Володимир Севбо, Михайло Титов
У сучасній радіоелектроніці існують дві якнайширші, що динамічно розвиваються теми - застосування і виробництво мікроконтролерів. Теми ці найтіснішим чином пов'язані між собою і на стику породжують серйозну проблему вибору підходящого мікроконтролера (МК) для ефективного вирішення конкретного завдання в певній предметній області. Вирішенню цієї проблеми присвячено безліч статей в журналах по електроніці, тематичні випуски, дослідження і дисертації, розробляються спеціальні методики [1-5].
У світлі вищесказаного, хотілося б звернути увагу розробників на мікроконтролери фірми SТMicroelectronics (STM), до теперішнього часу мало представлені в масових вітчизняних виданнях. Тим часом фірма SТM, що входить в сімку світових лідерів з виробництва мікроелектроніки, поставляє на ринок широкий ряд мікроконтролерних сімейств від найпростіших SТ62, вельми функціональних 8-розрядних SТ72, SТ9, 16-розрядних SТ10, до потужних мікроконтролерів ST20, ST40, ST100 з елементами RISC - і DSP-архітектури. Таким чином, продукція STM являє собою реальну противагу продукції американських компаній-виробників МК. На світовому ринку МК фірми SТM давно і впевнено займають свою нішу у побутовій та автомобільній електроніці, промисловій автоматиці і апаратурі зв'язку. До речі, з деякою часткою впевненості можна припустити близький бум застосування мікроконтролерів в вітчизняних розробках, пов'язаних саме з побутової та автомобільної електронікою. Орієнтовані на дані області застосування МК фірми STM, як правило, мають спеціальні схеми захисту входів і фільтрації перешкод, що забезпечує високу стійкість до зовнішніх електромагнітних перешкод.
Широкий діапазон можливостей родин МК фірми SТM дає переваги використання єдиної ідеології при вирішенні всього комплексу завдань, що стоять перед розробником, а також дозволяє застосовувати однотипні засоби проектування. Широка номенклатура МК (тільки сімейство SТ72 включає більше 100 позицій) забезпечує можливість максимально точно підібрати засіб реалізації для конкретного завдання, тим самим спростивши, здешевив і прискоривши розробку проекту. Останній фактор набуває особливого значення в нинішніх умовах, коли успіх супроводжує тим розробникам і виробникам РЕА, які трохи раніше конкурентів виставлять на ринок вироби, які використовують останні досягнення технології. На прискорення розробок може істотно вплинути плановане фірмою «ПетроІнТрейд» створення при Військовому університеті зв'язку технічного консультаційного центру (ТКЦ) по виробах фірми STM.
При виборі сімейства МК доводиться враховувати також ступінь «політизованості» фірми, яка призводить до прикрих фактів обмежень або несподіваним для розробника відмов на поставку найцікавіших високотехнологічних позицій, необхідності ліцензування і т. П. Таке явище більш характерно для фірм США (наприклад, Analog Devices) і менш - для європейських, до представників яких відноситься і фірма SТM.
Характеристики мікроконтролерів сімейства ST62
Сімейство забезпечено широким набором програмних і апаратних засобів проектування, що реалізують концепцію інтегрованого середовища розробки (Ride IDE). Крім того, є також блок-діаграмні і графічний інтерфейси (ST-Realizer, Visual Micro Lab), а також орієнтовані на специфічні застосування (Fuzzy Logic). У табл. 1 наведені характеристики основних приладів сімейства, що дозволяють вибрати варіант, відповідний розв'язуваної задачі.
Таблиця 1. Характеристики мікроконтролерів сімейства ST62
Як видно з табл. 1, в рамках сімейства виділені функціонально-орієнтовані підрозділи, що включають різні за ресурсами і вартості варіанти виконання мікроконтролерів. На сайтах фірми і на CD-ROM є технічна документація по мікроконтролерів, засобах автоматизованого проектування, а також рекомендації по типовим застосуванням з описом різних особливостей застосування, прийомів ефективного використання ресурсів і прикладів реалізованих пристроїв. Крім того, представлена методика, присвячена забезпеченню високої завадостійкості при використанні мікроконтролерів.
Характеристики мікроконтролерів сімейства ST72
Ємність одноразово програмованого або ФЛЕШ ПЗУ може становити від 4 до 60 Кбайт, ємність ОЗУ - до 2 Кбайт. 16-розрядний таймер, який реалізує тільки функцію скидання (без можливості пуску / зупинки), може працювати в одному з режимів: ШІМ, вихідна порівняння по двох каналах, вхідний захоплення, формування на зовнішньому виводі імпульсу заданої довжини при настанні зовнішнього події. Крім того, як і сімейство ST62, мікроконтролери ST72 практично не вимагають застосування зовнішніх керуючих схем завдяки наявності на кристалі сторожового таймера, схеми скидання при включенні і зниженні живлення нижче порогу, допоміжного внутрішнього тактового генератора.
Побудоване на основі стандартного ядра промислових мікроконтролерів, сімейство SТ72 орієнтоване на величезний діапазон застосувань. До них відносяться промислова автоматика, системи автоматичного управління, побутові прилади, системи автоматизації житла, автомобільна електроніка, зв'язок, системи охорони та ін. Для найкращого задоволення вимог завдання з більш ніж 100 варіантів виконання МК сімейства можуть бути підібрані найкращі комбінації функцій, які включають АЦП, USB, автомобільні протоколи CAN і LIN, контролер безщіткових двигунів, РКІ-контролер, операційні підсилювачі (ОУ) та ін. а також різні обсяги і види пам'яті (ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ, ЕППЗУ, Flash). Вся номенклатура приладів сімейства SТ72 розбита на підгрупи, частина з яких представлена в табл. 2. Більш повну інформацію можна знайти на сайті і CD-ROM фірми, а також в її консультаційних центрах.
Таблиця 2. Характеристики мікроконтролерів сімейства ST72
Будучи лідером виробництва незалежної пам'яті, фірма STM однією з перших в рамках сімейства ST72 запропонувала широкий ряд МК, що базуються на Flash. На цій основі активно розробляється концепція програмування в виробі (in-Suit), що дозволяє не тільки спростити і прискорити процес розробки виробів, а й повідомити цим виробам нові властивості, що дають можливість отримання різних версій для різних користувачів, а також модифікації виробів безпосередньо у споживача. Вельми цікавим видається прилад ST72C171 - МК зі вбудованим програмно-керованим ОУ, що містить два підсилювача rail-to-rail з програмним управлінням, вбудований програмований джерело опорного напруги, схеми вибірки та зберігання, АЦП і Flash-пам'ять. Фактично це система збору даних на кристалі, що дозволяє повністю обійтися без зовнішніх компонентів і, крім того, дає можливість будувати Самокалібрующійся ОУ, АЦП зі сверхразрешеніем в заданих інтервалах напруги (АЦП-лупа), виборчі по потужності підсилювачі.
Численними підгрупами представлені традиційні для SТM напрямки: МК управління електродвигунами (SТ72141), МК з CAN-контролерами (SТ72521), МК з USB-інтерфейсом (SТ7261х, ST7263х, SТ7265х). В окремі підгрупи виділені найменші за габаритами МК SТ72С254 в 28- або 32-вивідних, а з максимальним об'ємом пам'яті програм (до 60 Кбайт) - в 64-вивідних корпусах.
Мікроконтролери сімейства SТ72, так само як і SТ62, забезпечені широким набором зручних у використанні засобів проектування виробництва SТM і інших фірм.
Технічна підтримка сімейства SТ72 забезпечується по всьому світу групами інженерів по областям застосування (незабаром, можливо, і Росія не буде тут винятком). Підтримка полягає в організації навчання, «гарячих» ліній консультації, постачання програмного забезпечення, драйверів, перевірених алгоритмів, готових рішень прикладних задач. Для швидкого старту проектів можна використовувати численні приклади, наявні на сайтах і CD-ROM фірми, а також в консультаційних центрах.
Велике число цікавих технічних рішень містить сімейство ST9 - саме високопродуктивне сімейство 8-розрядних мікроконтролерів фірми STM, досить докладний опис яких можна знайти в [5]. Однак ці вироби фірма планує продавати в основному великим виробникам РЕА, тому докладно на них зупинятися не будемо. З логіки розвитку технології і збільшення кількості областей застосування МК слід, що поступово буде зростати роль більш потужних 16-розрядних МК. Про це ж свідчить і динаміка продажів провідних фірм з виробництва МК. При цьому необхідно відзначити, що, внаслідок більш широких можливостей в порівнянні з 8-розрядними МК, номенклатура 16-розрядних приладів менш різноманітна. Для цього класу МК більш характерно прагнення забезпечити сумісність і уніфікацію основних архітектурних рішень з МК інших фірм, що спрощує завдання забезпечення їх засобами підтримки і навчання користувачів.
Характеристики мікроконтролерів сімейства ST10
Сьогодні сімейство представлено наступними кристалами: ST10R167Q3 (аналог С167СR виробництва Infineon), ST10F168Q6, ST10R272 і новий, тільки що вийшов процесор ST10F269, що містить ті ж функціональні блоки, що і ST10F168, і додатково ще один інтерфейс CAN, 12 Мб ОЗУ і математичний співпроцесор. Є відомості про розробку ST10F280. Основні дані по вже випускається процесорам наведені в табл. 3.
Таблиця 3. Характеристики мікроконтролерів сімейства ST10
Всі МК сімейства ST10 грунтуються на одній і тій же базової архітектурі і підтримують єдину систему команд (за винятком розширень для нових членів сімейства). Це дозволяє безболісно переходити на наступний рівень продуктивності при реалізації більш складного проекту.
Ефективне програмування МК сімейства ST10 досягається завдяки потужній системі команд, що підтримує обчислення над 8-, 16- і 32-розрядними операндами, операції множення і ділення, контроль кордонів стека, управління периферією через регістри спеціальних функцій. Для збільшення швидкості виконання команд контролери сімейства містять чотириступеневий конвеєр команд. При тактовій частоті процесора 25 МГц цикл виконання команди становить 80 нс, час виконання множення 16ґ16 біт - 400 нс, ділення 32/16 біт - 800 нс. В системі команд добре представлені операції булевої алгебри і маніпуляції з бітами.
Основні області застосування мікроконтролерів:Перелік використовуваних засобів підтримки проектування наведено в табл. 4.