Современные специалисты по микроконтроллерной технике уже хорошо знакомы с продукцией молодой, но динамично развивающейся фирмы Cygnal [1]. За последний год было опубликовано достаточно много работ, знакомящих с продукцией этой фирмы [2—7]. Благодаря мощной и разнообразной аналоговой и цифровой периферии, а также высокой производительности эти микроконтроллеры завоевывают все большую популярность среди специалистов. Напомним, что с момента своего основания в 1999 г. фирма Cygnal освоила выпуск 46 моделей микроконтроллеров, сгруппированных в восемь семейств. Сегодня мы хотим познакомить с еще тремя новыми семействами, анонсированными фирмой Cygnal.

Новое семейство C8051F06X [8] (девятое семейство) содержит четыре модели микроконтроллеров C8051F060 /061/ 062/063. Основные технические параметры семейства приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Гарантированная дифференциальная нелинейность составляет ±0,5 младшего разряда, типовая ошибка смещения — 0,1 мВ, типовая суммарная ошибка во всем диапазоне - 0,008 %, соотношение сигнал/шум — 86 дБ, разделение каналов - 100 дБ. Аналого-цифровые преобразователи имеют очень высокое быстродействие — 1 Msps. Внутренняя частота преобразования — до 25 МГц, типовое время преобразования — 18 периодов тактовой частоты. Очевидно, что при таком высоком быстродействии выходные 16-разрядные слова не могут быть напрямую обработаны даже таким быстродействующим микроконтроллерным ядром, поэтому каждый канал аналого-цифрового преобразователя ADCO/1 оснащен механизмом прямого доступа в память DMA, который позволяет формировать массивы данных заданной длины во встроенной оперативной памяти без непосредственного участия ядра микроконтроллера. Аналого-цифровые преобразователи могут использовать встроенный источник опорного напряжения 2,4В или внешний источник.

Запуск аналого-цифрового преобразования может также осуществляться по выбору разработчика либо по сигналу с внешнего входа, либо по переполнению одного из таймеров, либо программно записью 1 в специальный бит SFR регистра. Время преобразования также может задаваться программно. Оба аналого-цифровых преобразователя могут работать в однополярном или дифференциальном режимах. Оба преобразователя могут калиброваться в системе, при этом может индивидуально корректироваться напряжение смещения, усиление и линейность.

Кроме перечисленных возможностей аналого-цифровые преобразователи, как и ADC других семейств микроконтроллеров фирмы Cygnal, имеют функцию “окна”, которая заключается в цифровом сравнении выходных кодов со значениями двух программно задаваемых регистров верхнего и нижнего порогов. Диапазон между значениями кодов этих двух регистров собственно и образует “окно”. Пользователь может запрограммировать эти регистры порогов и разрешить формирование прерываний, если выходной код ADCO/1 попадает в диапазон “окна”, либо выходит за пределы “окна”.

Кроме этих двух аналого-цифровых преобразователей в составе аналоговой периферии имеется еще один 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь среднего быстродействия ADC2 (200 ksps) со входным мультиплексором AMUX2 на 8 входов. Входной мультиплексор может быть настроен в режим обработки восьми однополярных, либо четырех дифференциальных входов. Аналого-цифровой преобразователь также имеет функцию “окна”, аналогичную описанной выше. Кроме того, входной мультиплексор имеет дополнительный внутренний вход, к которому подключен встроенный температурный датчик, позволяющий измерять температуру кристалла с точностью ±3 °С.

Все микроконтроллеры семейства имеют также по два 12-битных цифро-аналоговых преобразователя DACO/1, которые могут работать в синхронном режиме. Оба цифро-аналоговых преобразователя могут использовать внешний источник опорного напряжения, либо внутренний при внешней коммутации его выхода на соответствующие входы цифро-аналоговых преобразователей. Кроме того, для цифро-аналоговых преобразователей поддерживаются функции аппаратного сдвига входных кодов на необходимое число разрядов и выравнивание входных кодов.

В составе аналоговой периферии всех микроконтроллеров имеются также три аналоговых компаратора с программируемым гистерезисом (отдельно положительным и отрицательным) и управляемым временем реакции. Кроме этого, аналоговая подсистема содержит развитый монитор питания и сброса.

Как и все микроконтроллеры фирмы Cygnal, микроконтроллеры описываемого семейства имеют встроенный интерфейс программирования JTAG и отладки в режиме реального времени.

В микроконтроллерах встроен развитый узел тактового генератора, включающий прецизионный калибруемый тактовый генератор на частоту до 24,5 МГц, а также генератор, способный работать с кварцевым или пьезокерамическим резонатором, RC-цепочкой, одиночным конденсатором или внешним генератором. Переключение между внутренним и внешним генераторами могут осуществляться “на лету”. Таймеры 2, 3, 4 или РСА могут работать в режиме реального времени RTC.

Напряжение питания микроконтроллеров — от 2,7 до 3,6 В. Максимальный ток потребления — не более 18 мА. Имеются два режима энергосбережения. Рабочий диапазон температур — от -40 до +85 °С.

Очевидно, что доступ ко всем периферийным узлам осуществляется через SFR-регистры (регистры специальных функций). Поскольку периферии очень много, использован механизм многостраничного SFR регистра (используется пять страниц с адресами 0, 1, 2, 3, F). Переключение страниц осуществляется через SFR регистры, доступные со всех страниц. Используется трехуровневый стек номеров страниц. Вызывающее прерывание автоматически включает нужную страницу в соответствии с вызывающим ресурсом (источником прерывания), а также после завершения обработки прерывания автоматически возвращает исходную страницу.

На нулевой странице расположены все периферийные узлы стандартного 8052 микроконтроллера. Страницы 1, 2, 3 структурированы так, что, например, одинаковые регистры всех таймеров. расположены по одним и тем же адресам, но на разных страницах. Страница F предназначена для управления Flash-памятью. Вообще говоря, этот механизм позволяет осуществлять доступ к 256 страницам SFR регистров, т. е. для расширения состава встроенной периферии еще достаточно места.

Необходимо отметить, что анализ тенденции организации SFR регистров у различных семейств микроконтроллеров фирмы Cygnal показывает, что специалисты фирмы отдают предпочтение совершенствованию структуры многостраничного SFR механизма и, видимо, собираются его активно использовать в своих новых мощных микроконтроллерах.

Семейство C8051F32x [9] (десятое семейство) содержит две модели микроконтроллеров C8051F320/321. Основные технические параметры семейства приведены в табл. 2. Это семейство имеет среднюю пиковую производительность 25 MIPS.

Таблица 2.

В этих микроконтроллерах имеется один 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь среднего быстродействия ADC (200 ksps) с входным мультиплексором AMUX на 17 (C8051F320) или 13 (C8051F321) входов. Входной мультиплексор может быть настроен в режим обработки однополярных, либо дифференциальных сигналов. Он также имеет функцию “окна”, аналогичную описанной выше. Кроме того, входной мультиплексор имеет дополнительный внутренний вход, к которому подключен встроенный температурный датчик, позволяющий измерять температуру кристалла с точностью ±3 °С.

В составе аналоговой периферии всех микроконтроллеров имеется также два аналоговых компаратора с программируемым гистерезисом (отдельно положительным и отрицательным) и управляемым временем реакции. Кроме этого, аналоговая подсистема содержит развитый монитор питания и сброса.

Еще одной отличительной особенностью этого семейства является наличие встроенного преобразователя напряжения питания в напряжение от 4 до 5,25В для питания внешних устройств.

Как и все микроконтроллеры фирмы Cygnal, микроконтроллеры описываемого семейства имеют встроенный интерфейс программирования JTAG и отладки в режиме реального времени.

Микроконтроллеры C8051F320 имеют 25 линий ввода/вывода, a C8051F321 -21 линию. Впервые в состав интерфейсов включен аппаратный интерфейс USB, поддерживающий полноскоростные (12 Mbps) и низкоскоростные (1,5 Mbps) операции от встроенного тактового генератора, не нуждающегося во внешнем кварцевом резонаторе. Для его функционирования имеется буферная FIFO память. Интерфейс полностью интегрирован и не требует внешних элементов. Кроме того, в состав набора интерфейсов входят интерфейс SMBus, совместимый с I2C, интерфейс SPI и усовершенствованный интерфейс UART. Имеется программируемый массив-счетчик РСА с пятью модулями захвата/сравнения, четыре 16-битных таймера общего назначения и усовершенствованный аппаратный охранный таймер WDT.

Микроконтроллеры имеют развитый узел тактового генератора, включающий встроенный прецизионный тактовый генератор, поддерживающий все режимы интерфейсов, а также генератор, способный работать с кварцевым или пьезокерамическим резонатором, RC-цепочкой, одиночным конденсатором или внешним генератором. Переключение между внутренним и внешним генераторами могут осуществляться “на лету”. Таймер или РСА могут работать в режиме реального времени RTC при наличии внешнего задающего генератора.

Доступ ко всем периферийным узлам осуществляется через традиционную одностраничную SFR карту регистров. Напряжение питания микроконтроллеров — от 2,7 до 3,6 В. Максимальный ток потребления — не более 26 мА. Имеются два режима энергосбережения. Рабочий диапазон температур — от -40 до +85 °С.

Семейство C8051F33x [10] (одиннадцатое семейство) содержит две модели C8051F330/331. Основные технические параметры семейства приведены в табл. 3. Это семейство имеет среднюю пиковую производительность — 25 MIPS.

Таблица 3.2

В микроконтроллере C8051F330 имеется один 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь среднего быстродействия ADC (200 ksps) со входным мультиплексором AMUX на 16 входов. Входной мультиплексор может быть настроен в режим обработки однополярных, либо дифференциальных сигналов. Он также имеет функцию “окна”, которая была описана выше. Кроме того, входной мультиплексор имеет дополнительный внутренний вход, к которому подключен встроенный температурный датчик, позволяющий измерять температуру кристалла с точностью ±3 °С.

Аналого-цифровой преобразователь может работать от встроенного источника опорного напряжения, внешнего источника или использовать в качестве опорного напряжение источника питания. Запуск аналого-цифрового преобразователя может происходить как от внутреннего источника, так и от внешнего управляющего сигнала.

Кроме аналого-цифрового преобразователя в микроконтроллере C8051F330 имеется один 10-разрядный цифро-аналоговый преобразователь с токовым выходом. Обновление выходного тока может синхронизироваться по переполнению одного из таймеров общего назначения или по фронту импульса на специальном входе. Значение полного выходного тока (коэффициент усиления) может задаваться программно: 0 мА (ЮАО выключен), 1; 1,5 или 2 мА.

В составе аналоговой периферии всех микроконтроллеров имеется также один аналоговый компаратор с программируемым гистерезисом (отдельно положительным и отрицательным) и устанавливаемым временем реакции. Важной особенностью компаратора является малая величина входного тока, не превышающая 0,4 мкА. Кроме этого, аналоговая подсистема содержит развитый монитор питания и сброса.

Как и все микроконтроллеры фирмы Cygnal, микроконтроллеры описываемого семейства имеют встроенный интерфейс программирования JTAG и отладки в режиме реального времени.

Микроконтроллеры С8051F330/331 имеют 17 линий ввода/вывода. В состав набора интерфейсов входят: интерфейс SMBus, совместимый с I2C, интерфейс SPI и усовершенствованный интерфейс DART. Кроме того, имеется программируемый массив-счетчик РСА с тремя модулями захвата/сравнения, четыре 16-битных таймера общего назначения и усовершенствованный аппаратный охранный таймер WDT.

Таймер или РСА могут работать в режиме реального времени RTC при наличии внешнего задающего генератора. Доступ ко всем периферийным узлам осуществляется через традиционную одностраничную SFR карту регистров.

Напряжение питания микроконтроллеров — от 2,7 до 3,6 В. Максимальный ток потребления — не более 6,4 мА при рабочей частоте 25 МГц и только 9 мкА при частоте 32 кГц. Имеются два режима энергосбережения. Рабочий диапазон температур — от -40 до +85 °С.

Таблица 4.

В табл. 4 приведено современное общее состояние выпуска микроконтроллеров фирмы Cygnal. В графе “Цена” представлена ориентировочная стоимость в $, любезно предоставленная фирмой “Атос” [11]. В графе “Предельная частота” указана максимальная рабочая тактовая частота в МГц, причем указанная цифра соответствует одновременно и пиковой производительности.

В графе “Корпус” указано только число контактов микросхемы. При этом читатель должен помнить, что фирма Cygnal использует четыре типа корпусов: TQFP для 100, 64 и 48 выводов; LQFP для 32 выводов; MLP для корпусов с меньшим числом выводов за исключением микроконтроллера C8051F300P, который выпускается в корпусе PDIP-14. В графе “Оперативная встроенная память” указана основная оперативная память IRAM (256 байт) плюс значение дополнительной встроенной оперативной памяти XRAM в килобайтах, расположенной в пространстве адресов внешней памяти.

В графе “Цифровая периферия” указано наличие интерфейсов SPI, UART, I2C (SMBus), охранного таймера WDT, число таймеров общего назначения — хТ, программируемый массив-счетчик РСА/х, где х — число модулей захвата/ сравнения.

В графе “Аналоговая периферия” указано наличие аналого-цифровых преобразователей ADCO и ADC1, цифро-аналогового преобразователя DAC, аналоговых компараторов СРТ. Для аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей первая цифра означает разрядность. Через дробь указано максимальное число входных однополярных (ADC) и выходных (DAC) каналов. Символ G для ADC означает наличие программируемого предварительного усилителя. Символ “*” для цифро-аналогового преобразователя микроконтроллера C8051F330 — токовый выход.

Таким образом, на сегодняшний день фирмой Cygnal выпускается 54 модели, объединенные в 11 семейств.

О. Николайчук onic@ch.moldpac.md

Литература:

1. http://www.cygnal.com.

2. О. Николайчук. Семейства х51 микроконтроллеров фирмы Cygnal. — Компоненты и технологии, 2002, № 1, с. 86—91.

3. А. Бизюков. Новые микроконтроллеры серии 8051 с интегрированными АЦП и ЦАП высокого разрешения для высокоскоростных приложений. — Компоненты и технологии, 2002, № 5, с.102—104.

4. А. Фрунзе. К вопросу о производительности микроконтроллеров фирмы Cygnal. — Компоненты и технологии, 2002, №4, с.106—108.

5. О. Николайчук. Эксперименты с микроконтроллерами фирмы Cygnal. -Схемотехника, 2002, № 8, с. 48—50; № 10, с. 44—46; № 11, с. 36—39; 2003, № 2, с. 38—40, № 3, с. 37—40, № 4, с. 41—45, № 5, с. 10—16.

6. О. Николайчук Микросистемы сбора данных фирмы Cygnal. — Электронные компоненты, 2002, № 5, с. 109—112.

7. О. Николайчук. Микроконтроллеры фирмы Cygnal. — М., ООО “ИД Скимен”, 2002.

8. http://www.cygnal.com/datasheets/ c8051f06x.pdf.

9. http://www.cygnal.com/datasheets/ c8051f32x.pdf.

10. http://www.cygnal.com/datasheets/ c8051f33x.pdf.

11. http://www.atos.ru.

12. http://www.cygnal.com/datasheets/ c8051fOxx.pdf.

13. http://www.cygnal.com/datasheets/ c8051f018-9.pdf.

14. http://www.cygnal.com/datasheets/ c8051f02x.pdf.

15. http://www.cygnal.com/datasheets/ c8051f04x.pdf.

16. http://www.cygnal.com/datasheets/ c8051f2xx.pdf.

17. http://www.cygnal.com/datasheets/ c8051f30x.pdf.

18. http://www.cygnal.com/datasheets/ c8051f12x.pdf.

19. http://www.cygnal.com/datasheets/ c8051f31x.pdf.