• Модули аналого-цифрового преобразователя для считывания и оцифровки входных аналоговых сигналов.
• Модули цифро-аналогового преобразователя для формирования выходных аналоговых сигналов.
Модули специализированного интерфейса для управления многоразрядными жидкокристаллическими индикаторами (ЖКИ).
Такое использование дополнительных ресурсов кристалла привело к появлению в конце 70-х годов первых микроконтроллеров. К примеру, микроконтроллер Motorola 6801 (35 000 транзисторов), разработанный специально для использования в автомобилях, был построен на базе существующего микропроцессора 6800. Этот микроконтроллер имел ПЗУ программ объемом 2048 байт, ОЗУ данных объемом 128 байт, 29 линий ввода/вывода и 16-битный таймер. После того как микроконтроллеры доказали свою жизнеспособность, все ведущие производители микропроцессоров выпустили на рынок различные семейства микроконтроллеров. Каждое из этих семейств базировалось на определенном ядре, при этом различные представители одного и того же семейства отличались набором периферийных устройств. Например, в семействе 68НС11 компании Motorola (дальнейшее развитие микроконтроллера 6801) было использовано слегка модернизированное ядро 6800. Семейства 68НС12 и 68НС16 имели уже 16-битные ядра, которые, однако, обеспечивали совместимость с предыдущим 8-битным семейством 68НС11. Вскоре выяснилось, что во многих встраиваемых приложениях вовсе не требуются все вычислительные возможности древнего ядра 6800, поэтому было выпущено новое семейство 68НС05[69], представители которого имели значительно урезанное ядро и, соответственно, меньшую стоимость. Как это ни удивительно, но 4-битные микроконтроллеры, такие как TMS1000 компании Texas Instruments, лидировали по объему продаж среди всех остальных разновидностей процессоров вплоть до начала 90-х (и до сих пор продолжают пользоваться устойчивым спросом). Похоже, что и 8-битным микроконтроллерам, ставшим в последнее время наиболее популярными, в обозримом будущем уготована та же судьба. Кстати говоря, процессор 14500 компании Motorola вообще был однобитным!
В основе всех этих микропроцессоров и микроконтроллеров лежала фон-неймановская архитектура, используемая в универсальных ЭВМ. Альтернативная гарвардская архитектура впервые возродилась в микропроцессоре 8X300 компании Signetics, который в середине 70-х был приспособлен компанией General Instruments для работы в качестве периферийного интерфейсного контроллера (Peripheral Interface Controller — PIC). Компания собиралась использовать этот контроллер как программируемый порт ввода/вывода для своего 16-битного микропроцессора СР1600. После того как в 1988 году компания General Instruments продала свое подразделение интегральных микросхем молодой компании, названной Arizona Microchip Technology, это устройство вновь появилось на свет, но уже в виде самостоятельного микроконтроллера. Именно данному семейству микроконтроллеров и посвящена оставшаяся часть книги.
Пример 3.1
Контроллер теплицы должен контролировать аналоговый сигнал от датчика влажности почвы и, если его величина ниже некоторого порогового значения, открывать водяной клапан на пять секунд с последующей 5-секундной паузой. В резервуаре с водой имеется поплавковый датчик, который замыкает контакты при снижении уровня воды ниже порогового значения. В этом случае должен включаться звуковой сигнализатор для индикации тревоги.
Можете ли вы придумать систему на базе микроконтроллера, реализующую указанные функции?
Решение
В решении, приведенном на Рис. 3.9, используется автомобильный одометр с Рис. 3.8. Единственным новым периферийным устройством является аналоговый порт, используемый для считывания и оцифровки аналогового сигнала отдатчика влажности почвы. В основе работы этого датчика лежит зависимость сопротивления почвы от ее влажности. Электроды датчика, включенные последовательно с постоянным резистором, образуют делитель напряжения, выходное напряжение которого будет меняться в зависимости от влажности почвы. Микроконтроллер может преобразовать это аналоговое напряжение в соответствующий цифровой код, который затем будет сравниваться в программе с предустановленным значением. Также порт ввода может представлять собой обыкновенный аналоговый компаратор, формирующий на выходе лог. 1 или лог. 0, если входное напряжение превышает определенное значение, которое может задаваться программно.
Рис. 3.9. Климатический контроллер теплицы
Глядя на Рис. 3.9, мы можем оценить требуемые ресурсы:
69
Микроконтроллеры семейства 68НС05 прочно обосновались в нише процессоров для смарт-карт, где производительность является не самым важным параметром.