Выбор элементной базы

1.3.2 Выбор элементной базы

Описание и общие сведения о микроконтроллере К1816ВЕ751

Восьмиразрядные высокопроизводительные однокристальные микроЭВМ (ОМЭВМ) семейства МК51 выполнены по высококачественной п-МОП технологий (серия 1816) и КМОП технологии (серия 1830).

Использование ОМЭВМ семейства МК51 по сравнению с МК48 обеспечивает увеличение. объема памяти команд и памяти данных. Новые возможности ввода-вывода и периферийных устройств расширяют диапазон применения и снижают общие затраты системы. В зависимости от условий использования, быстродействие системы увеличивается минимум в два с половиной раза и максимум в десять раз.

Семейство МК51 включает пять модификаций ОМЭВМ (имеющих идентичные основные характеристики), основное различие между которыми состоит в реализации памяти программ и мощности потребления.

ОМЭВМ КР1816ВЕ51 и КР1830ВЕ51 содержат масочно-программируемое в процессе изготовления кристалла ПЗУ памяти программ емкостью 4096 байт и рассчитаны на применение в массовой продукции. За счет использования внешних микросхем памяти общий объем памяти программ может быть расширен до 64 Кбайт.

ОМЭВМ КМ1816ВЕ751 содержит ППЗУ емкостью 4096 байт со стиранием ультрафиолетовым излучением и удобна на этапе разработки системы при отладке программ, а также при производстве небольшими партиями или при создании систем, требующих в процессе эксплуатации периодической подстройки. За счет использования внешних микросхем памяти общий объем памяти программ может быть расширен до 64 Кбайт.

ОМЭВМ КР1816ВЕ31 и КР1830ВЕ31 не содержат встроенной памяти программ, однако могут использовать до 64 Кбайт внешней постоянной или перепрограммируемой памяти программ и эффективно использоваться в системах, требующих существенно большего по объему (чем 4 Кбайт на кристалле) ПЗУ памяти программ.Каждая из перечисленных выше микросхем является соответственно аналогом БИС 8051, 80С51, 8751, 8031, 80С31 семейства MCS-51 фирмы Intel (США).

Каждая ОМЭВМ рассматриваемого семейства содержит встроенное ОЗУ памяти данных емкостью 128 байт с возможностью расширения общего объема оперативной памяти данных до 64 Кбайт за счет использования внешних микросхем ЗУПВ. Общий объем памяти ОМЭВМ семейства МК51 может достигать 128 Кбайт: 64 Кбайт памяти программ и 64 Кбайт памяти данных. При разработке на базе ОМЭВМ более сложных систем могут быть использованы стандартные ИС с байтовой организацией, например, серии КР580. В дальнейшем обозначение "МК51" будет общим для всех моделей семейства, за исключением случаев, которые будут оговорены особо. ОМЭВМ содержат все узлы, необходимые для автономной работы: 1) центральный восьмиразрядный процессор; 2) память программ объемом 4 Кбайт (только КМ1816ВЕ751, КР1816ВЕ51 и КР1830ВЕ51); 3) память данных объемом 128 байт; 4) четыре восьмиразрядных программируемых канала ввода-вывода; 5) два 16-битовых многорежимных таймера/счетчика; 6) систему прерываний с пятью векторами и двумя уровнями; 7) последовательный интерфейс; 8) тактовый генератор. Система команд ОМЭВМ содержит 111 базовых команд с форматом 1, 2, или 3 байта. ОМЭВМ имеет: - 32 РОН; - 128 определяемых пользователем программно-управляемых флагов; - набор регистров специальных функций. РОН и определяемые пользователем программно-управляемые флаги расположены в адресном пространстве внутреннего ОЗУ данных. Регистры специальных функций (SFR, SPECIAL FUNCTION REGISTERS) с указанием их адресов приведены в таблице 1.3.2.1.

Таблица 1.3.2.1 Регистры специальных функций

Ниже кратко описываются функции регистров, приведенных в таблице А1.

АСС - регистр аккумулятора. Команды, предназначенные для работы с аккумулятором, используют мнемонику "А", например, MOV A, P2. Мнемоника "АСС" используется, к примеру, при побитовой адресации аккумулятора. Так, символическое имя пятого бита аккумулятора при использовании ассемблера ASM51 будет следующим: АСС. 5.Регистр В. Используется во время операций умножения и деления. Для других инструкций регистр В может рассматриваться как дополнительный сверхоперативный регистр.Регистр состояния программы. Регистр PSW содержит информацию о состоянии программы.Указатель стека SP. 8-битовый регистр, содержимое которого инкрементируется перед записью данных в стек при выполнении команд PUSH и CALL. При начальном сбросе указатель стека устанавливается в 07Н, а область стека в ОЗУ данных начинается с адреса 08Н. При необходимости путем переопределения указателя стека область стека может быть расположена в любом месте внутреннего ОЗУ данных микроЭВМ. Указатель данных. Указатель данных (DPTR) состоит из старшего байта (DPH) и младшего байта (DPL). Содержит 16-битовый адрес при обращении к внешней памяти. Может использоваться как 16-битовый регистр или как два независимых восьмибитовых регистра.

Порт0-ПортЗ. Регистрами специальных функций Р0, Р1, P2, РЗ являются регистры-"защелки" соответственно портов Р0, Р1, P2, РЗ. Буфер последовательного порта. SBUF представляет собой два отдельных регистра: буфер передатчика и буфер приемника. Когда данные записываются в SBUF, они поступают в буфер передатчика, причем запись байта в SBUF автоматически инициирует его передачу через последовательный порт. Когда данные читаются из SBUF, они выбираются из буфера приемника. Регистры таймера. Регистровые пары (TH0,TL0) и (TH1.TL1) образуют 16-битовые регистры соответственно таймера/счетчика 0 и таймера/счетчика 1. Регистры управления. Регистры специальных функций IP, IE, TMOD, TCON, SCON и PCON содержат биты управления и биты состояния системы прерываний, таймеров/счетчиков и последовательного порта. ОМЭВМ при функционировании обеспечивает: - минимальное время выполнения команд сложения - 1 мкс; - аппаратное умножение и деление с минимальным временем выполнения команд умножения/деления - 4 мкс В ОМЭВМ предусмотрена возможность задания частоты внутреннего генератора с помощью кварца, LC-цепочки или внешнего генератора. Архитектура семейства МК51 несмотря на то, что она основана на архитектуре семейства МК48, все же не является полностью совместимой с ней. В новом семействе имеется ряд новых режимов адресации, дополнительные инструкции, расширенное адресное пространство и ряд других аппаратных отличий. Расширенная система команд обеспечивает побайтовую и побитовую адресацию, двоичную и двоично-десятичную арифметику, индикацию переполнения и определения четности/нечетности, возможность реализации логического процессора. Важнейшей и отличительной чертой архитектуры семейства МК51 является то, что АЛУ может наряду с выполнением операций над 8-разрядными типами данных манипулировать одноразрядными данными. Отдельные программно-доступные биты могут быть установлены, сброшены или заменены их дополнением, могут пересылаться, проверяться и использоваться в логических вычислениях. Тогда как поддержка простых типов данных (при существующей тенденции к увеличению длины слова) может с первого взгляда показаться шагом назад, это качество делает микроЭВМ семейства МК51 особенно удобными для применений, в которых используются контроллеры. Алгоритмы работы последних по своей сути предполагают наличие входных и выходных булевых переменных, которые сложно реализовать при помощи стандартных микропроцессоров. Все эти свойства в целом называются булевым процессором семейства МК51. Благодаря такому мощному АЛУ набор инструкций микроЭВМ семейства МК51 одинаково хорошо подходит как для применений управления в реальном масштабе времени, так и для алгоритмов с большим объемом данных. Сравнительные данные микросхем приведены в таблице 1.3.2.2

Сравнительные данные ОМЭВМ семейства МК51

Микросхема	Объем внутренней памяти программ, Кбайт	Тип памяти	Объем внутренней памяти данных, байт	Максимальная частота тактовых сигналов, МГц	Потребляемый ток, мА
КР1816ВЕ31	-	Внеш.	128	12	150
КР1816ВЕ51	4	ПЗУ	128	12	150
КР1816ВЕ751	4	ППЗУ	128	12	220
КР1830ВЕ31	-	Внеш	128	12	18
КР1830ВЕ51	4	ПХУ	128	12	18

В качестве диодов VD1 ÷ VD4, VD5 ÷ VD8 выберу диод типа КД202В, имеющий параметры: U_{обр max (диода)} = 70 В, I_{ср. пр(диода)} = 5 А, I_{пр max(диода)} = 5 А, U_{пр (диода)} = 0,9 В.

Выберу конденсаторы из ряда Е24:

С1, С2 – К-50-31- 40 В- 4700 мкФ ±20%.

С3 – К-50-31- 40 В- 4700 мкФ ±20%.

С4 – К-50-31- 40 В- 4700 мкФ ±20%.

C5, C6 – КТ4-21-100 В – 20 пФ±20%;

C7 - К-50-31- 40 В- 10 мкФ ±20%;

C8 – К-53-1- 30 В- 0.1 мкФ ±20%;

C9 - К-53-25- 40 В- 2.2 мкФ ±20%;

C10 – К-53-25- 40 В- 4.7 мкФ ±20%.

В качестве трансформатора выберу трансформатор ТПП321 – 200,0 на стержневом сердечнике ПЛМ 27х40х58, имеющий параметры S_н = 200 ВА; U₁ = 127/220 В; I₁ = 2.03/1.15 А; I₂ = 4 А; f = 50 Гц.

В качестве обмоточных проводов выберу провода ПЭВТВ-2 с диаметрами 0.8 мм и 0.21 мм.

В качестве транзисторов VT3 и VT6 выберу транзисторы КТ827А(n-p-n). Параметры транзистора: Iк max=20 А, Uкэ max=90 В, Рк maxт=125 Вт, h_21Э=750, I_КБО≤1mА, Тпер max=150 ˚С, Тпер max=125 ˚С

В качестве транзисторов VT1 – VT2 выберу транзистор КТ315Д (n-p-n).

Параметры транзистора: Iк max=100 mА, Uкэ max=40 В, Рк max=0.15 Вт, h_21Э ≥ 20, I_КБО ≤ 1 mА, Тпер max=120 ˚С, I_ЭБО < 30 мкА

Из ряда Е24 выберу резисторы:

R1 – МЛТ - 0.125- 47 кОм ±5%;

R2 – СП-2-2а - 0.5 - 10 кОм ±10%;

R3 – МЛТ- 0.125 - 5.1 кОм ±5%;

R4 – МЛТ- 0.125 - 10 кОм ±5%;

R5 - МЛТ - 0.125- 91 кОм ±5%;

R6 – МЛТ- 0.125 - 10 кОм ±5%.

R8, R13– МЛТ - 0.125- 910 Ом ±5%

R9, R14– МЛТ - 0.125- 20 кОм ±5%.

R10, R15– МЛТ - 0.125-4.3 кОм ±5%.

R11, R16 – МЛТ - 0.125-360 Ом ±5%.

R12, R17– МЛТ - 0.125 - 20 Ом ±5%.

R18 – МЛТ - 0.125- 47 кОм ±5%;

R19 – СП-2-2а - 0.5 - 10 кОм ±10%;

R20 – МЛТ- 0.125 - 5.1 кОм ±5%;

R21 – МЛТ- 0.125 - 10 кОм ±5%;

R22 - МЛТ - 0.125- 91 кОм ±5%;

R23 – МЛТ- 0.125 - 10 кОм ±5%.

R24 – МЛТ - 0.125- 47 кОм ±5%;

R25 – СП-2-2а - 0.5 - 10 кОм ±10%;

R26 – МЛТ- 0.125 - 5.1 кОм ±5%;

R27 – МЛТ- 0.125 - 10 кОм ±5%;

R28 - МЛТ - 0.125- 91 кОм ±5%;

R29 – МЛТ- 0.125 - 10 кОм ±5%.

R30 – МЛТ - 0.125- 8.2 кОм ±5%;

R31, R32, R33, R34 – МЛТ – 0.125- 4.3 кОм ±5%.

R35, R36, R37 – МЛТ – 0.125- 220 Ом ±5%.

R38 – МЛТ - 0.125- 1.6 кОм ±5%;

R39 – СП-2-2а - 0.5 - 22 кОм ±10%;

В качестве диодов VD9 ÷ VD12 выберу диоды типа КД213А имеющие параметры: U_{обр max (диода)} =200 В, I_{ср. пр(диода)} =1.5 А, I_{пр max(диода)} =10 А, U_{пр (диода)}= 1В, частотный рабочий диапазон равен 50 кГц.

Исходя из параметров в качестве ключей выберу двухконтактное реле РЭС-22 типа РФ 4.500.130

В качестве транзисторов VT7 – VT8 выберу транзисторы типа КТ502А с параметрами: I_{к max}=150 мА; U_{кэ max}= 25 В; U_{кэ нас}= 0,6 В; P_{к max} = 350 мВт; β= 120.