Основные параметры семейства микроконтроллеров C8051F30x фирмы Cygnal

Это семейство на сегодняшний день является самым миниатюрным, так как габаритные размеры микроконтроллеров составляют всего 3x3 мм. Все микроконтроллеры (кроме С8051F300P) выпускаются в оригинальном корпусе с 11 выводами и имеют достаточно мощный набор периферии.

Микроконтроллер состоит из трех функциональных групп: высокопроизводительного контроллерного ядра, цифровой периферии и аналоговой периферии. Микроконтроллеры этого семейства значительно отличаются от других микроконтроллеров фирмы Cygnal.

В состав семейства С8051FЗ0х входит шесть микроконтроллеров [1]. Основные характеристики микроконтроллеров этого семейства приведены в табл. 1.

ХАРАКТЕРИСТИКА	C8051F300	C8051F301	C8051F302	C8051F303	C8051F304	C8051F305
Производительность, MIPS	25	25	25	25	25	25
Flash-память программ, К	8	8	8	8	4	2
RAM — оперативная память данных, байт	256	256	256	256	256	256
Разрядность ADC (500 ksps)	8	—	8	—	—	—
Число входных каналов ADC	8	—	8	—	—	—
Коэффициент усиления входов	4,2, 1,0,5	—	4,2, 1,0,5	—	—	—
Встроенный датчик температуры	+	—	+	—	—	—
Число компараторов	1	1	1	1	1	1
Наличие встроенной системы отладки	+	+	+	+	+	+
Число линий ввода/вывода	8	8	8	8	8	8
Наличие интерфейсов	SMBus (I2 C), UART
16-разрядный счетчик-массив РСА	+	+	+	+	+	+
Число 16-разрядных таймеров	3	3	3	3	3	3
Наличие охранного таймера WDT	+	+	+	+	+	+
Таймер реального времени	+	+	+	+	—	—
Встроенный монитор питания	+	+	+	+	+	+
Встроенный генератор, МГц	25	25	20	20	25	25
Температурный диапазон, °С	40... +85
Тип корпуса	MLP11 DIP14	11 - Pin Micro Lead (MLP11)
Напряжение питания, В	2,7. ..3,6 В (5,8 мА)

Таблица 1. Состав семейства C8051F30x

Как и в других семействах, в этом имеется основной микроконтроллер — C8051F300, отличающийся от остальных наиболее полным набором периферии.

В состав аналоговой периферии входят:

• быстродействующий (до 500 ksps) 8-битный аналого-цифровой преобразователь;

• аналоговый мультиплексор, коммутирующий до восьми внешних входов;

• программируемый предварительный усилитель с коэффициентами усиления 4, 2, 1 и 0,5;

• один аналоговый компаратор с программируемыми гистерезисом и временем реакции.

Аналоговые узлы в качестве опорного напряжения могут использовать либо внешний источник, подключаемый через специальный вход, либо напряжение питания.

К девятому (внутреннему) входу аналогового мультиплексора подключен встроенный датчик температуры.

Рис.1.

В состав цифровой периферии и ядра входят:

• многофункциональный последовательный порт UART;

• последовательный интерфейс SMBus, совместимый с I2C;

• три 16-разрядных таймера общего назначения;

• программируемый массив-счетчик РСА с тремя модулями захвата/сравнения и режимом таймера реального времени;

• встроенный тактовый генератор 24;5 МГц с поддержкой UART;

• внешний генератор с возможностью работы от кварцевого или пьезокерамического резонатора, RC-цепочки или конденсатора;

• встроенная RAM объемом 256 байт и Flash-память программ/данных объемом 8К (С8051F304 — 4К, С8051F305 — 2 К);

• оригинальное ядро CIP-51, обеспечивающее пиковую производительность до 25 MIPS (при тактовой частоте 25 МГц), 70% инструкций выполняются за 1-2 периода тактовой частоты.

Все микроконтроллеры имеют только один порт ввода/вывода. Flash-память программируется внутрисистемно через встроенный интерфейс JTAG (I2C). Следует особенно подчеркнуть, что в составе цифровой периферии нет охранного таймера WDT.

Все микроконтроллеры семейства работают при напряжении питания от 2,7...3,6В при типовом токе потребления 5,8 мА в индустриальном диапазоне температур от -45 до +85 °С. Линии портов ввода/вывода, сброса и JTAG работоспособны при питании узлов, подключенных к этим линиям, напряжением 5 В.

Как уже отмечалось, микроконтроллеры семейства С8051 F30x производятся в корпусах двух типов. Все они выпускаются в корпусе с 11-ю выводами (MLP-11), а С8051F300P — также в корпусе с 14-ю выводами (DIP14). Назначение выводов микроконтроллеров семейства C8051F30X приведено в табл. 2.

Эволюционный комплект З0х фирмы Cygnal

В состав эволюционного комплекта Development Kit 300 входят [2]:

• Собственно эволюционная плата с установленным микроконтроллером C8051F320.

• Адаптер-программатор, преобразующий входной интерфейс персонального компьютера RS-232C в интерфейс программирования JTAG. В последнее время поставляется комбинированный адаптер ЕС2, поддерживающий два возможных интерфейса программирования (JTAG и I2C). Адаптер выполнен в пластмассовом корпусе с размерами 50x58x26 мм. Внутри находится контроллер программатора, выполненный на микросхеме C8051F012.

В качестве интерфейсной микросхемы RS-232C использована Sipex3223. Кроме того, имеется стабилизатор напряжения на 3,3В, кварцевый резонатор и два светодиода. Входной разъем для RS-232C — DB9F (розетка). Выходной разъем — двухрядный штырьковый разъем PLD-10 (2x5).

Рис.2.

В нормальном рабочем режиме адаптер питается от эволюционной платы через 10-проводный плоский кабель. Напряжение питания — З..Д6 В. Кроме того, адаптер может питаться от внешнего источника с выходным напряжением 5...9В, для чего предусмотрено стандартное гнездо.

• Настенный малогабаритный источник питания с размерами 55x42x35. Выходное напряжение — 9В, ток нагрузки — до 100 мА.

• Стандартный компьютерный кабель с двумя разъемами DB9F (розетка) -DB9 (вилка) для подсоединения адаптера к персональному компьютеру.

• 10-проводный плоский кабель с двумя разъемами DPS10 (2x5) для соединения адаптера и эволюционной платы.

• Техническое описание и руководство по эксплуатации.

• CD-ROM с программным обеспечением. В состав программного обеспечения входят:

• фирменная среда программирования Cygnal Integrated Development Tools;

• комплект программного обеспечения фирмы Keil (макроассемблер, линкер, библиотекарь и эволюционная версия компилятора языка С с ограничением по размеру выходного кода 2 К);

• инсталляционная утилита Setup.exe;

• исходные тексты примеров и файлов определения регистров;

• документация.

Таблица 2. Нумерация, название и назначение выводов семейства С8051РЗ0хм

Имя	Выводы		Тип	Описание
	MLP-11	DIP14 (C8051F300P)
VREF/	1	2	A In	Внешний вход опорного напряжения
Р0.0			DI/O A In	Линия порта Р0.0
P0.I	2	3	DI/O A In	Линия порта Р0.1
VDD	3	4	—	Напряжение питания
XTAL1 /	4	5	A In	Вход кварцевого резонатора или внешнего генератора
Р0.2			DI/O A In	Линия порта Р0.2
XTAL2 /	5	6	A Out	Выход кварцевого резонатора
Р0.З			DI/O	Линия порта Р0.З
Р0.4	6	8	DI/O A In	Линия порта Р0.4
Р0.5	7	9	DI/O A In	Линия порта Р0.5
С2СК/	8	10	DI/O	Тактовый сигнал С2 отладочного интерфейса
/RST			DI/O	Внешний вход сброса или вход/выход с открытым истоком внутреннего монитора
Р0.6/	9	11	DI/O A In	Линия порта Р0.6
CNVSTR			DI/O	Вход внешнего запуска ADC
C2D/	10	12	DI/O	Двунаправленная линия данных С2 отладочного интерфейса
Р0.7			DI/O A In	Линия порта Р0.7
GND	11	13	—	Общий

Эволюционная плата семейства C8051F30X

Принципиальная схема эволюционной платы C8051F30X разделена на три фрагмента. На рис. 1 показан узел микроконтроллера с обвязкой, на рис. 2 — стабилизатор напряжения и на рис. 3 — узел интерфейса RS-232C.

Рис.3.

Узел микроконтроллера содержит собственно микроконтроллер D1 (C8051F300), кнопку сброса S1, светодиод питания VD3 и набор штыревых разъемов. Перечень штыревых разъемов приведен в табл. 3.

В табл. 4 приведены контакты выходного разъема эволюционной платы C8051F30X.

Микроконтроллеры семейства C8051F30X, в отличие от микроконтроллеров остальных семейств, программируются через интерфейс С2.

При этом также как и для программирования через JTAG, используется адаптер-программатор ЕС2, однако наименования сигналов программирования отличаются от приведенных в предыдущих статьях сигналов интерфейса JTAG (см. табл. 5).

Обозначение	Назначение
J1	Выходной разъем PLD12 (2x6) (см. табл. 4)
J2	Перемычка для подключения питания к микроконтроллеру
J3	Разъем для установки перемычек, которые предназначены для подключения сигналов от кнопки S2 (к линии порта Р0.З), светодиода VD2 (к линии порта Р0.2) и сигналов интерфейса RS-232C
J4	Разъем для подключения адаптера-программатора ЕС-2 (см. табл. 5)
J5	Выходной разъем интерфейса RS-232C (см. табл. 6)
J6	Клеммник винтовой для подключения внешних аналоговых сигналов типа 310-04-2-3
J7	Разъем для установки перемычки, которая может подключить на вывод Р0.6 либо клеммник винтовой J6/2, либо RC-фильтр для исследования широтно-импульсного модулятора PWM

Таблица 3. Перечень разъемов эволюционной платы C8051F30x

Узел стабилизатора питания выполнен на микросхеме А2 (LM2937-3.3V) на напряжение 3,3В по стандартной схеме.

Узел интерфейса RS-232C также выполнен по стандартной схеме включения на микросхеме SP3223ECY. Контакты выходного разъема приведены в табл. 6. Размеры эволюционной платы составляют 85x103 мм.

Контакт	Описание		Контакт	Описание
1	VDD цифровое питание		2	PWM
3	Р0.0		4	Р0.1
5	Р0.2		6	Р0.З
7	Р0.З		8	Р0.5
9	Р0.6		10	Р0.7
11	GND		12	RST/

Таблица 4. Контакты выходного разъема эволюционной платы C8051F30X.

На всех шинах с шагом 2,54 мм имеются металлизированные отверстия.

Макетные поле одно, но довольно большое, имеет 11x26 металлизированных отверстий с шагом 2,54 мм. С двух сторон этого поля располагаются шины общего провода GND и питания VA+.

Эволюционная плата выполнена по технологии SMD (поверхностного монтажа) с защитным покрытием (“зеленкой”).

Описанный эволюционный комплект позволяет производить разработку и отладку тестового программного обеспечения, а также на практике изучать особенности работы встроенных аналоговых и цифровых узлов.

Таблица 5. Контакты разъема J4 программирования по интерфейсу С2

Контакт	Описание
2	RxD (вход PC), в контроллере соединен с Р0.5
3	TxD (выход PC), в контроллере соединен с Р0.4
8	CTS (вход PC), в контроллере соединен с Р0.З
7	RTS (выход PC), в контроллере соединен с Р0.2
5	GND

 

Программатор-адаптер ЕС2

Конечно, каждый из специалистов, ознакомившись с содержимым, и планируя использовать эти микроконтроллеры в своих изделиях, задумается над тем, как их программировать.

Готовые адаптеры-программаторы, а также необходимое программное обеспечение и кабели, и конечно же, сами микроконтроллеры производства фирмы Cygnal можно приобрести в фирме “Атос” [3]. Однако многие специалисты могут изъявить желание изготовить такой программатор собственными силами.

Контакт		Описание
1		Вход питания от эволюционной платы 3,0... 3,6В
2		Цифровой общий провод
4		C2DAT (для интерфейса JTAG — ТСК)
5		TMS
6		ТDО
7		C2CLK (для интерфейса JTAG — TDI )
3,8,9, 10		Не используются

 

Таблица 6. Выходной разъем интерфейса RS-232C эволюционной платы C8051F30x.

При этом придется тщательно изучить документацию по интерфейсам JTAG и С2, дополнительные сведения о особенностях встроенного в микроконтроллеры интерфейса, а также написать свою собственную программу (firmware) для микроконтроллера программатора.

Для ознакомления с опытом разработки адаптера-программатора на рис. 4 приводится принципиальная схема оригинального адаптера-программатора ЕС-2 фирмы Cygnal [4]. Естественно, схема приводится без оригинального программного обеспечения.

Приведенная схема полезна для общего ознакомления еще и тем, что дает представление об используемых сигналах интерфейса RS-232C.

Это может понадобиться при изготовлении или приобретении готового узла оптической развязки персонального компьютера от остального подключаемого экспериментального оборудования: адаптера-программатора, эволюционной платы и дополнительных макетных плат.

 

Рис.4.

Такой узел желательно использовать в условиях активной работы с измерительными приборами, при подключенном персональном компьютере во избежание его выхода из строя.

Ведь известно, что большинство персональных компьютеров у нас используются без заземления в связи с особенностями сети электропитания (отсутствия шины заземления), а корпус такого компьютера в зависимости от используемого в нем блока питания может находиться под напряжением до -110 В.

Приведенной информации вполне достаточно для формирования общего представления об этих изделиях для любого семейства микроконтроллеров.

О. Николайчук onic@ch.moldpac.md

Литература:

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

2. http://www.cygnal.com/appnotes/ c8051f30xug.pdf.

3. http://www.atos.ru.

4. http://www. cygnal. com/appnotes/EC-2