DALLASSEMICONDUCTORの高速マイクロコントローラー

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DALLAS SEMICONDUCTOR の高速マイクロコントローラー。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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多くの新しい 51 ビットマイクロコントローラー (MK) が販売されています。価格対性能比の点で非常に魅力的です。ただし、開発コストにはMK本体の価格だけでなく、必須となるデバッグツールやソフトウェア（ゼロから開発しない場合）のコストも含まれます。これは、国内開発者の xXNUMX 互換 MK への取り組みを説明しています。

Dallas Semiconductor の「高速」MCU は、ソフトウェアおよびハードウェアに MCS51 と完全な互換性があります。しかし、彼らの可能性ははるかに広いです。これらは、プログラムメモリなしとプログラムメモリありの両方で作成されます。後者は 87 回限り (OTP EPROM)、または繰り返しプログラム可能であり、その場合、消去は紫外線の照射によって実行されます (UV EPROM)。再プログラム可能な MK はアマチュア無線家にとって最大の関心事であるため、この記事ではファミリーの 520 つのメンバー、DS87C530 と DSXNUMXCXNUMX のみを詳細に取り上げます。

MKファミリー「高速」の主な技術的特徴を表に示します。ご覧のとおり、これは機能が異なる 80 つの変更で構成されています。そのため、DS320C80 と DS323C83 には内部 ROM はありませんが、DS520C16 には 87 KB の容量のマスク ROM があり、DS520C87 と DS530C87 には、UV 照射による同じボリュームの 530 回限りのプログラム可能または消去可能な ROM があります。チップ上の外部 RAM は最後の XNUMX つの変更でのみ利用可能で、クロックカレンダーは DSXNUMXCXNUMX でのみ利用可能です。

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パフォーマンス

「高速」マイクロコントローラのパフォーマンスの向上は、そのマシンサイクルが 12C87 のような 51 マシンサイクルではなく、8 マシンサイクルのみで構成されているという事実によるものです。したがって、同じクロック周波数では、最も単純なシングルサイクル命令は、代表的な x5 よりも 51 倍速く DS33xC87xx MC によって実行されます。したがって、最大クロック周波数 520 MHz では、DS87C530 および DS121C87 の実行時間は 51 ns ですが、これは 100C2,5 では周波数 87 MHz でのみ使用可能です。ただし、すべての命令がそれほど速く実行されるわけではありません。平均して、プログラムの速度は約 51 倍向上します。これは、MCU の一部の「高速」命令が XNUMXCXNUMX よりも多くのサイクルを必要とするためです。

プログラムとデータメモリ

オンチッププログラムメモリは、MCU のアドレス空間の下位アドレスを占有します。不正アクセスに対する標準の 0 レベルの保護が提供されます。プログラムカウンタが内部メモリアドレスの最大値を超えると、外部プログラムメモリにアクセスします。この最大アドレスは、ROMSIZE SFR レジスタの 1 ビットを設定することでプログラムで制御できることに注意してください。メモリサイズは 2、4、8、16、XNUMX、または XNUMX KB に設定できます。プログラムの実行中に、内部プログラムメモリからの作業を完全に禁止し、外部プログラムメモリからの作業に切り替えることもできます。

DS87C520/530 チップには、256C87 と同じ方法でアクセスできる標準の 52 バイトの RAM と、追加の 1 KB のメモリの両方が搭載されています。後者には MOVX コマンドを使用してアクセスします。このメモリは、物理的に MK チップ上に配置されているにもかかわらず、外部メモリとして扱われます。アドレス空間では 0000 から 03FF に位置します。 03FF より上のアドレスの外部メモリにアクセスすると、オフチップメモリがあれば自動的に選択されます。前述の 51 キロバイト RAM アレイへのアクセスはプログラムで禁止できます。この場合、外部データメモリへのアクセスは、MCS-XNUMX ファミリのマイクロコントローラで行われるのと同じ方法で実行されます。

MK DS87C520/530 では、外部メモリへのアクセス時間をソフトウェアで調整できます。さらに、オンチップとオフチップの両方の外部メモリにアクセスする場合、MOVX 命令は最低 XNUMX マシンサイクルで実行されます。ただし、「遅い」外部 RAM チップを使用するには、サイクル数が最大 XNUMX まで増加する可能性があります。リセットすると、その数は XNUMX に設定されます。

データポインタ

DPTR0 と呼ばれる標準 DPTR はアドレス 82H および 83H にあり、これにより「高速」MCU は 87C51 と互換性があります。アドレス 84H と 85H にある 1 番目のポインタは、DPTR86 と呼ばれます。特定の DPTR を選択するには、アドレス XNUMXH の SFR レジスタのゼロビットをリセット/セットします。「from」アドレスと「to」アドレスに XNUMX つのポインタを使用することで、ブロック転送を効率的に実行できます。

パワー管理

アイドルおよびパワーダウンに加えて、電源管理モード (PMM) と呼ばれる別の低電力モードがあります。この場合、プロセッサは制限なく動作を継続しますが、クロック周波数を下げることで消費量が削減されます。 16 または 256 倍に削減することが可能です (それぞれモード PMM1 および PMM2)。標準「高速」モードのクロック周波数 11059,2 kHz では、MK は 15,5 mA、PMM1 モードでは 4,8、PMM2 - 4 mA を消費します (後者はアイドルモードの 87C51/52 の消費電力よりもさらに小さいです)プロセッサを停止せずに）。さらに、DS87C520/530 では、2 ～ 4 MHz の周波数で動作する内部発振器をクロックとして使用できます。ただし、示された周波数は不安定であるため、このソリューションは時間間隔の正確な測定が必要なデバイスでは使用できません。

クロック速度を下げると、それに比例してシリアルリンク速度も変化します。「高速」MK では、この欠点を簡単に解消できる技術的ソリューションが実装されています。

ALE 信号が必要ない場合に MK からの電磁放射を減らすために、その生成をプログラムで無効にすることができます。

シリアルポートとタイマー

DS87C520 および DS87C530 には 87C51 と同じシリアルポートが 1.2 つあり、1 つ目はピン P1.3 (RXD1) と P1 (TXD0)、およびレジスタ SCON1 (C1H) と SBUFXNUMX (CXNUMXH) を使用します。両方のポートは同時に機能できますが、同時に異なる速度または異なるモードで動作します。 XNUMX 番目のポートは、ボーレートの設定に最初のタイマー/カウンタのみを使用できます。

互換性を確保するために、検討中の MK のタイマは設定クロックとして 12 分周のクロック周波数を使用しますが、SFR レジスタ CKCON の対応するビットを設定することで、3 分周のクロック周波数に切り替えることもできます。

ウォッチドッグタイマーは、MC がオーバーフローするたびに MC をリセットします。これらのリセットを回避するには、定期的にリセットする必要がありますが、これは正常に動作しているシステムでのみ可能です。ウォッチドッグタイマーはクロックサイクルごとに 17 回インクリメントされます。適切なビットを設定することで、再計算の 20 つの値を設定できます。その結果、オーバーフローするまでのサイクル数は 23 の 26、512、XNUMX、または XNUMX 乗になります。また、タイマーは、リセットの XNUMX クロック前に割り込みフラグを設定します (ソフトウェアによって有効になっている場合)。

低電圧リセット、割り込み、リアルタイムクロック

電源電圧を 4,13 V 未満の値に下げると、MK の対応する内部デバイスがリセット信号を生成し、電圧が指定されたレベルに戻るまで保持されます。これには、追加の外部要素やプログラムの変更は必要ありません。電圧が 4,38 V に低下すると、割り込み信号を生成できます (有効な場合)。

MK DS87C520 および DS87C530 には 87 つの外部割り込みがあります。そのうちの 51 つは 2C4 のものと同様の標準で、もう 3 つは追加です。後者は、割り込み信号のエッジまたは立ち下がりでのみ動作するという点で標準のものとは異なります。INT5 と INT87 ではエッジがアクティブで、INT52 と INTXNUMX では立ち下がりです。タイマー割り込みは XNUMXCXNUMX と同様に処理されます。各タイマーには独自のイネーブルフラグ、ベクトル、および優先順位があります。

MK DS87C530 に搭載されているリアルタイムクロック (RTC) により、現在の時刻、日付、曜日、月、年を保存できます。これを行うには、固有周波数 32,768 kHz の水晶振動子とリチウム電池を適切な方法で MK に接続する必要があります。 RTC には、プログラムされた時間に達したときにアラーム (ALARM) を生成する機能があり、割り込みフラグが有効になっている場合、マイクロ消費モードでも設定されます。

著者: A.ゴルバチョフ、モスクワ

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