Proiectarea Sistemelor cu Microprocesoare

Introducere in Microcontrolere.

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, timere şi altele. Următoarea creştere a volumului capsulei a dus la crearea circuitelor integrate. Aceste circuite integrate conţin atât procesorul cât şi perifericele. Aşa a luat fiinţă primul cip conţinând un microcalculator, sau ce va deveni cunoscut mai târziu ca microcontroler.

Scurt istoric.

In anul 1969, 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$.

Microcontrolere contra Microprocesoare.

Microcontrolerul diferă de un microprocesor în multe feluri. În primul rând şi cel mai important este funcţionarea 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 folosirea sa pentru că toate perifericele necesare sunt deja incluse în el. Astfel, economisim timpul şi spaţiul necesare pentru construirea de aparate.

Microcontroler-ul ATmega 16 :

ATmega 16 este un microcontroler CMOS de 8 biti, realizat de firma Atmel, de mica putere bazat pe arhitectura RISC AVR imbunatatita.

Dispune de un set de 131 instructiuni si 32 de registre de uz general. Cele 32 de registre sunt direct adresabile de Unitatea Logica Aritmetica (ALU), permitand accesarea a doua registre independente intr-o singura instructiune. Se obtine astfel o eficienta sporita in executie (de pana la zece ori mai rapide decat microcontrorelerele convetionale CISC).

Caracteristicile principale ale acestuia sunt:

- 16KB de memorie Flash reinscriptibilă pentru stocarea programelor

- 1KB de memorie RAM

- 512B de memorie EEPROM

- două numărătoare/temporizatoare de 8 biti

- un numărător/temporizator de 16 biti

- contine un convertor analog – digital de 10 biti, cu intrări multiple

- contine un comparator analogic