Управления

4.3. Микроконтроллеры 
Однокристальные микро-ЭВМ со своей архитектурой выпускают практиче-
ски все ведущие фирмы в области микроэлектроники. Разрядность таких мик-
роконтроллеров варьируется от 8 до 32 бит (реже используются другие разряд-
ности), быстродействие – от единиц до сотен и более миллионов операций в се-
кунду, память программ – от единиц и долей кбт до десятков Мбт, размер 
встроенного ОЗУ – от единиц байт до десятков Мбт. То есть задача выбора та-
кого устройства представляет собой довольно нетривиальную задачу. Часто в 
качестве основного критерия выступают в этом случае доступность этого мик-
роконтроллера, доступность программного обеспечения для него, а также и 
“модность” этого микроконтроллера. Рассмотрим характеристики нескольких 
микроконтроллеров разных фирм. 
► Основные характеристики 8-миразрядного микроконтроллера с RISC-
архитектурой ATMega8535 фирмы Atmel (серия AVR) [8]: 
– общее количество команд – 130, 
– 32 8-разрядных рабочих регистра, 

---

39 
– производительность – до 16 миллионов операций в секунду при тактовой час-
тоте 16 МГц (среднее быстродействие 5 MIPS), 
– встроенный двухтактовый перемножитель, 
– 8 кбт Flash-памяти программ, 
– 512 байт перепрограммируемой памяти данных, 
– 512 байт ОЗУ, 
– два 8-разрядных таймера с предделителем, 
– один 16-разрядный таймер с предделителем, 
– 4 канала ШИМ, 
– 10-битный АЦП с коммутатором на 8 каналов, 
– программируемый 
последовательный 
универсальный 
синхронно-
асинхронный приемо-передатчик (USART), 
– встроенные аппаратные последовательные интерфейсы SPI и I
2
C, 
– программируемый сторожевой таймер, 
– встроенный аналоговый компаратор, 
– внутренний RC-генератор, 
– встроенный драйвер управления питанием, 
– 32 программируемых линии ввода-вывода, 
– напряжение питания в зависимости от типа от 2,7 В до 5,5 В, 
– режимы микропотребления, 
– внутренние и наружные источники прерываний, 
– возможность защиты программ и данных от наружного считывания. 
Данная серия содержит микроконтроллеры с памятью программ до 128 Кбт, 
быстродействием до 7 MIPS, с общим числом линий ввода-вывода до 84. 
► Основные характеристики 32-разрядного микроконтроллера с RISC-
архитектурой µPD70F3707(3706) фирмы NEC (серия V850): 
– объем флэш-памяти программ 256 кбт (для контроллера 3706 – 128 Кбт), 
– объем ОЗУ 12 кбт, 
– количество 32-разрядных РОН – 32, 
– объем адресуемой памяти программ 64 Мбт, 
– частота тактового генератора – до 5 МГц с возможностью умножения частоты 
внутри контроллера на 4 (частота до 20 МГц), 
– минимальное время выполнения инструкции 50 нс (среднее быстродействие 
27 MIPS), 
– количество линий ввода-вывода – 84, 
– четыре 16-разрядных таймера-счетчика типа P, 
– два 16-разрядных таймера-счетчика типа Q, 
– один 16-разрядный таймер временных интервалов типа M, 
– один сторожевой таймер 2, 
– один часовой таймер, 
– 10-разрядный АЦП с коммутатором на 16 каналов, 
– три канала UART, 
– два канала последовательного трехпроводного интерфейса CSIB, 

---

40 
– четыре контроллера прямого доступа в память, 
– встроенная функция внутрисхемной отладки программ, 
– встроенный монитор питания со сбросом микроконтроллера, 
– векторов прерывания наружных – 12, внутренних – 43, 
– напряжение питания контроллера – от 3,5 В до 5,5 В, 
– рабочий диапазон температур – от -40 до +85 °С. 
Данная серия (V850) содержит микроконтроллеры с памятью программ до 
640 кбт, быстродействием до 100 MIPS, с общим числом линий ввода-вывода 
до 200. Данные контроллеры являются прямыми конкурентами микроконтрол-
леров на базе ядра ARM7. 
► Рассмотрим контроллеры фирмы Atmel на базе ядра ARM7 [10]. Они по-
строены на базе ядра 
ARM7TDMI. Аббревиатура TDMI означает следующее: 
– 
T (Thumb architecture extension) – наличие 16-битного набора команд 
THUMB; 
– 
D (core has Debug extension) – наличие аппаратного доступа к ядру для 
отладки; 
– 
M (core has enhanced Multiplier) – наличие аппаратного умножителя; 
– 
I (core has embedded ICE macrocell) – наличие встроенного модуля для 
подключения внутрисхемного эмулятора. 
Ядра с обозначением TDMI поддерживают два набора команд – 32-битный 
набор ARM и 16-битный набор THUMB, являющийся подмножеством набора 
ARM. В ряде приложений использование набора команд THUMB приводит к 
уменьшению размера кода и более быстрому выполнению последнего. 
Сравни-
тельная таблица микроконтроллеров приведена на рис. 4.2. 
Рис. 4.2. Сравнительная таблица параметров контроллеров на базе ядра ARM7 
Примечания: SPI – последовательный трехпроводный интерфейс; TWI – по-
следовательный двухпроводный интерфейс (с поддержкой режима I2C); 

---

41 
USART – универсальный синхронно-асинхронный последовательный интер-
фейс; SSC – последовательный трехпроводный интерфейс (с поддержкой ре-
жима I2S). 
Контроллеры поддерживают также работу с сетью Ethernet 10/100. 
► 
Рассмотрим 
контроллеры фирмы Atmel на базе ядра ARM9 [11].
Они по-
строены на базе ядра 
ARM9TDMI. Ядро ARM9TDMI является развитием 
ARM7ТDMI и совместимо с ним на уровне исходных кодов. В отличие от мик-
росхем ARM7, контроллеры на ядре ARM9, как правило, имеют на кристалле 
кэш-память команд и данных, что повышает общую производительность про-
цессора. Корпорация ATMEL выпускает ряд моделей таких микроконтроллеров 
(см. табл. на рис.4.3).
Рис. 4.3. Сравнительная таблица параметров контроллеров на базе ядра ARM9 
«Родоначальником» семейства ARM9 у ATMEL является микроконтроллер 
AT91RM9200, построенный на ядре ARM920ТDMI.
При тактовой частоте 
180 МГц эти контроллеры имеют производительность примерно 200 MIPS. Все 
м
икросхемы имеют раздельное питание ядра и периферийных модулей 1,8 и 
3,3 В соответственно. Причём напряжение питания ядра можно изменять в диа-
пазоне 1,65…1,95 В, управляя таким образом потребляемой мощностью и так-
товой частотой ядра контроллера. Такое сочетание параметров позволяет при-
менять микроконтроллеры ARM9 в самых разных приложениях, в том числе 
для построения низкопотребляющих систем, работающих в режиме реального 
времени. Все микроконтроллеры Atmel семейства ARM9 содержат модуль 
управления памятью (MMU, Memory Management Unit). Этот модуль необхо-
дим для полноценной работы операционных систем класса Linux или Windows. 
Контроллеры поддерживают также работу с сетью Ethernet 10/100. Контролле-
ры могут поддерживать в
нешнюю интерфейсную шину (EBI) – поддержка па-

---

42 
мяти SDRAM, Burst Flash, CompactFlash, SmartMedia и NAND Flash. Поскольку 
при выполнении команд используется кэш-память, то при управлении в реаль-
ном времени могут возникать задержки реакции системы на прерывания (впро-
чем, весьма небольшие).