Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2002 №1

Семейства х51 микроконтроллеров фирмы Cygnal

Николайчук Олег


Читатель журнала, интересующийся микропроцессорной и микроконтроллерной техникой, наверняка знает, как динамично развивается современная элементная база. Еще совсем недавно пресса восхищалась новыми микроконтроллерами фирм Atmel и Microchip. И вот на рынке появились новые мощные микроконтроллеры от фирмы Cygnal.

Мощные микроконтроллеры от фирмы Cygnal продолжают развитие ставших промышленным стандартом de facto микроконтроллеров семейства х51. В то же время они содержат на кристалле много очень полезных подсистем, которые превращают старый добрый микроконтроллер серии х51 в мощную высокоинтегрированную систему обработки сигналов. Но об этом немного позже. Прежде следует сказать несколько слов о фирме-производителе.

Полное название компании — Cygnal Integrated Products, Inc. Это молодая компания, которая была основана в марте 1999 года. Ее стартовый капитал составил 16 млн долларов, и организована она была на инвестиции ряда известных компаний: Austin Ventures, Jato Tech, Sanyo Semiconductor, Cirrus Logic. Фирма расположена в столице штата Техас, городе Austin. Направлением деятельности является разработка, производство и распространение однокристальных высокоинтегрированных систем обработки данных, состоящих из эффективных аналого-цифровых узлов, высокопроизводительного ядра х51 и Flash-памяти.

Организовали фирму Cygnal три известных и опытных личности:

Derrell C. Coker — президент и руководитель исполнительного офиса компании. До марта 1999 г. он девять лет работал в Benchmarq Microelectronics, а также был вице-президентом Dallas Semiconductor и главным менеджером в Mostek Corporation;
Donald E. Alfan — вице-президент по маркетингу продаж. До этого был директором по маркетингу на TelCom Semiconductor и Dallas Semiconductor;
Douglas R. Holberg — доктор наук, вице-президент по инженерии и руководитель технического руководства. Он является видным специалистом в области создания смешанных аналого-цифровых узлов на CMOS. До начала своей деятельности в фирме Cygnal он был директором по изображениям и видеопродуктам на Crystal Semiconductor — Cirrus Logic.

Такой опытный и известный состав руководства позволил за неполные три года существования фирмы разработать и выпустить на рынок четыре новых семейства х51-совместимых микроконтроллеров [1].

Первое семейство микроконтроллеров С8051F00x — C8051F01x

Первое семейство насчитывает 12 типов микроконтроллеров, отличающихся производительностью, объемом встроенной оперативной памяти IRAM, типом корпуса и некоторыми другими параметрами. Все характеристики этого семейства микроконтроллеров приведены в таблице 1.Рассмотрим основные особенности этого семейства.

Рис. 1. Структура микроконтроллера первого семейства C8051F000

Все микроконтроллеры этого семейства имеют развитые узлы аналогового ввода-вывода. На кристалле имеется аналого-цифровой преобразователь ADC с разрядностью 12 или 10 бит, оснащенный программно-управляемыми входным усилителем и аналоговым мультиплексором. Для входного усилителя может быть программно установлен коэффициент усиления, равный 16, 8, 4, 2, 1 или 0,5. Аналоговый мультиплексор на 8 или 4 входа может быть настроен как однополярный или с дифференциальным входом. Аналого-цифровой преобразователь не имеет «пропущенных» кодов и имеет погрешность ±1 младший разряд. Имеется возможность генерации прерываний при изменении значения аналогового сигнала. Кроме этого, имеется интегрированный датчик температуры, позволяющий измерять температуру кристалла с точностью ±3 °С.Все микроконтроллеры этого семейства имеют два быстродействующих (время установления 10 мкс) цифро-аналоговых 12-разрядных преобразователя DAC с выходом по напряжению.

Имеется также 2 или 1 аналоговый компаратор с 16 значениями программно устанавливаемого гистерезиса. Они могут быть настроены на формирование сигнала сброса или прерывания.

Кроме того, имеется встроенный источник опорного напряжения на 2,4 В.Все микроконтроллеры работают от источника питания 2,7–3,6 В. Потребляемый ток не превышает 10 мА при частоте 20 МГц (12 мА при частоте 25 МГц). Все микроконтроллеры имеют встроенный монитор контроля питания (супервизор).

Важным преимуществом этого семейства является развитая встроенная система отладки программного обеспечения, так называемая JTAG. При наличии фирменного программно-аппаратного обеспечения (стоимостью 99$) система обеспечивает отладку программ по точкам останова, в пошаговом режиме, в режиме останова по истечении заданного времени. При этом имеется возможность проверки и модификации значений памяти и регистров.

Все микроконтроллеры имеют высокопроизводительное х8051-совместимое ядро, 70 % инструкций выполняются за 1 или 2 системных такта. Ядро оснащено развитой системой прерываний (до 22 источников).

Характеристики памяти и портов ввода/вывода приведены в таблице. Flash-память всех микроконтроллеров программируется внутрисхемно. Следует подчеркнуть, что все входы и выводы совместимы с внешними 5-вольтовыми микросхемами. Набор периферии (таймеры, интерфейсы) также приведен в таблице. Примечательно, что в набор входит охранный таймер WDT. На кристалле имеется программируемый встроенный генератор 2–16 МГц. Микросхема может программироваться на работу с кварцевым резонатором, времязадающей RC-цепочкой, только конденсатором или внешним генератором — причем переключение между режимами возможно в ходе выполнения программы. Все микросхемы имеют режимы энергосбережения.

Подробно с параметрами и режимами работы микроконтроллеров этого семейства можно ознакомиться в документе [2], кратких справочных листах (имена которых образуются добавлением к типу микроконтроллера short.pdf, например С8051F002_short.pdf) и на многочисленных примерах на сайте производителя [1].

На рис. 1 в качестве примера приведена структура микроконтроллера C8051F000 [3].

Второе семейство микроконтроллеров С8051F02x

Второе семейство насчитывает всего 4 типа микроконтроллеров, отличающихся от первого семейства наличием второго быстродействующего аналого-цифрового преобразователя, большим объемом встроенной оперативной памяти IRAM и Flash-памяти программ, наличием двух последовательных интерфейсов UART, типом корпуса и некоторыми другими параметрами. Все характеристики этого семейства микроконтроллеров приведены в таблице 2.

Второе семейство микроконтроллеров более мощное, чем первое.Как и в первом семействе, на кристалле имеется аналого-цифровой преобразователь ADC с разрядностью 12 или 10 бит, оснащенный программно-управляемыми входным усилителем и аналоговым мультиплексором. Его параметры и возможности такие же, как и у первого семейства.

Кроме того, на кристалле имеется второй высокопроизводительный восьмиразрядный ADC, оснащенный программно-управляемыми входным усилителем и аналоговым мультиплексором. Для входного усилителя может быть программно установлен коэффициент усиления, равный 4, 2, 1 или 0,5. Аналоговый мультиплексор имеет 8 входов.

Как и в первом семействе, все микроконтроллеры имеют два быстродействующих 12-разрядных DAC и 2 аналоговых компаратора, а также встроенный источник опорного напряжения на 2,4 В. Все микроконтроллеры работают от источника питания 2,7–3,6 В. Потребляемый ток не превышает 10 мА при частоте 25 МГц. Все микроконтроллеры имеют встроенный монитор контроля питания (супервизор). Важным преимуществом этого семейства является более развитая встроенная система отладки программного обеспечения, так называемая «JTAG DEBUG & BOUNDRY SCAN». При наличии фирменного программно-аппаратного обеспечения (стоимостью $129) система обеспечивает отладку программ по точкам останова, в пошаговом режиме, в режиме останова по истечении заданного времени. При этом имеется возможность проверки и модификации значений памяти и регистров.

Все микроконтроллеры имеют высокопроизводительное х8051-совместимое ядро, 70 % инструкций выполняются за 1 или 2 системных такта. Ядро оснащено развитой системой прерываний (до 22 источников).

Характеристики памяти и портов ввода-вывода приведены в таблице. Flash-память всех микроконтроллеров программируется внутрисхемно. Следует подчеркнуть, что все входы и выводы совместимы с внешними пятивольтовыми микросхемами. Кроме того, имеется высокопроизводительный параллельный интерфейс с внешней памятью (до 5 Мб/с). Набор периферии (таймеры, интерфейсы) также приведен в таблице. В отличие от предыдущего семейства имеется два универсальных последовательных порта UART. В состав входит также охранный таймер WDT. На кристалле имеется программируемый встроенный генератора 2–16 МГц. Микросхема может программироваться на работу с кварцевым резонатором, времязадающей RC-цепочкой, только конденсатором или внешним генератором — причем переключение между режимами возможно в ходе выполнения программы. Все микросхемы имеют режимы энергосбережения.

Рис. 2. Структура микроконтроллера второго семейства C8051F020

Подробно с параметрами и режимами работы микроконтроллеров этого семейства можно ознакомиться в документе [4], кратких справочных листах и примерах по применению[1].На рис. 2 приведена структура микроконтроллера C8051F020 [5].

Третье семейство микроконтроллеров С8051F2хx

Третье семейство насчитывает 7 типов микроконтроллеров, основные характеристики которых приведены в таблице 3.Как видно из таблицы 3, это семейство микроконтроллеров менее мощное, чем первое. Только в четырех микросхемах имеется ADC, зато с большим числом входов мультиплексора. Только в одной модели имеется программно-управляемый входной усилитель и разрядность ADC равна 12 битам. Остальные ADC — восьмиразрядные. Во всех моделях, имеющих аналоговый мультиплексор, переопределение входов можно производить в ходе выполнения программы.

Все микроконтроллеры работают от источника питания 2,7–3,6 В. Потребляемый ток не превышает 9 мА при частоте 25 МГц. Все микроконтроллеры имеют встроенный монитор контроля питания (супервизор).

Микроконтроллеры этого семейства имеют обычный JTAG (как у первого семейства). При наличии фирменного программно-аппаратного обеспечения (стоимостью 99$) система обеспечивает отладку программ по точкам останова, в пошаговом режиме, в режиме останова по истечении заданного времени. При этом имеется возможность проверки и модификации значений памяти и регистров. Все микроконтроллеры имеют высокопроизводительное х8051-совместимое ядро, 70 % инструкций выполняются за 1 или 2 системных такта. Ядро оснащено развитой системой прерываний (до 21 источников).

Рис. 3. Структура микроконтроллера третьего cемейства C8051F220

Характеристики памяти и портов ввода-вывода приведены в таблице. Flash-память всех микроконтроллеров программируется внутрисхемно. Все входы и выводы совместимы с внешними пяти-вольтовыми микросхемами. Набор периферии (таймеры, интерфейсы) также приведен в таблице (в состав входит охранный таймер WDT). На кристалле имеется программируемый встроенный генератор 2–16 МГц. Микросхема может программироваться на работу с кварцевым резонатором, времязадающей RC-цепочкой, только конденсатором или внешним генератором, причем переключение между режимами возможно в ходе выполнения программы. Все микросхемы имеют режимы энергосбережения.

Рис. 4. Структура микроконтроллера четвертого семейства C8051F300

Подробно с параметрами и режимами работы микроконтроллеров этого семейства можно ознакомиться в документе [6], кратких справочных листах и примерах по применению [1].На рис. 3 приведена структура микроконтроллера C8051F220 [7].

Четвертое семейство микроконтроллеров С8051F3хx

Четвертое семейство насчитывает всего 4 типа микроконтроллеров, зато это, пожалуй, самые маленькие из х51-совместимых микроконтроллеров. Эти микроконтроллеры имеют оригинальный корпус с размерами всего 3 3 мм и 11 выводами (рис. 5). Основные характеристики этого семейства приведены в таблице 4.Четвертое семейство содержит уникальные малогабаритные микроконтроллеры. Два микроконтроллера имеют восьмиканальные восьмиразрядные ADC.

Рис. 5. Корпус микроконтроллера четвертого семейства

Все микроконтроллеры работают от источников питания 2,7–3,6 В. Потребляемый ток не превышает 5,8 мА при частоте 25/20 МГц. Все микроконтроллеры имеют высокопроизводительное х8051 — совместимое ядро, 70 % инструкций выполняются за 1 или 2 системных такта. Ядро оснащено системой прерываний.Микроконтроллеры этого семейства имеют встроенную систему отладки.

Характеристики памяти и портов ввода-вывода приведены в таблице. Flash-память всех микроконтроллеров программируется внутрисхемно. Следует подчеркнуть, что все входы и выводы совместимы с внешними пятивольтовыми микросхемами. Набор периферии (таймеры, интерфейсы) также приведен в таблице (в состав входит также охранный таймер WDT).

На кристалле имеется непрограммируемый встроенный генератор на 25 (300, 301) или 20 (302, 303) МГц. Из-за этого работа UART для моделей 300, 301 (25 МГц) допускает вероятность 2 % ошибки.

Подробно с параметрами и режимами работы микроконтроллеров этого семейства можно ознакомиться в документе [8], кратких справочных листах и примерах по применению [1].На рис. 4 приведена структура микроконтроллера C8051F300 [9].

Заключение

Описанные в данной статье микроконтроллеры компании Cygnal являются мощными интегрированными системами сбора и обработки аналоговых сигналов, в которых высокопроизводительное и «традиционное» ядро микроконтроллеров семейства х51 удачно сочетается с аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми узлами с входными мультиплексорами и программируемыми усилителями. Микросхемы оснащены достаточно большими объемами Flash-памяти с внутрисхемным программированием, а многие из них — еще и достаточно большим объемом встроенной оперативной памяти. Пониженное напряжение питания обеспечивает малые токи потребления при достаточно высоких тактовых частотах, но это никак не сказывается на стыковке этих микросхем с традиционными пятивольтовыми микросхемами. Некоторые представители этих семейств являются практически завершенными микроконтроллерными системами с очень широким спектром применений.

Литература

  • http://www.cygnal.com
  • c8051fxxx.pdf
  • c8051f000_short.pdf
  • c8051f02x.pdf
  • c8051f020_short.pdf
  • c8051f2xx.pdf
  • c8051f220_short.pdf
  • c8051f3xx.pdf
  • c8051f300_short.pdf

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке