16_07.pdf
(
994 KB
)
Pobierz
1265722 UNPDF
eż to potrafisz
afisz
W kilku poprzednich numerach EdW
miałeś okazję dowiedzieć się wielu cie−
kawych informacji na temat układów
mikroprocesorowych, czyli w skrócie
“mikroprocesorów”. Wiesz już że te,
dość złożone w budowie, elementy elek−
troniczne stosowane są powszechnie
w komputerach klasy PC. W nie tak od−
ległej przeszłości wielu użytkowników
sędziwego dziś Spektrusia, Commodora
czy Atari często nie zdawało sobie spra−
wy, że jest posiadaczem mniej czy bar−
dziej skomplikowanego układu mikropro−
cesorowego. Jednak mikroprocesory nie
zostały wynalezione jedynie po to, aby
zadowalać coraz bardziej wymagającego
użytkownika, żądnego maszyn − coraz
szybciej obrabiających dane, chcącego
mieć dostęp do multimedialnych gier zaj−
mujących niebotyczne ilości miejsca na
dysku twardym komputera domowego.
Od samego początku inteligentnych
układów cyfrowych na rynku elektronicz−
nym istniała grupa dość prostych, na
pierwszy rzut oka, mikroprocesorów,
których ewolucja nie potraktowała tak
ostro, jak to miało miejsce w wypadku
rodziny 8086. Jeżeli nie wiesz, co kryje
się pod tą nazwą, przypomnę ci, że ukła−
dy 8086 to prawdziwi “pradziadowie”
procesorów Pentium obecnie masowo
stosowanych w komputerach PC.
Wspomniane układy, będące niejako
oddzielną gałęzią w rodzinie układów
cyfrowych wielkiej skali integracji (po−
dobnie jak “małpy” w teorii Darwina),
przetrwały w niezmiennej postaci od kil−
kunastu lat. Co mogło być powodem te−
go stanu rzeczy? Otóż dzięki architektu−
rze, czyli budowie wewnętrznej tych
układów, okazało się możliwe zastoso−
wanie ich nie tylko w specjalizowanym
sprzęcie komputerowym. Głównym ryn−
kiem zbytu okazali się producenci różne−
go rodzaju sprzętu gospodarstwa domo−
wego, od ekspresów do kawy począw−
szy, poprzez sprzęt radiowo−telewizyjny,
AGD, na motoryzacji skończywszy.
Przy okazji lektury artykułów w EdW
na temat mikroprocesora dowiedziałeś
się, że sam mikroprocesor to nie wszys−
tko. Nasz na pozór inteligentny układ cyf−
rowy bez dołączenia kilku dodatkowych
elementów zewnętrznych: zegara, pa−
mięci, układów wejścia/wyjścia (I/O) po−
trafi niewiele.
I wtedy ktoś wpadł na pomysł
umieszczenia samego mikroprocesora
z wymienionymi układami peryferyjnymi
z jednym układzie scalonym. Tak po−
wstał pierwszy “mikrokontroler” a właś−
ciwie “mikrokomputer jednoukładowy”.
Słowo “mikrokomputer” nie jest by−
najmniej na wyrost, bowiem stworzony
scalak był w istocie kompletnym kompu−
terem tylko że w małym formacie.
W wnętrzu posiadał jakby rdzeń, który
Mikrokontrolery?
To takie proste...
potrafił przetwarzać komendy wydawa−
ne przez programistę; pamięć − w której
mógł przechowywać wyniki obliczeń
oraz układy do komunikacji ze światem
zewnętrznym − czyli tzw. porty . Tak fun−
kcjonalna budowa oraz, co miało nie ma−
łe znaczenie, niska cena mikrokontrole−
ra, utorowała mu drogę do zastosowań
praktycznie wszędzie.
Rysunek 1
Rysunek 1
Widać, że wszystkie urządzenia pery−
feryjne znajdujące się “na zewnątrz”
mikroprocesora, w przypadku mikro−
komputera zostały umieszczone w jed−
nym układzie scalonym. I w tym tkwi
potęga naszych prostych mikrokompute−
rów.
W naszych dalszych rozważaniach,
pomimo że mowa będzie o mikrokompu−
terach jednoukładowych , będziemy za−
miennie używać określeń “mikrokontro−
ler” lub nawet “mikroprocesor”. Zapa−
Rys.1. Mikroprocesor do pracy potrzebuje wielu dodatkowych układów
peryferyjnych, a typowy "mikrokontroler jednoukładowy" ma je wbudowane
w strukturę.
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/97
43
eż to potr
Też to potr
Rysunek 1 obrazuje różnicę między
“mikroprocesorem” a “mikrokompute−
rem” (mikrokontrolerem, jak kto woli).
eż to potrafisz
afisz
miętaj to, żebyś się nie pomylił. Ze
względów stylistycznych będziemy uży−
wać nawet określenia “mikroprocesor”,
choć nie jest to do końca ścisłe. Ale
przecież już wiesz, drogi Czytelniku,
o czym będzie mowa.
I tak niektóre z mikrokontrolerów
wyspecjalizowały się w konkretnych
dziedzinach tak bardzo, że nie potrafiły
znaleźć miejsca gdzie indziej. Najprost−
szym przykładem niech będzie zapo−
mniany już układ zegara MC1206. Któż
z was nie próbował, a przynajmniej nie
słyszał o tym jakże popularnym, szcze−
gólnie na giełdach elektronicznych, ukła−
dzie cyfrowym. Ten “zegarek” był prze−
cież mikrokontrolerem, tylko potrafią−
cym wykonywać określone czynności
związane z pomiarem czasu. Układ oscy−
latora miał, prawda? Pamięć wewnętrz−
ną (np. alarmu) też, wyjścia do sterowa−
nia wyświetlaczami LED (porty I/O) tak−
że, więc teraz mi chyba nie zarzucisz,
drogi Czytelniku, że ta kostka to nie
był prosty ale funkcjonalny mikrokontro−
ler.
Pomyśl teraz, czy mając te wszystkie
elementy składowe, zamiast np. wy−
świetlaczy LED nasza kostka MC12...
mogłaby pracować w roli programatora
do pralki automatycznej. Niestety,
w czasach PRLu nikt o o tym nie pomyś−
lał, a w każdym razie nie doczekano się
wdrożenia takiego układu. Powstał nato−
miast prymitywny, elektromechaniczny
programator, którego kolejny, regenero−
wany egzemplarz pracuje w 20−letniej
pralce autora (używanej raczej ze wzglę−
dów sentymentalnych).
Przykładów może być wiele, my jed−
nak zajmiemy się jednoukładowcami
bardziej uniwersalnymi z twego punktu
widzenia − takimi , które będziesz sam
mógł “zmusić” do wykonywania okreś−
lonych czynności w zbudowanym przez
ciebie układzie.
Będziesz mógł zrobić sobie swój
własny MC1206, lecz np. z 25 alarmami,
ze sterowaniem 4 przekaźnikami, stope−
rem. W przypływie nudy wykorzystasz
ten sam układ scalony − mikrokontroler
i zbudujesz z pomocą kilku dodatkowych
elementów dyskretnych miernik częs−
totliwości lub licznik obrotów silnika do
twego samochodu. Wreszcie dając
upust narastającej górze pomysłów wy−
korzystasz mikrokontroler do budowy
przemyślnego systemu alarmowego ze
zdalnym sterowaniem wszystkich funk−
cji w twoim mieszkaniu: od gaszenia
światła począwszy, na sygnalizacji prze−
cieku wody lub gazu skończywszy.
Za trudne? Nic podobnego, znam to
z autopsji. W czasach szkoły średniej (la−
ta 80), nie miałem zielonego pojęcia
o mikroprocesorach, nie mówiąc o tym,
że kupienie odpowiedniej kostki było nie
tylko lada trudnością ale i... głupotą ze
względu na kompletny brak jakiejkolwiek
literatury na temat projektowania ukła−
dów z wykorzystaniem mikroproceso−
rów. Moją pasją była technika cyfrowa
czyli najczęściej sklecanie z wielu kostek
TTL czy CMOS jakiegoś sensownie dzia−
łającego układu, który często po dłuż−
szym lub krótszym okresie czasu odcho−
dził do lamusa, czyli krótko mówiąc koń−
czył w kartonie z innymi elektronicznymi
śmieciami, czekając, że może któraś
z kostek przyda się w przyszłości.
I wtedy pojawił się ON − mikrokompu−
ter jednoukładowy. Oczarował mnie bar−
dziej niż poczciwy PC XT, ze względu na
swoją prostotę i możliwość wielu zasto−
sowań.
Tak zamieniłem płytkę drukowaną ze−
gara o wymiarach 20x30 cm z kilkuna−
stoma układami scalonymi (całość pobie−
rała ponad 0,5A prądu) na zgrabny układ
mieszczący się w niewielkiej i estetycz−
nej obudowie wielkości dużego pudełka
po zapałkach. Rodzina i ja byli dumni i za−
dowoleni z urządzenia, które funkcjonal−
nością a zarazem wielkością wyświetla−
czy konkurowało z tymi oferowanymi
w ówczesnych czasach na rynku.
A potem sprawy potoczyły się szy−
bko, po kolei na warsztat poszedł mój
pierwszy amplituner z RADMORu,
potem wymieniłem wnętrzności
w zegarze akwariowym, także nieod−
wracalnej modyfikacji uległa moja,
z trudem kupiona, “szuflada” z DIO−
RY. I wszystko spisuje się do dziś
dzień znakomicie!
Jeżeli w tym momencie, drogi Czytel−
niku, pomyślisz: No tak, tylko mikropro−
cesor, a co zrobić z szufladą niepotrzeb−
nych TTLi i CMOSów?. Odpowiem ci:
zatrzymaj je wszystkie. Układy mikropro−
cesorowe nie kończą się na... mikropro−
cesorach! Twoje zapasy z pewnością zo−
staną z pożytkiem wykorzystane, bar−
dziej racjonalnie i ekonomicznie zara−
zem, w wielu układach elektronicznych
jako peryferia samego mikrokontrolera.
Po tych kilku westchnięciach za mi−
nioną epoką wróćmy jednak do konkre−
tów na temat mikrokomputerów jedno−
układowych. Jak powiedziałem wcześ−
niej, układy te istnieją do dziś, a ich róż−
norodność i możliwości zastosowań są
nieograniczone.
Obecnie istnieje kilka rodzin tych ukła−
dów, których producentami są najwięk−
sze koncerny elektroniczne na świecie.
44
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/97
eż to potr
Też to potr
eż to potrafisz
afisz
W mikroprocesorowym światku najbar−
dziej znani producenci to:
− Microchip, ze swoją rodziną “jednouk−
ładowców” PIC...
− Motorola, lansująca układy 8,16 i 32−
bitowych mikrontrolerów jednoukłado−
wych
− Intel, produkujący bodaj najbardziej
popularne procesory serii 8051...
− Zilog, producent nowoczesnych kont−
rolerów jednoukładowych − następców
poczciwego Z80 (wykorzystywanego
w produkcji sędziwych ZX81, ZX Spec−
trum)
− SGS−Thompson z rodziną ST62.
Istnieje także kilka innych firm, które
na bazie licencji opracowały mutacje
tych procesorów, wyposażając je w wie−
le dodatkowych bloków funkcjonalnych,
zachowując przy tym pełną kompatybil−
ność ze swymi pierwowzorami. Do nich
z pewnością należy zaliczyć Philipsa, Sie−
mesa oraz dwie amerykańskie firmy:
Dallas oraz Atmel, które w ostatnich la−
tach zaskoczyły projektantów kilkoma
udanymi wersjami najbardziej popular−
nych mikrokontrolerów jednoukłado−
wych.
Do zastosowań amatorskich (a nawet
w pełni profesjonalnych) najbardziej pra−
ktyczne są mikroprocesory 8−bitowe.
Wersje 16 i 32 bitowe są po prostu za
dobre, a także za drogie jak na potrzeby
domowego czy szkolnego laboratorium.
Wśród popularnych “8−bitowców” do
niedawna prym wiodły Z80, niestety ze
względu na ograniczone możliwości ob−
sługi urządzeń peryferyjnych (wejścia/
wyjścia) bez konieczności stosowania
dodatkowych układów scalonych rodzi−
ny Z80 słuch praktycznie o nich zaginął.
Obecnie najbardziej popularne mikrokon−
trolery to kostki PIC (Microchip) oraz ro−
dzina MCS−51, czyli procesory oparte
o układ 8051.
I właśnie te ostatnie, drogi Czytelni−
ku, zostaną opisane w kolejnych nume−
rach EdW.
Dlaczego akurat te? Odpowiedź jest
prosta. Po pierwsze: są to najłatwiej do−
stępne i najtańsze (w stosunku ceny do
możliwości) układy mikroprocesorowe
na rynku. Po drugie, wszędzie roi się od
shareware’owych programów na ich te−
mat, a na naszym rynku zaczęły się poja−
wiać podręczniki podejmujące temat
mikrokontrolerów 8051 i pochodnych.
Wreszcie dostępność w miarę tanich na−
rzędzi do wspomagania projektowania
przeważyła na ich korzyść. Tylko nie
myśl od razu, że w cyklu poświęconym
8051 będziemy cię zmuszać do kupowa−
nia komputera, programów czy nawet
książek. Nie! Do zaznajomienia się
z możliwościami tych procesorów nie
będzie ci nawet potrzebny komputer!
Tak, to jest możliwe.
Przyjrzyjmy się teraz, co zawiera typo−
wy przedstawiciel rodziny MCS−51 − mik−
rokomputer jednoukładowy 8051 (rys.
2). Jak widać, w jednej kostce zawarto
wszystkie niezbędne do pracy układy,
toteż wystarczy dosłownie kilka biernych
elementów zewnętrznych aby ruszyć do
pracy. Ale jakiej? O tym dowiesz się
w kolejnej części naszego cyklu o 51−ce.
W jednym układzie scalonym zawar−
czyli program. W tym ostatnim przypad−
ku często wewnętrzna pamięć ROM jest
wtedy nieaktywna, lub nie ma jej wcale,
ale o tym później.
Na rynku istnieje kilka podstawowych
wersji procesora 8051. Wszystkie one
maja takie same wewnętrzne bloki funk−
cjonalne, różnica polega na rodzaju pa−
mięci programu − czyli pamięci stałej
z której mikrokontroler pobiera rozkazy.
Jak wiesz, wśród pamięci stałych
ROM najbardziej popularne są pamięci
EPROM (programowane elektrycznie,
kasowane promieniami UV) głównie ze
względu na ich cenę. Rzadziej stosowa−
ne są pamięci ROM progamowane przez
producenta lub pamięci EPROM/OTP
(OTP − One Time Programmable) − czyli
jednokrotnie programowane pamięci EP−
ROM (jednokrotnie − bo nie ma możli−
wości ich kasowania promieniami UV, co
jest wynikiem braku okienka kwarcowe−
go w obudowie pamięci).
Ostatnio coraz większą popularność
zdobywają pamięci EEPROM, czyli pa−
mięci które można programować jak i ka−
sować elektrycznie. Przy stosowaniu
pamięci EEPROM odpada konieczność
stosowania kłopotliwych i często dro−
gich kasowników pamięci EPROM (z
lampą ultrafioletową, a pamięć można
programować wielokrotnie, nawet 100
tysięcy razy.
W różnych wersjach procesorów
8051 stosuje się różne, wymienione
wcześniej typy pamięci programu. Tak
więc mamy mikrokontrolery w wersji
ROM, OTP, EPROM, wreszcie EEPROM
oraz wersje pozbawione pamięci progra−
mu w ogóle, przystosowane do pracy
z dołączoną z zewnątrz dowolną pamię−
cią programu.
I tak. w zależności od wbudowanej
w układ mikrokontrolera 8051 pamięci
to:
− rdzeń mikroprocesora CPU z 8−bitową
jednostką arytmetyczno−logiczną (ALU),
zdolna do wykonywania obliczeń na
liczbach 8−bitowych;
− uniwersalne dwukierunkowe porty
wejścia/wyjścia, do komunikowania
się ze światem zewnętrznym po po−
przez zapisywanie do nich jak i odczyt
przez nie danych cyfrowych (w niektó−
rych odmianach 8051 z wbudowanymi
przetwornikami A/C i C/A, także wiel−
kości analogowych;
− programowany szeregowy port trans−
misji dwukierunkowej, który może np.
służyć do komunikowania się z dowol−
nym komputerem wyposażonym
w złącze RS232C;
− dwa (w innych wersjach 3) uniwersal−
ne liczniki/timery, do dowolnego wy−
korzystania;
− układ generowania przerwań systemo−
wych, zawierający także możliwość
generowania przerwań zewnętrznych;
− układ wewnętrznego oscylatora, który
ogranicza do minimum konieczność
stosowania zewnętrznych elementów
do pojedynczego rezonatora kwarco−
wego oraz dwóch dodatkowych kon−
densatorów ceramicznych;
− wreszcie pamięć do przechowywania
danych i wyników obliczeń: RAM;
− oraz wewnętrzna pamięć typu ROM,
w której zawarty jest program działa−
nia mikrokontrolera.
Program działania jest tworzony przez
konstruktora w procesie tworzenia apli−
kacji, a następnie jest zapisywany za po−
mocą programatora w strukturę mikro−
kontrolera. Ponadto mikroprocesor 8051
posiada możliwość dołączenia z ze−
wnątrz dodatkowych układów pamięci
statycznych RAM (do przechowywania
danych) oraz pamięci EPROM/ROM
z której może odczytywać polecenia −
Rys. 2. Mikrokomputer 8051.
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/97
45
eż to potr
Też to potr
eż to potrafisz
afisz
programu, producenci ustalili w miarę
jednolite i przejrzyste symbole, których
znajomość (na razie teoretyczna) z pew−
nością przyda się w późniejszych zaku−
pach tych kostek.
W tabeli 1
Tabela 1
Symbol handlowy Opis
Opis
80C51
wersja z wewnętrzną pamięcią programu typu ROM, której
zawartość jest nieznana z naszego punktu widzenia, toteż układ
możemy wykorzystać do pracy tylko z dołączona zewnętrzną
pamięcią np. EPROM do której zapiszemy nasz program (wtedy
pamięć ROM jest wyłączona − nieaktywna)
tabeli 1 zestawiono oznaczenia
mutacji procesora 8051, oraz krótką cha−
rakterystykę zastosowanej pamięci pro−
gramu. Literka “C” w nazwie każdego
z nich oznacza, że każdy układ wykonany
jest w wersji CMOS. Niegdyś dość po−
pularne były wersje HMOS (bez literki C,
np. 8031), lecz jest to przeszłość, toteż
nie będziemy się nimi zajmować.
Jeżeli przez przypadek natrafisz, np.
w BOMISie, na układ w wersji HMOS
i możesz go nabyć za grosze, skorzystaj
i kup go. Taki układ jest identyczny jak
w wersji CMOS, lecz będzie pobierał
więcej prądu podczas pracy, co często
nie jest problemem.
Ze względu na rzadkość takich sytua−
cji, w swoich rozważaniach będziemy
podawać dane i parametry techniczne
dotyczące układów 8051, wykonanych
w wersji CMOS.
Podane w tabeli wersje procesorów
80C51 i 80C52 to typowe “odpady” pro−
dukcyjne wielkich koncernów produkują−
cych sprzęt elektroniczny. “Odpady” to
nie znaczy bezwartościowe lub wybrako−
wane. W pamięci wewnętrznej układu
8051 producent zapisał jakiś program dla
konkretnego odbiorcy (np. wytwórcy
pralek automatycznych). Kostki te nie
zostały jednak sprzedane temu odbiorcy.
Dla ciebie wpisany program jest bezuży−
teczny. Ale, jak wspomniałem wcześ−
niej, mikrokontrolery rodziny 8051 mają
możliwość pracy z wbudowaną lub ze−
wnętrzną pamięcią programu. Jeżeli de−
cydujemy się na wykorzystanie tej dru−
giej możliwości, pamięć wewnętrzną
tabeli 1
80C31
wersja procesora bez wewnętrznej pamięci programu.
Mikrokontroler w tej wersji może pracować tylko z dołączoną
zewnętrzną pamięcią jak dla 80C51.
87C51
wersja z wbudowaną pamięcią EPROM. Obudowa
mikroprocesora posiada okienko kwarcowe, dzięki któremu
możliwe jest kasowanie zawartości tej pamięci , co umożliwia
wielokrotne programowanie całego układu.
89C51
najnowsza wersja procesora z kasowaną elektrycznie pamięcią
EEPROM. Ponieważ w tej wersji cała pamięć programu
EEPROM może być kasowana bardzo szybko − za pomocą tylko
1 impulsu, procesory w tej wersji nazywa się typu “Flash” (czyt.
“flesz”)
80C52
jest to procesor identyczny z 8051 tyle że posiada dodatkowy
trzeci programowalny licznik/timer (nazywany jako “T2”) i dwa
razy więcej pamięci RAM (256B) . Reszta jak dla 80C51 − patrz
wyżej.
80C32
jak dla 80C31 z uwzględnieniem “T2”i RAM
87C52
jak dla 87C51 z uwzględnieniem “T2”i RAM
89C52
jak dla 89C51 z uwzględnieniem “T2”− RAM
można fizycznie odłączyć − poprzez zwar−
cie do masy odpowiedniego wyprowa−
dzenia mikrokontrolera 8051. W takiej
aplikacji można zatem użyć wersji 80C31
− bez wewnętrznej pamięci programu,
lub bardzo taniej (nazwanej wcześniej
“odpadową”) wersji 80C51. W obu przy−
padkach działanie układu będzie takie sa−
me. Ze względu na ogromną różnicę
w cenie tych dwóch wersji, powinieneś
używać tańszej kostki 80C51. Zapytasz
pewnie: To po co w ogóle na rynku są
wersje 80C31, skoro można użyć 80C51
po niższej cenie? Otóż pamięć pobiera
prąd − różnica polega na poborze prądu
przez te układy. Jednak różnica ta wyno−
si zaledwie kilka mA, toteż w naszych za−
stosowaniach nie ma to żadnego znacze−
nia.
W następnym odcinku przyjrzymy się
temu, co “ wystaje” z mikroprocesora −
czyli wyprowadzeniom i ich znaczeniu
dla układu samego mikrokontrolera.
Sławomir Surowiński
Sławomir Surowiński
E
RRARE
H
UMANUM
E
ST
W EdW 2/97 oprócz kilku literówek znaleźliście następujące drobne błędy:
·
Na str. 12 tytuł powinien brzmieć: “Aplikacje wzmacniaczy operacyjnych”.
·
W tym samym artykule na str. 13 na rys. 1 należy zamienić znaczki + − w układzie wzmacniacza U1B. Górny tranzystor
(BD281) powinien mieć oznaczenie T2, tak jak na płytce.
·
W artykule “Układ głośnomówiący MC34018” (str. 19) na rys. 4 końcówka RLI ma numer 7, a Vcc − 20.
·
Strona 24. Już drugi raz nie zmieniliśmy roku: nie da się ukryć, że mamy rok 1997.
·
W ”Kąciku elektronika amigowca” na str. 32 (szpalta 1 wiersz 12) zamiast “rozładowuje”, należy wpisać − ”ładuje”, zaś na
rys. 7a odwrotnie narysowano diodę zabezpieczającą optotriak. Na str. 33 na rys. 12. zamiast wyjścia powinno być − we−
jścia. Na str. 34 na rys. 14 zamiast 470k
W
powinno być 470
W
.
·
W ”Prostym odbiorniku nasłuchowym KF” (str. 44) na rys. 2 układ scalony U1 to UL1202, jak podano w spisie elemen−
tów.
·
W artykule “Pierwsze kroki w cyfrówce” (str. 53) na rys. 2 (przekaźnikowa bramka AND) wyjście powinno być dołączone
do styku “normalnie otwarty”, a nie “normalnie zwarty” dolnego przekaźnika. Zaś na rys. 6 (tranzystorowa bramka NOR)
brak kropki nad środkowym tranzystorem.
Drobną nagrodę−niespodziankę otrzymuje Kazimierz Znojek z Rudy Śląskiej.
46
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/97
eż to potr
Też to potr
Symbol handlowy
Plik z chomika:
ryszard9922
Inne pliki z tego folderu:
01_03.pdf
(4144 KB)
01_02.pdf
(3229 KB)
01_01.pdf
(1977 KB)
01_08.pdf
(3497 KB)
01_07.pdf
(2238 KB)
Inne foldery tego chomika:
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin