2.1 Выбор контроллера

Для обеспечения использования наиболее подходящего контроллера оптимально рассмотреть несколько различных контроллеров, удовлетворяющих следующим требованиям:

· 8-ми разрядный,

· с низким энергопотреблением,

· наличие статичного режима,

· гарвардская архитектура,

Мною были выбраны контроллеры следующих серий: AVR (ATiny2313), PIC (16C745), MK-51 (AT89C4051). В каждой серии выбирается примерно аналогичных по характеристикам контроллеры сравниваются их параметры и оценивается на сколько они подходят для оценивания конкретной задачи. Информация о выбранных микроконтроллерах для удобства представлена в таблице, наглядно показывающей различия между ними:

AVR-микроконтроллер фирмы Атмел - это 8-разрядные RISC микроконтроллер для встраиваемых приложений. Они привлекают внимание наилучшим соотношением показателей быстродействие/энергопотребление, удобными режимами программирования, доступностью программно-аппаратных средств поддержки и широкой номенклатурой выпускаемых кристаллов. Микроконтроллеры обычно поставляются со стертыми встроенными FLASH и EEPROM блоками памяти (содержимое всех ячеек = $FF), готовыми к программированию. Улучшенная RISC (enhanced RISC) архитектура AVR-микроконтроллеров объединяет в себе комплекс решений, направленных на повышение быстродействия микропроцессорного ядра AVR. Арифметико-логическое устройство (ALU), в котором выполняются все вычислительные операции, имеет доступ к 32-м оперативным регистрам, объединенным в регистровый файл. Выборка содержимого регистров, выполнение операции и запись результата обратно в регистровый файл выполняются за один машинный цикл. Большинство встраиваемых микроконтроллеров имеют только один такой регистр, непосредственно доступный ALU, - аккумулятор, что требует включения в программу дополнительных команд его загрузки и считывания. В качестве контроллера рассмотрим ATiny2313, представляющий собой 8-битовый микроконтроллер, имеющий, следующие характеристики: построен на основе расширенной RISC-архитектуры; 2К загружаемой флэш-памяти; 32 рабочих регистра; 2 таймера/счетчика; 128 байтов EEPROM; 15 линий ввода/вывода общего назначения; внешние и внутренние прерывания; встроенный последовательный порт.

Альтернативой может быть контроллер другой серии например PIC 16С745. PIC16F84 - это 8-pазpядные микpоконтpоллеpы с RISC аpхитектуpой, производимые фирмой Microchip Technology. Это семейство микpоконтpоллеpов отличается низким энеpгопотpеблением и высокой скоростью. Микpоконтpоллеpы имеют встроенное ЭППЗУ пpогpамм, ОЗУ данных и выпускаются в 20 выводных корпусах. Память данных (ОЗУ) имеет pазpядность 8 бит, память пpогpамм (ППЗУ) для PIC16C84 14. Использование Гаpваpдской аpхитектуpы позволяет достичь высокой скорости выполнения битовых, байтовых и pегистpовых операций.

МК семейства МК-51 используют гарвардскую архитектуру. Классический микроконтроллер семейства 51 и его улучшенная модификация 52 серии имеет следующие данные: целочисленный 8-разрядный CISC-процессор, использование CISK архитектуры позволяет упростить программу за счет поддержки команд умножения и деления; тактовая частота до 80 МГц; командный цикл до 12 тактов; раздельные адресные пространства программ и данных; встроенная память программ объёмом 2-64 кб; встроенное ОЗУ данных объёмом 128б-64Кб; 40 выводов, 32 линии ввода-вывода; два или 4 8/16-разрядных таймера; последовательный порт RS-232; возможность подключения внешней памяти программ и данных, до 64 кб каждая (некоторые модели до 4Мб); режим пониженного энергопотребления.

Различные модификации дополнительно имеют возможность работы с интерфейсами SPI, I2C, USB.

Обоснование выбора контроллера

Для данной задачи - разработки регистратора параметров технологического процесса - микроконтроллер семейства МК-51 является оптимальным, так как сочетает в себе большие возможности управления, необходимые для решения поставленной мной задачи. Кроме того по существенным параметрам: число портов ввода вывода (32), архитектура (CISC) - микроконтроллер MCS-51 АТ89C4051 превосходит микроконтроллеры подобных серий других производителей. Кроме того микроконтроллер серии МК-51 не уступает микроконтролерам AVR и PIC также в таких параметрах как: число таймеров счетчиков (2), тактовая частота (до 24 МГц), режимы экономии энергии(Idle, Power-down). А так же при серийном выпуске данного изделия большую роль будет играть его малая стоимость и высокая надежность работы.

Немаловажен тот факт, что архитектура данного контролера мной изучена в курсе лабораторных работ. А также важно, что у меня имеются средства программирования и средство моделирования элементов программы - лабораторный стенд на ADUC812

Краткие характеристики контроллера MCS-51 АТ89С4051:

Для использования в данном устройстве мной был выбран микропроцессор АТ89С4051 серии MSC-51.

Он обладает высокими техническими характеристиками:

1. Частота работы от 0 до 24МГц.

2. Объем встроенного флешь ПЗУ - 4КБ.

3. Объем регистрового ОЗУ 128 байт.

4. Два счетчика 16ти разрядных счетчикатаймера.

5. Порт выдерживает нагрузку до 20мА.

6. Число портов ввода вывода 32(оставлены порты P1 и P3).

7. Котроллер поставляется в сорокавыводном корпусе.

8. Напряжения питания от 5В +-20% (номинальное 5В).

Все выше сказанное позволяет реализовать требуемые функции и существенно упростить схему.

Рис.2. Разводка выводов контроллера и соответствие портам.

Обозначения:

· GND -- потенциал общего провода ("земли");

· V_cc -- основное напряжение литания +5 В;

*XTAL1,XTAL2 -- выводы для подключения кварцевого резонатора;

· RST -- вход общего сброса микроконтроллера;

· P1 -- восьми битный квази двунаправленный порт ввода/вывода: каждый разряд порта может быть запрограммирован как на ввод, так и на вывод информации, независимо от состояния других разрядов;

· РЗ -- восьми битный квази двунаправленный порт, аналогичный. Р1; кроме того, выводы этого порта могут выполнять ряд альтернативных функций, которые используются при работе таймеров, порта последовательного ввода-вывода, контроллера прерываний, и внешней памяти программ и данных;

Рис.3. Структурная схема АТ89C4051.