Научная статья на тему 'Применение "low cost" микроконтроллера upd78F9212 от nec Electronics'

Применение "low cost" микроконтроллера upd78F9212 от nec Electronics Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
547
168
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Седнев Андрей, Егоров Алексей

Совершенствование электронной техники идет не только в направлении усложнения электронных изделий и увеличения их функциональности, но и в направлении удешевления уже существующих решений, которые становятся доступными и рентабельными там, где еще совсем недавно применение электроники было непозволительной роскошью.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Применение "low cost" микроконтроллера upd78F9212 от nec Electronics»

Применение low cost микроконтроллера UPD78F9212

от NEC Electronics

Андрей СЕДНЕВ

sednew@eltech.tver.ru Алексей ЕГОРОВ

al@eltech.tver.ru

Совершенствование электронной техники идет не только в направлении усложнения электронных изделий и увеличения их функциональности, но и в направлении удешевления уже существующих решений, которые становятся доступными и рентабельными там, где еще совсем недавно применение электроники было непозволительной роскошью.

Процесс снижения себестоимости коснулся всех функциональных групп электронных изделий, и, в частности, такой группы, как микроконтроллеры. Многие производители микроконтроллеров имеют в палитре производимых ими кристаллов особо выделенные модели low cost (low cost — дешевые), предназначенные в основном для массовых, но недорогих изделий. Функциональность таких микроконтроллеров, как правило, весьма ограничена, но в тех случаях, когда этой ограниченной функциональности хватает, low cost микроконтроллер не знает себе равных. И в самом деле, зачем платить, скажем, $10 там, где можно обойтись 40 центами?

В этой статье рассматривается достаточно интересный, на взгляд авторов, представитель дешевых микроконтроллеров — семейство 78K0S/Kx1+ производства фирмы NEC Electronics. Несмотря на свое достаточно уверенное положение на электронном рынке, NEC Electronics уделяет внимание и таким «мелочам», как микроконтроллеры нижнего ценового диапазона, постоянно совершенствуя и удешевляя их. Лучший тому пример — семейство 78K0S/Kx1+ (структура семейства представлена в таблице).

Итак, рассмотрим составляющие 78K0S/Kx1+ (рис. 1):

1) Мозгом микроконтроллера является ядро 78K0S, имеющее восемь 8-битных регистров общего назначения. Эти регистры, в зависимости от выполняемой команды, трактуются либо как восемь 8-битных регистров, либо как четыре 16-битных, что позволяет в некоторых случаях одной командой обрабатывать 16-битные данные (или указатель). Следует отметить, что регистры неравноценны — существует целый ряд команд, которые могут быть выполнены только с применением заранее предопределенных регистров и никаких других. Тем не менее их активное использование заметно увеличивает скорость выполнения программы.

Таблица. Структура семейства 78K0S/Kx1 +

Семейство Наименование Объем памяти Flash, кбайт ОЗУ, байт АЦП Тип корпуса

78K0S/KU1 + uPD78F9200 1 128 10 6итх4 канала SS0P10 ■

uPD78F9201 2 128

uPD78F9202 4 128

uPD78F9500 "■* 1 128 Нет

uPD78F9501 2 128

uPD78F9502 4 128

78K0S/KY1+ uPD78F9210 1 128 10 6итх4 канала SS0P16, WLCSP (1,93x2,24 мм) щдвд

uPD78F9211 2 128

uPD78F9212 4 128

uPD78F9510 1 128 Нет

uPD78F9511 2 128

uPD78F9512 4 128

78K0S/KA1+ uPD78F9221 2 128 10 6итх4 канала SS0P20 пяяяяпппяп

uPD78F9222 4 256 т т

uPD78F9521 2 128 Нет

uPD78F9522 4 256 У У У У У У У У У У

78K0S/KB1+ uPD78F9232 4 256 10 6итх4 канала SS0P30 ншпшшшп

uPD78F9234 8 256 Я. і

uPD78F9532 4 256 Нет

uPD78F9534 "■* 8 256 УУУУУУУУУУУУУУУ

Порты В/В 10 (78K0S/KU1+) 14 (78K0S/KY1+) 17 (78K0S/KA1+) 26 (78K0S/KB1+)

Узел сброса (POC/POR)

Детектор

снижения

напряжения

LIN UARTxl (78K0S/KA1+) (78K0S/KB1+)

8-разрядное ядро

Flash-пэмять 1/2/4/8 кбайт ОЗУ 128/256 байт

78KOS

Кварцевый Встроенный Встроенный

генератор генератор генератор

1-10 МГц 8 МГц 240 кГц

Контроллер

прерываний

Таймер 0 1x16 бит

Таймер Н 1x8 бит

Таймер 8 1x8 бит (78K0S/KA1+) (78K0S/KB1+)

Сторожевой

таймер

Аппаратное умножение 8x8 бит (78K0S/KB1+)

Рис. 1. Структура 78K0S/Kx1 +

Рис. 3. Внешний вид устройства управления для источников бесперебойного питания

2) От 1 до 8 кбайт энергонезависимой Flash-памяти. Многие производители микроконтроллеров разрабатывают изделия с использованием Flash-памяти, однако семейство 78K0S/Kx1+ одно из немногих в своем ценовом диапазоне имеет до 8 кбайт Flash-памяти, в которую данные может заносить сама работающая программа. Это позволяет с некоторыми ограничениями использовать Flash-память как EEPROM-память. Программная запись во Flash-память — это распространенная функция; во многих микроконтроллерах эта возможность реализована, но все они из более высокого ценового диапазона.

3) 128 байт оперативной памяти.

4) Один 16-битный счетчик-таймер.

5) Один или три 8-битных счетчика-таймера.

6) Один сторожевой таймер.

7) Один 4-канальный 10-битный АЦП (опция).

8) От 14 до 26 портов ввода/вывода общего назначения.

9) Встроенный тактовый кольцевой генератор на 8 МГц (по желанию разработчика в качестве тактового генератора можно использовать либо вышеупомянутый генератор — тогда не нужно никаких внешних элементов, либо кварцевый генератор на основе встроенного в кристалл инвертирующего усилителя — тогда необходимы внешние элементы: кварцевый резонатор и 2 конденсатора малой емкости).

10) Схема сброса и перезапуска микроконтроллера при включении или сбоях питающего напряжения.

11) Программируемый супервизор питания, позволяющий предупредить о снижении напряжения питания до уровня сброса микроконтроллера.

12) Старшие представители семейства также могут иметь интерфейс UART и аппаратный умножитель.

Выше перечислены аппаратные ресурсы

рассматриваемого семейства. Перед авторами

стояла задача создания предельно дешевого

электронного устройства для автоматической пропускной системы в охраняемое помещение (например, в подъезд жилого дома). В качестве механического барьера в такой системе выступает обычная дверь, оснащенная электрически управляемым замком («липучкой»), а в качестве электронного ключа («таблетки») — DS1990A фирмы Dallas Semiconductor. Для разработки был выбран микроконтроллер UPD78F9212, при этом остались невостребованными АЦП и 2 таймера (в то время еще был недоступен микроконтроллер uPD78F9512). На электронику возлагалась задача прочитать поднесенный к контактору ключ, на основании базы данных о «своих» ключах, хранимой во Flash-памяти, определить принадлежность ключа к «своим» и открыть (для «своих») дверь посредством подачи сигнала на электрически управляемый замок. Задача была полностью решена, и наиболее важным параметром для нее оказался объем Flash-памяти, которая была целиком использована. Следует отметить, что для этого приложения способность микроконтроллера писать данные в свою Flash-память во время работы принципиально необходима. В противном случае невозможно было бы запомнить базу данных о «своих» ключах. Разработанное устройство получило название Z5R-E (рис. 2) и в данный момент производится в массовых количествах фирмой «Электронные Технологии» (г. Тверь) [1].

Вторая задача, которая также была успешно решена с помощью микроконтроллеров семейства 78K0S/Kx1+, — разработка устройства управления для источников бесперебойного питания (рис. 3). Требования, предъявляемые органами сертификации к источникам бесперебойного питания, включают необходимость индикации наличия или отсутствия аккумулятора, что заставляет разработчика встраивать в схему микроконтроллер. Алгоритм определения наличия аккумулятора сводится к периодическому размыканию цепи заряда и измерению напряжения на клеммах, к которым

подключается аккумулятор. Дополнительно к задаче индикации тот же микроконтроллер обеспечивает защиту аккумулятора от глубокого разряда. То есть при отсутствии напряжения сети ~220 В микроконтроллер отключает аккумулятор от нагрузки, если напряжение на нем снизится до 10,5 В. Это позволяет предотвратить выход аккумулятора из строя при длительном пропадании напряжения сети (явление довольно частое) и тем самым существенно увеличить срок жизни аккумулятора.

В данном случае речь идет о массовых дешевых источниках питания небольшой мощности, поэтому выбор микроконтроллера жестко ограничен ценой и доступным пространством печатной платы. При этом от микроконтроллера требуется наличие: встроенного АЦП, который обеспечивает точность измерения и повторяемость параметров схемы, наличие встроенного супервизора питания, достаточно мощные порты ввода/вывода для управления светодиодами, минимальное количество внешних компонентов, возможность многократного внутрисхемного программирования, наличие режима пониженного энергопотребления, что важно в режиме защиты аккумулятора, а также высокая надежность. Младшие модели микроконтроллеров фирмы NEC практически идеально соответствуют этим требованиям.

Несколько слов о внутрисхемном программировании. Опыт работы показывает, что использование однократно программируемых микроконтроллеров нежелательно из-за возможного брака при программировании. Для некоторых микроконтроллеров осуществление внутрисхемного программирования связано с ограничениями (например: программирование невозможно при наличии на плате конденсатора большой емкости в цепях питания). Это неудобно, так как заставляет разрывать процесс пайки на два этапа и усложняет процесс перепрограммирования. У микроконтроллеров производства NEC такие ограничения отсутствуют.

Процент брака на выходе операции внутрисхемного программирования партии из 5000 изделий (включая брак пайки и брак в процессе программирования) составил 2,2%. По другим микроконтроллерам, применявшимся на нашем предприятии, этот показатель достигал 5%.

Практический интерес представляют также существующие средства разработчика для рассматриваемого семейства микроконтроллеров. Помимо бесплатного ассемблера и Си-компилятора от самой фирмы NEC, существует еще интегрированная среда IAR Embedded Workbench от фирмы IAR Systems, включающая редактор, ассемблер, Си-компилятор, симулятор, справочную систему и несколько дополнительных утилит. Программное обеспечение от NEC полностью бесплатное для всего семейства, Си-компилятор от IAR бесплатный для микроконтроллеров с размером Flash-памяти до 4 кбайт, ассемблер от IAR ограничений не имеет. Из средств разработчика также следует упомянуть достаточно удобный оценочный комплект «Low Pin Count Do it!» [2], эмулятор QB-78K0SMINI-EE и универсальный программатор-отладчик QB-MINI2-EE. Для загрузки исполняемого модуля в микроконтроллер можно использовать один из специализированных программаторов от NEC Electronics (например, PG-FPL2 или PG-FP4).

При необходимости можно спроектировать свой собственный программатор [3], так как протокол программирования этих микроконтроллеров подробно описан в технической документации [4]. Для целей массового производства изделия Z5R-E (см. выше) авторами статьи был спроектирован комплексный прибор — программатор-тестер, выполняющий как проверку всей аппаратуры изделия Z5R-E с использованием загрузки тестирующей программы, так и внутрисхемное программирование микроконтроллера UPD78F9212, входящего в состав Z5R-E. Программирование UPD78F9212 осуществляется по 3 проводам (не считая общего провода и шины питания).

Подводя итог, следует отметить, что по соотношению цены и возможностей микроконтроллер UPD78F9212 достойно выглядит на фоне своих ближайших конкурентов и вполне может быть рекомендован для тех проектов, где низкая цена конечного изделия является определяющим фактором. ■

Литература

1. http://www.eltech.tver.ru/z5r-e.html

2. http://www.eltech.spb.ru/techinfo.html?aid=243

3. http://www.eltech.spb.ru/flashprog.html

4. http://www.eu.necel.com/_pdf/ U17470EJ4V0AN00.PDF

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.