийных устройств. В группу периферийных устройств входят параллельные порты ввода/вывода, каналы последовательного интерфейса, таймеры и таймеры-счетчики, контроллер прерываний. Кроме того, многие микроконтроллеры имеют многоканальные аналого-цифровые преобразователи (ADC), цифро-аналоговые преобразователи (DAC), цифровые компараторы, дополнительные запоминающие устройства, широтноимпульсные модуляторы (PWM), устройства для подключения электролюминесцентных и жидкокристаллических индикаторов и другие устройства.
Множество выпускаемых фирмой NEC микроконтроллеров делится на семейства. Семейства делятся на серии. В состав серии входят микроконтроллеры нескольких типов. Семейства различаются возрас-
том разработки, разрядностью данных (4, 8, 16 бит), быстродействием, энергопотреблением и рядом других характеристик. Серии в пределах семейства различаются, в основном, составом и параметрами периферийных устройств. Микроконтроллеры разных типов в пределах серии различаются, главным образом, составом и емкостью запоминающих устройств.
В табл. 1 перечислены наименования семейств, указано число серий и суммарное число типов МК в семействе, приведена структура обозначения типа и серии МК в семействе и указана разрядность микроконтроллеров. Таблица составлена по данным на конец 1997 года.
Микроконтроллеры фирмы NEC выпускаются с IROM масочного типа. При этом практически в каждую серию входит МК с программируемой памятью (UVEPROM или Flash), имеющей, как правило, наибольший для данной серии объем. При отсутствии в корпусе микросхемы окна возможно лишь однократное программирование памя ти (OTPROM). Памя ть типа Flash (с электрическим стиранием записи) допускает многократное перепрограммирование.
Таблица 1
Семейство Число серий Число типов Обозначение серии и типа МК Число разрядов
7500 1 12 ^PD75ZZ 4
75Х 11 65 цРР75777 4
75XL 9 34 ^PD75ZZZZ 4
17K 7 55 цРР17777 4
^PD17ZZZZ 8
78AD 1 9 ^PD78C77 8
78K/0 29 133 ^PD78077 8
^PD780777 8
78K/0S 16 47 ^PD789777 8
78K/1 2 8 ^PD78177 8
78K/2 3 14 ^PD78277 8
78K/3 8 30 ^PD78377 16
78K/4 13 50 ^PD784777 16
z=0, 1, 9
В обозначение типа микроконтроллера с программируемой памятью после номера семейства вводится буква Р (EPROM) или F (Flash). Например, mPD75PZZZ или mPD78 F9ZZZ. Кроме того, в обозначение типа МК после последней цифры (Z) могут входить одна или несколько букв, обозначающих модификацию исходной серии. Например, mPD75 PZZZB.
Семейства 7500, 78AD, 78K/1 и 78K/2 относятся к числу «старых» и в настоящее время не получили развития. В семейство 17К входят микроконтроллеры, предназначенные для работы в специальной аппаратуре (аудио, видео, пейджеры и др.). Далее в статье рассматриваются микроконтроллеры широкого применения новых и новейших развивающихся семейств, к числу которых относятся семейства 75X и 75XL (4 бита), 78K/0 и 78K/0S (8 бит) и 78K/3 и 78K/4 (16 бит).
1) микроконтроллеры общего назначения без АЦП (General Purpose, GP);
2) микроконтроллеры общего назначения с АЦП (GPADC);
3) микроконтроллеры с выводами для подключения электролюминесцентных индикаторов (Fluorescent Indicator Panel, FIP);
4) микроконтроллеры с выводами для подключения жидкокристаллических индикаторов (Liquid-Crystal Display, LCD).
Микроконтроллеры семейства 75XL представляют собой усовершенствованную версию микроконтроллеров семейства 75X. Они отличаются повышенным быстродействием, пониженным энергопотреблением и некоторыми другими параметрами.
В табл. 2 указаны серии и типы микроконтроллеров семейств 75X (ZZZ) и 75XL (ZZZZ), отмечена принадлежность к одной из названных выше групп, указано число типов МК в се-
нибблами (4 бита) и байтами. В микроконтроллерах некоторых типов и серий с байтами выполняются только операции пересылки.
Цикл команды при неизменной частоте кварцевого резонатора может иметь разную, устанавливаемую по выбору длительность. В табл. 3 указаны максимальное значение тактовой частоты (FOSC MAX) и устанавливаемые при этом по выбору значения длительности цикла команд Т ЦК.
Кроме основной системы синхронизации (main clock) микроконтроллеры имеют вспомогательную систему (subclock) с тактовой частотой 32 КГц и длительностью цикла команды 122 мкс. Переход на работу с пониженным быстродействием на этапе выполнения программы, где это допустимо, позволяет существенно уменьшить ток потребления МК. Кроме того, МК по команде программы может быть переведен в режим холостого хода (HALT
Таблица 2
Серия. Тип. Число Особенности Число
Г руппа Семейство ^PD75ZZZ ^PD75ZZZZ типов М К выводов
GP 75X 004-008 4 42
104-116 10 Компаратор 64
108-117 5 Компаратор 64
402 2 Наименьшие возможности 28
75XL 0004-0016 4 42
0104-0116 4 RC- генератор 42
4302-4308 3 36
GP 75X 028-048 5 EEPROM 64
ADC 064-068 4 42
512-518 6 Наибольшие возможности 80
75XL 0064-0076 4 42
4202-4264 5 EEPROM. KeylessEntry 20
FIP 75X 206-268 9 PWM 64
236-238 4 ADC, PWM 94
LCD 75X 304-316 12 80
328-336 4 ADC 80
75XL 3012-3018 4 80
3036 2 ADC 80
3104-3116 4 64
3204-3216 4 48
1. Четырехразрядные микроконтроллеры
(семейства 75X и 75 XL).
Четырехразрядные микроконтроллеры фирмы NБО по особенностям их структуры, влияющим на выбор МК для работы в конкретной аппаратуре, могут быть отнесены к одной из четырех групп:
рии, отмечены отличительные особенности микроконтроллеров разных серий и указано минимальное число выводов корпуса микросхемы.
Система команд микроконтроллеров разных типов и серий содержит разное число команд (от 61 у серии 402 до 143 у МК типов 517, 518 и некоторых других). При этом обеспечивается программная совместимость снизу вверх. По командам выполняются операции с битами,
mode), в котором процессор остановлен, но работают периферийные устройства, или в режим пониженного энергопотребления (STOP mode), когда остановлен генератор тактового сигнала. В первом случае ток потребления уменьшается в 5-10 раз, а во втором — снижается до десятых или сотых долей мкА.
Память микроконтроллера содержит:
— один или четыре регистровых банка с изменяемой по выбору структурой (восемь
Таблица 3
Семейство FOSC MAX " Ц К
(МГц) (мкс)
75X 4,19 0,95 1,91 3,81 15,3
четырехразрядных регистров или четыре восьмиразрядных);
— постоянное запоминающее устройство (ЗУ) для хранения программы (IROM) емкостью от 2Кх8 бит до 32Кх8 бит:
— оперативное ЗУ для хранения данных емкостью от 320х4 бит до 1024х4 бит.
Кроме того, у микроконтроллеров некоторых серий имеется дополнительное ЗУ с электрическим стиранием и сохранением записи данных при отключении питания (EEPROM) емкостью от 16х4 бит до 1024х4 бит.
Параллельные порты имеют разное число линий ввода/вывода (от 13 до 64), при этом используются выводы разных типов (КМОП вход, КМОП вход/выход, NМОП вход/выход с высоким уровнем сигнала от 9...13 В). У микроконтроллеров группы FIP имеются также высоковольтные РМОП выходы. Многие выходы допускают непосредственное подключение светодиодов. Некоторые выводы по командам программы могут переводиться из режима работы с тремя состояниями в режим работы с двумя состояниями (programmable pull up, maskable pull down).
Контроллер прерывания векторного типа принимает запросы прерывания от внешних и внутренних источников, при этом общее число запросов может быть от трех до восьми.
В состав периферийных устройств микроконтроллеров всех семейств входят от одного до пяти таймеров и таймеров-счетчиков разных типов (таймер/счетчик событий, таймер-датчик времени, сторожевой таймер и др.). При этом некоторые таймеры допускают каскадное соединение. В некоторых сериях таймеры имеют внешние выходы, которые могут использоваться для формирования синхронизирующих и тональных (звуковых) сигналов.
Микроконтроллеры всех типов (кроме серии 402) имеют канал последовательного интерфейса, который по выбору может работать по стандартному последовательному протоколу фирмы NEC (СБ1) с использованием двухпроводной (5Б1) или трехпроводной (1ОБ) линии связи. Трехпроводный протокол 10Е представляет собой вариант стандартного протокола 5Р1. Двухпроводный протокол 5Б1 не совпадает со стандартным двухпроводным протоколом 12С.
Микроконтроллеры, входящие в группы FIP и LCD, имеют в составе периферийных устройств контроллеры FIP и LCD соответственно, которые формируют сигналы выбора знакомест и сегментные сигналы для индикаторных панелей.
Аналого-цифровые преобразователи (ADC) содержат восемь каналов преобразования (кроме серии 402) с формированием восьмиразрядного двоичного кода.
В состав периферийных устройств некоторых микроконтроллеров входят четырехканальные четырехразрядные цифровые компараторы.
Широтно-импульсный модулятор строится на базе 14 разрядного таймера.
Для питания микроконтроллеров используются источники с напряжением 1,8-5,5 В и током потребления от 1 до 5 мА в зависимости от выбранного быстродействия работы МК.
