Microcontrolere

CAPITOLUL 1

Introducere în Microcontrolere

Introducere

Circumstanţele în care ne găsim astăzi în domeniul microcontrolerelor şi-au avut începuturile în dezvoltarea tehnologiei circuitelor integrate. Această dezvoltare a făcut posibilă înmagazinarea a sute de mii de tranzistoare într-un singur cip. Aceasta a fost o premiză pentru producţia de microprocesoare, şi primele calculatoare au fost făcute prin adăugarea perifericelor ca memorie, linii intrare-ieşire, timer-i şi altele. Următoarea creştere a volumului capsulei a dus la crearea circuitelor integrate. Aceste circuite integrate conţin atât procesorul cât şi perifericele. Aşa s-a întâmplat cum primul cip conţinând un microcalculator, sau ce va deveni cunoscut mai târziu ca microcontroler a luat fiinţă.

Istorie

Este anul 1969, şi o echipă de ingineri japonezi de la compania BUSICOM sosesc în Statele Unite cu cererea ca unele circuite integrate pentru calculatoare să fie făcute folosind proiectele lor. Propunerea a fost făcută către INTEL, iar Marcian Hoff a fost desemnat responsabil cu acest proiect. Pentru că el era cel ce avea experienţă în lucrul cu un calculator (PC) PDP8, i-a venit să sugereze o soluţie diferită fundamental în locul construcţiei propuse. Această soluţie presupunea că funcţionarea circuitului integrat este determinată de un program memorat în el. Aceasta a însemnat că configuraţia ar fi fost mult mai simplă, dar aceasta ar fi cerut mult mai multă memorie decât ar fi cerut proiectul propus de inginerii japonezi. După un timp, cu toate că inginerii japonezi au încercat să caute o soluţie mai simplă, ideea lui Marcian a câştigat, şi a luat naştere primul microprocesor. În transformarea unei idei într-un produs finit, Frederico Faggin a fost de un ajutor major pentru INTEL. El s-a transferat la INTEL, şi doar în 9 luni a reuşit să scoată un produs din prima sa concepţie. INTEL a obţinut drepturile de a vinde acest bloc integral în 1971. În primul rând ei au cumpărat licenţa de la compania BUSICOM care nu au avut idee ce comoară avuseseră. În timpul acelui an a apărut pe piaţă un microprocesor numit 4004. Acela a fost primul microprocesor de 4 biţi cu viteză 6000 operaţii pe secundă. Nu mult după aceea, compania americană CTC a cerut de la INTEL şi de la Texas Instruments să facă un microprocesor pe 8 biţi pentru folosinţă în terminale. Cu toate că CTC a renunţat la această idee până la sfârşit, INTEL şi Texas Instruments au continuat să lucreze la microprocesor şi în aprilie 1972 a apărut pe piaţă primul microprocesor de 8 biţi sub numele de 8008. Putea să adreseze 16Kb de memorie şi avea 45 de instrucţiuni şi viteza de 300.000 de operaţii pe secundă. Acel microprocesor a fost predecesorul tuturor microprocesoarelor de astăzi. INTEL au continuat dezvoltările lor până în aprilie 1974 şi au lansat pe piaţă microprocesorul de 8 biţi sub numele de 8080 ce putea adresa 64Kb de memorie şi avea 75 de instrucţiuni, iar preţul începuse de la 360$.

Într-o altă companie americană Motorola, şi-au dat seama repede ce se întâmpla, aşa că au lansat pe piaţă un microprocesor de 8 biţi 6800. Constructor şef era Chuck Peddle şi pe lângă microprocesorul propriu-zis, Motorola a fost prima companie care să facă alte periferice ca 6820 şi 6850. La acel timp multe companii au recunoscut marea importanţă a microprocesoarelor şi au început propriile lor dezvoltări. Chuck Peddle părăseşte Motorola pentru a se muta la MOS Technology şi continuă să lucreze intensiv la dezvoltarea microprocesoarelor.

La expoziţia WESCON din Statele Unite din 1975 a avut loc un eveniment critic în istoria microprocesoarelor. MOS Technology a anunţat că produce microprocesoarele 6501 şi 6502 la 25$ bucata pe care cumpărătorii le puteau cumpăra imediat. Aceasta a fost atât de senzaţional încât au crezut că este un fel de înşelăciune, gândind că competitorii vindeau 8080 şi 6800 la 179$. Ca un răspuns la competitorii lor atât INTEL cât şi Motorola au scăzut preţurile lor în prima zi a expoziţiei până la 69.95$ pe microprocesor. Motorola intentează repede proces contra lui MOS Technology şi contra lui Chuck Peddle pentru copierea protejatului 6800. MOS Technology încetează de a mai produce 6501 dar continuă să producă 6502. 6502 este un microcontroler pe 8 biţi cu 56 de instrucţiuni şi o capabilitate de adresare directă de 64Kb de memorie. Datorită costului scăzut, 6502 devine foarte popular, aşa că este instalat în calculatoare ca :KIM-1, Apple I, Apple II, Atari, Comodore, Acorn, Oric, Galeb, Orao, Ultra şi multe altele. Curând apar câţiva producători de 6502 (Rockwell, Sznertek, GTE, NCR, Ricoh şi Comodore preiau MOS Technology) ce era în momentul prosperităţii sale vândut la o rată de 15 milioane de microprocesoare pe an!

Alţii totuşi nu au cedat. Federico Faggin părăseşte INTEL, şi îşi porneşte propria sa companie Zilog Inc.

În 1976 Zilog anunţă Z80. În timpul creării acestui microprocesor, Faggin ia o decizie crucială. Ştiind că un mare număr de programe fuseseră dezvoltate pentru 8080, Faggin îşi dă seama că mulţi vor rămâne fideli acelui microprocesor din cauza marii cheltuieli care ar rezulta în urma refacerii tuturor programelor. Astfel el decide că un nou microprocesor trebuie să fie compatibil cu 8080, sau că trebuie să fie capabil să execute toate programele care deja fusese scrise pentru 8080. În afară acestor caracteristici, multe altele noi au fost adăugate, aşa că Z80 a fost un microprocesor foarte puternic la vremea lui. Putea adresa direct 64Kb de memorie, avea 176 instrucţiuni, un număr mare de registre, o opţiune incorporată pentru reîmprospătarea memoriei RAM dinamice, o singură sursă, viteză de lucru mult mai mare etc. Z80 a fost un succes mare şi toată lumea a făcut conversia de 8080 la Z80. Se poate spune că Z80 comercial, a fost fără nici o îndoială, cel mai de succes micropocesor de 8 biţi a acelui timp. În afară de Zilog, alţi noi producători apar de asemenea ca: Mostek, NEC, SHARP şi SGS. Z80 a fost inima a multor calculatoare ca: Spectrum, Partner, TRS703, Z-3.

În 1976, INTEL iese pe piaţă cu o versiune îmbunătăţită de microprocesor pe 8 biţi numit 8085. Totuşi, Z80 era cu mult mai bun încât INTEL curând a pierdut bătălia. Chiar dacă au apărut pe piaţă încă câteva microprocesoare (6809, 2650, SC/MP etc.), totul fusese de fapt deja hotărât. Nu mai erau de făcut îmbunătăţiri importante ca să-i facă pe producători să se convertească spre ceva nou, aşa că 6502 şi Z80 împreună cu 6800 au rămas ca cei mai reprezentativi ai microprocesoarelor de 8 biţi ai acelui timp.

Microcontrolere contra Microprocesoare

Microcontrolerul diferă de un microprocesor în multe feluri. În primul rând şi cel mai important este funcţionalitatea sa. Pentru a fi folosit, unui microprocesor trebuie să i se adauge alte componente ca memorie, sau componente pentru primirea şi trimiterea de date. Pe scurt, aceasta înseamnă că microprocesorul este inima calculatorului. Pe de altă parte, microcontrolerul este proiectat să fie toate acestea într-unul singur. Nu sunt necesare alte componente externe pentru aplicarea sa pentru că toate perifericele necesare sunt deja incluse în el. Astfel, economisim timpul şi spaţiul necesare pentru construirea de aparate.

1.1 Unitatea de memorie

Memoria este o parte a microcontrolerului a cărei funcţie este de a înmagazina date.

Cel mai uşor mod de a explica este de a-l descrie ca un dulap mare cu multe sertare. Dacă presupunem că am marcat sertarele într-un asemenea fel încât să nu fie confundate, oricare din conţinutul lor va fi atunci uşor accesibil. Este suficient să se ştie desemnarea sertarului şi astfel conţinutul lui ne va fi cunoscut în mod sigur.