Też to potrafisz
Też to potrafisz
Też to potrafisz
Też to potrafisz
Też to potrafisz
W kilku poprzednich numerach EdW
miałeś okazję dowiedzieć się wielu cie-
kawych informacji na temat układów
mikroprocesorowych, czyli w skrócie
 mikroprocesorów . Wiesz już że te,
dość złożone w budowie, elementy elek-
Mikrokontrolery?
troniczne stosowane sÄ… powszechnie
w komputerach klasy PC. W nie tak od-
ległej przeszłości wielu użytkowników
sędziwego dziś Spektrusia, Commodora
czy Atari często nie zdawało sobie spra-
wy, że jest posiadaczem mniej czy bar-
dziej skomplikowanego układu mikropro-
cesorowego. Jednak mikroprocesory nie To takie proste...
zostały wynalezione jedynie po to, aby
zadowalać coraz bardziej wymagającego
użytkownika, żądnego maszyn - coraz
szybciej obrabiajÄ…cych dane, chcÄ…cego
mieć dostęp do multimedialnych gier zaj-
mujących niebotyczne ilości miejsca na
dysku twardym komputera domowego.
Od samego poczÄ…tku inteligentnych
układów cyfrowych na rynku elektronicz-
nym istniała grupa dość prostych, na
pierwszy rzut oka, mikroprocesorów,
których ewolucja nie potraktowała tak
ostro, jak to miało miejsce w wypadku
rodziny 8086. Jeżeli nie wiesz, co kryje
się pod tą nazwą, przypomnę ci, że ukła-
dy 8086 to prawdziwi  pradziadowie
procesorów Pentium obecnie masowo
stosowanych w komputerach PC.
Wspomniane układy, będące niejako
potrafił przetwarzać komendy wydawa- Widać, że wszystkie urządzenia pery-
oddzielną gałęzią w rodzinie układów
ne przez programistę; pamięć - w której feryjne znajdujące się  na zewnątrz
cyfrowych wielkiej skali integracji (po- mógł przechowywać wyniki obliczeń mikroprocesora, w przypadku mikro-
dobnie jak  małpy w teorii Darwina),
oraz układy do komunikacji ze światem komputera zostały umieszczone w jed-
przetrwały w niezmiennej postaci od kil- zewnętrznym - czyli tzw. porty . Tak fun- nym układzie scalonym. I w tym tkwi
kunastu lat. Co mogło być powodem te- kcjonalna budowa oraz, co miało nie ma- potęga naszych prostych mikrokompute-
go stanu rzeczy? Otóż dzięki architektu- łe znaczenie, niska cena mikrokontrole- rów.
rze, czyli budowie wewnętrznej tych
ra, utorowała mu drogę do zastosowań W naszych dalszych rozważaniach,
układów, okazało się możliwe zastoso- praktycznie wszędzie. pomimo że mowa będzie o mikrokompu-
wanie ich nie tylko w specjalizowanym
Rysunek 1
Rysunek 1
Rysunek 1 obrazuje różnicę między terach jednoukładowych , będziemy za-
Rysunek 1
Rysunek 1
sprzęcie komputerowym. Głównym ryn-  mikroprocesorem a  mikrokompute- miennie używać określeń  mikrokontro-
kiem zbytu okazali się producenci różne- rem (mikrokontrolerem, jak kto woli). ler lub nawet  mikroprocesor . Zapa-
go rodzaju sprzętu gospodarstwa domo-
wego, od ekspresów do kawy począw-
szy, poprzez sprzęt radiowo-telewizyjny,
AGD, na motoryzacji skończywszy.
Przy okazji lektury artykułów w EdW
na temat mikroprocesora dowiedziałeś
się, że sam mikroprocesor to nie wszys-
tko. Nasz na pozór inteligentny układ cyf-
rowy bez dołączenia kilku dodatkowych
elementów zewnętrznych: zegara, pa-
mięci, układów wejścia/wyjścia (I/O) po-
trafi niewiele.
I wtedy ktoś wpadł na pomysł
umieszczenia samego mikroprocesora
z wymienionymi układami peryferyjnymi
z jednym układzie scalonym. Tak po-
wstał pierwszy  mikrokontroler a właś-
ciwie  mikrokomputer jednoukładowy .
SÅ‚owo  mikrokomputer nie jest by-
najmniej na wyrost, bowiem stworzony
scalak był w istocie kompletnym kompu- Rys.1. Mikroprocesor do pracy potrzebuje wielu dodatkowych układów
terem tylko że w małym formacie.
peryferyjnych, a typowy "mikrokontroler jednoukładowy" ma je wbudowane
W wnętrzu posiadał jakby rdzeń, który
w strukturÄ™.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/97 43
Też to potrafisz
Też to potrafisz
Też to potrafisz
Też to potrafisz
Też to potrafisz
lonych czynności w zbudowanym przez Tak zamieniłem płytkę drukowaną ze-
ciebie układzie. gara o wymiarach 20x30 cm z kilkuna-
Będziesz mógł zrobić sobie swój stoma układami scalonymi (całość pobie-
własny MC1206, lecz np. z 25 alarmami, rała ponad 0,5A prądu) na zgrabny układ
ze sterowaniem 4 przekaz
nikami, stope- mieszczÄ…cy siÄ™ w niewielkiej i estetycz-
rem. W przypływie nudy wykorzystasz nej obudowie wielkości dużego pudełka
ten sam układ scalony - mikrokontroler po zapałkach. Rodzina i ja byli dumni i za-
i zbudujesz z pomocą kilku dodatkowych dowoleni z urządzenia, które funkcjonal-
elementów dyskretnych miernik częs- nością a zarazem wielkością wyświetla-
totliwości lub licznik obrotów silnika do czy konkurowało z tymi oferowanymi
twego samochodu. Wreszcie dając w ówczesnych czasach na rynku.
upust narastającej górze pomysłów wy- A potem sprawy potoczyły się szy-
korzystasz mikrokontroler do budowy bko, po kolei na warsztat poszedł mój
przemyślnego systemu alarmowego ze pierwszy amplituner z RADMORu,
zdalnym sterowaniem wszystkich funk- potem wymieniłem wnętrzności
cji w twoim mieszkaniu: od gaszenia w zegarze akwariowym, także nieod-
światła począwszy, na sygnalizacji prze- wracalnej modyfikacji uległa moja,
cieku wody lub gazu skończywszy. z trudem kupiona,  szuflada z DIO-
Za trudne? Nic podobnego, znam to RY. I wszystko spisuje siÄ™ do dziÅ›
z autopsji. W czasach szkoły średniej (la- dzień znakomicie!
ta 80), nie miałem zielonego pojęcia Jeżeli w tym momencie, drogi Czytel-
o mikroprocesorach, nie mówiąc o tym, niku, pomyślisz: No tak, tylko mikropro-
że kupienie odpowiedniej kostki było nie cesor, a co zrobić z szufladą niepotrzeb-
miętaj to, żebyś się nie pomylił. Ze tylko lada trudnością ale i... głupotą ze nych TTLi i CMOSów?. Odpowiem ci:
względów stylistycznych będziemy uży- względu na kompletny brak jakiejkolwiek zatrzymaj je wszystkie. Układy mikropro-
wać nawet określenia  mikroprocesor , literatury na temat projektowania ukła- cesorowe nie kończą się na... mikropro-
choć nie jest to do końca ścisłe. Ale dów z wykorzystaniem mikroproceso- cesorach! Twoje zapasy z pewnością zo-
przecież już wiesz, drogi Czytelniku, rów. Moją pasją była technika cyfrowa staną z pożytkiem wykorzystane, bar-
o czym będzie mowa. czyli najczęściej sklecanie z wielu kostek dziej racjonalnie i ekonomicznie zara-
I tak niektóre z mikrokontrolerów TTL czy CMOS jakiegoś sensownie dzia- zem, w wielu układach elektronicznych
wyspecjalizowały się w konkretnych łającego układu, który często po dłuż- jako peryferia samego mikrokontrolera.
dziedzinach tak bardzo, że nie potrafiły szym lub krótszym okresie czasu odcho- Po tych kilku westchnięciach za mi-
znalez
ć miejsca gdzie indziej. Najprost- dził do lamusa, czyli krótko mówiąc koń- nioną epoką wróćmy jednak do konkre-
szym przykładem niech będzie zapo- czył w kartonie z innymi elektronicznymi tów na temat mikrokomputerów jedno-
mniany już układ zegara MC1206. Któż śmieciami, czekając, że może któraś układowych. Jak powiedziałem wcześ-
z was nie próbował, a przynajmniej nie z kostek przyda się w przyszłości. niej, układy te istnieją do dziś, a ich róż-
słyszał o tym jakże popularnym, szcze- I wtedy pojawił się ON - mikrokompu- norodność i możliwości zastosowań są
gólnie na giełdach elektronicznych, ukła- ter jednoukładowy. Oczarował mnie bar- nieograniczone.
dzie cyfrowym. Ten  zegarek był prze- dziej niż poczciwy PC XT, ze względu na Obecnie istnieje kilka rodzin tych ukła-
cież mikrokontrolerem, tylko potrafią- swoją prostotę i możliwość wielu zasto- dów, których producentami są najwięk-
cym wykonywać określone czynności sowań. sze koncerny elektroniczne na świecie.
związane z pomiarem czasu. Układ oscy-
latora miał, prawda? Pamięć wewnętrz-
ną (np. alarmu) też, wyjścia do sterowa-
nia wyświetlaczami LED (porty I/O) tak-
że, więc teraz mi chyba nie zarzucisz,
drogi Czytelniku, że ta kostka to nie
był prosty ale funkcjonalny mikrokontro-
ler.
Pomyśl teraz, czy mając te wszystkie
elementy składowe, zamiast np. wy-
świetlaczy LED nasza kostka MC12...
mogłaby pracować w roli programatora
do pralki automatycznej. Niestety,
w czasach PRLu nikt o o tym nie pomyÅ›-
lał, a w każdym razie nie doczekano się
wdrożenia takiego układu. Powstał nato-
miast prymitywny, elektromechaniczny
programator, którego kolejny, regenero-
wany egzemplarz pracuje w 20-letniej
pralce autora (używanej raczej ze wzglę-
dów sentymentalnych).
Przykładów może być wiele, my jed-
nak zajmiemy się jednoukładowcami
bardziej uniwersalnymi z twego punktu
widzenia - takimi , które będziesz sam
mógł  zmusić do wykonywania okreś-
44 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/97
Też to potrafisz
Też to potrafisz
Też to potrafisz
Też to potrafisz
Też to potrafisz
wiać podręczniki podejmujące temat czyli program. W tym ostatnim przypad-
mikrokontrolerów 8051 i pochodnych. ku często wewnętrzna pamięć ROM jest
Wreszcie dostępność w miarę tanich na- wtedy nieaktywna, lub nie ma jej wcale,
rzędzi do wspomagania projektowania ale o tym póz
niej.
przeważyła na ich korzyść. Tylko nie Na rynku istnieje kilka podstawowych
myśl od razu, że w cyklu poświęconym wersji procesora 8051. Wszystkie one
8051 będziemy cię zmuszać do kupowa- maja takie same wewnętrzne bloki funk-
nia komputera, programów czy nawet cjonalne, różnica polega na rodzaju pa-
książek. Nie! Do zaznajomienia się mięci programu - czyli pamięci stałej
z możliwościami tych procesorów nie z której mikrokontroler pobiera rozkazy.
będzie ci nawet potrzebny komputer! Jak wiesz, wśród pamięci stałych
Tak, to jest możliwe. ROM najbardziej popularne są pamięci
W mikroprocesorowym światku najbar- Przyjrzyjmy się teraz, co zawiera typo- EPROM (programowane elektrycznie,
dziej znani producenci to: wy przedstawiciel rodziny MCS-51 - mik- kasowane promieniami UV) głównie ze
- Microchip, ze swoją rodziną  jednouk- rokomputer jednoukładowy 8051 (rys. względu na ich cenę. Rzadziej stosowa-
ładowców PIC... 2). Jak widać, w jednej kostce zawarto ne są pamięci ROM progamowane przez
- Motorola, lansująca układy 8,16 i 32- wszystkie niezbędne do pracy układy, producenta lub pamięci EPROM/OTP
bitowych mikrontrolerów jednoukłado- toteż wystarczy dosłownie kilka biernych (OTP - One Time Programmable) - czyli
wych elementów zewnętrznych aby ruszyć do jednokrotnie programowane pamięci EP-
- Intel, produkujący bodaj najbardziej pracy. Ale jakiej? O tym dowiesz się ROM (jednokrotnie - bo nie ma możli-
popularne procesory serii 8051... w kolejnej części naszego cyklu o 51-ce. wości ich kasowania promieniami UV, co
- Zilog, producent nowoczesnych kont- W jednym układzie scalonym zawar- jest wynikiem braku okienka kwarcowe-
rolerów jednoukładowych - następców to: go w obudowie pamięci).
poczciwego Z80 (wykorzystywanego - rdzeń mikroprocesora CPU z 8-bitową Ostatnio coraz większą popularność
w produkcji sędziwych ZX81, ZX Spec- jednostką arytmetyczno-logiczną (ALU), zdobywają pamięci EEPROM, czyli pa-
trum) zdolna do wykonywania obliczeń na mięci które można programować jak i ka-
- SGS-Thompson z rodziną ST62. liczbach 8-bitowych; sować elektrycznie. Przy stosowaniu
Istnieje także kilka innych firm, które - uniwersalne dwukierunkowe porty pamięci EEPROM odpada konieczność
na bazie licencji opracowały mutacje wejścia/wyjścia, do komunikowania stosowania kłopotliwych i często dro-
tych procesorów, wyposażając je w wie- się ze światem zewnętrznym po po- gich kasowników pamięci EPROM (z
le dodatkowych bloków funkcjonalnych, przez zapisywanie do nich jak i odczyt lampą ultrafioletową, a pamięć można
zachowując przy tym pełną kompatybil- przez nie danych cyfrowych (w niektó- programować wielokrotnie, nawet 100
ność ze swymi pierwowzorami. Do nich rych odmianach 8051 z wbudowanymi tysięcy razy.
z pewnością należy zaliczyć Philipsa, Sie- przetwornikami A/C i C/A, także wiel- W różnych wersjach procesorów
mesa oraz dwie amerykańskie firmy: kości analogowych; 8051 stosuje się różne, wymienione
Dallas oraz Atmel, które w ostatnich la- - programowany szeregowy port trans- wcześniej typy pamięci programu. Tak
tach zaskoczyły projektantów kilkoma misji dwukierunkowej, który może np. więc mamy mikrokontrolery w wersji
udanymi wersjami najbardziej popular- służyć do komunikowania się z dowol- ROM, OTP, EPROM, wreszcie EEPROM
nych mikrokontrolerów jednoukłado- nym komputerem wyposażonym oraz wersje pozbawione pamięci progra-
wych. w złącze RS232C; mu w ogóle, przystosowane do pracy
Do zastosowań amatorskich (a nawet - dwa (w innych wersjach 3) uniwersal- z dołączoną z zewnątrz dowolną pamię-
w pełni profesjonalnych) najbardziej pra- ne liczniki/timery, do dowolnego wy- cią programu.
ktyczne są mikroprocesory 8-bitowe. korzystania; I tak. w zależności od wbudowanej
Wersje 16 i 32 bitowe są po prostu za - układ generowania przerwań systemo- w układ mikrokontrolera 8051 pamięci
dobre, a także za drogie jak na potrzeby wych, zawierający także możliwość
domowego czy szkolnego laboratorium. generowania przerwań zewnętrznych;
Wśród popularnych  8-bitowców do - układ wewnętrznego oscylatora, który
niedawna prym wiodły Z80, niestety ze ogranicza do minimum konieczność
względu na ograniczone możliwości ob- stosowania zewnętrznych elementów
sługi urządzeń peryferyjnych (wejścia/ do pojedynczego rezonatora kwarco-
wyjścia) bez konieczności stosowania wego oraz dwóch dodatkowych kon-
dodatkowych układów scalonych rodzi- densatorów ceramicznych;
ny Z80 słuch praktycznie o nich zaginął. - wreszcie pamięć do przechowywania
Obecnie najbardziej popularne mikrokon- danych i wyników obliczeń: RAM;
trolery to kostki PIC (Microchip) oraz ro- - oraz wewnętrzna pamięć typu ROM,
dzina MCS-51, czyli procesory oparte w której zawarty jest program działa-
o układ 8051. nia mikrokontrolera.
I właśnie te ostatnie, drogi Czytelni- Program działania jest tworzony przez
ku, zostanÄ… opisane w kolejnych nume- konstruktora w procesie tworzenia apli-
rach EdW. kacji, a następnie jest zapisywany za po-
Dlaczego akurat te? Odpowiedz
jest mocÄ… programatora w strukturÄ™ mikro-
prosta. Po pierwsze: są to najłatwiej do- kontrolera. Ponadto mikroprocesor 8051
stępne i najtańsze (w stosunku ceny do posiada możliwość dołączenia z ze-
możliwości) układy mikroprocesorowe wnątrz dodatkowych układów pamięci
na rynku. Po drugie, wszędzie roi się od statycznych RAM (do przechowywania
shareware owych programów na ich te- danych) oraz pamięci EPROM/ROM
Rys. 2. Mikrokomputer 8051.
mat, a na naszym rynku zaczęły się poja- z której może odczytywać polecenia -
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/97 45
Też to potrafisz
Też to potrafisz
Też to potrafisz
Też to potrafisz
Też to potrafisz
programu, producenci ustalili w miarÄ™
Tabela 1
jednolite i przejrzyste symbole, których
znajomość (na razie teoretyczna) z pew-
Symbol handlowy Opis
Symbol handlowy Opis
Symbol handlowy Opis
Symbol handlowy Opis
Symbol handlowy Opis
nością przyda się w póz
niejszych zaku-
80C51 wersja z wewnętrzną pamięcią programu typu ROM, której
pach tych kostek.
zawartość jest nieznana z naszego punktu widzenia, toteż układ
tabeli 1
W tabeli 1 zestawiono oznaczenia
tabeli 1
tabeli 1
tabeli 1
możemy wykorzystać do pracy tylko z dołączona zewnętrzną
mutacji procesora 8051, oraz krótką cha-
pamięcią np. EPROM do której zapiszemy nasz program (wtedy
rakterystykę zastosowanej pamięci pro-
pamięć ROM jest wyłączona - nieaktywna)
gramu. Literka  C w nazwie każdego
80C31 wersja procesora bez wewnętrznej pamięci programu.
z nich oznacza, że każdy układ wykonany
Mikrokontroler w tej wersji może pracować tylko z dołączoną
jest w wersji CMOS. Niegdyś dość po-
zewnętrzną pamięcią jak dla 80C51.
pularne były wersje HMOS (bez literki C,
87C51 wersja z wbudowaną pamięcią EPROM. Obudowa
np. 8031), lecz jest to przeszłość, toteż
mikroprocesora posiada okienko kwarcowe, dzięki któremu
nie będziemy się nimi zajmować.
możliwe jest kasowanie zawartości tej pamięci , co umożliwia
Jeżeli przez przypadek natrafisz, np.
wielokrotne programowanie całego układu.
w BOMISie, na układ w wersji HMOS
89C51 najnowsza wersja procesora z kasowaną elektrycznie pamięcią
i możesz go nabyć za grosze, skorzystaj
EEPROM. Ponieważ w tej wersji cała pamięć programu
i kup go. Taki układ jest identyczny jak
EEPROM może być kasowana bardzo szybko - za pomocą tylko
w wersji CMOS, lecz będzie pobierał
1 impulsu, procesory w tej wersji nazywa siÄ™ typu  Flash (czyt.
więcej prądu podczas pracy, co często
 flesz )
nie jest problemem.
80C52 jest to procesor identyczny z 8051 tyle że posiada dodatkowy
Ze względu na rzadkość takich sytua-
trzeci programowalny licznik/timer (nazywany jako  T2 ) i dwa
cji, w swoich rozważaniach będziemy
razy więcej pamięci RAM (256B) . Reszta jak dla 80C51 - patrz
podawać dane i parametry techniczne
wyżej.
dotyczące układów 8051, wykonanych
80C32 jak dla 80C31 z uwzględnieniem  T2 i RAM
w wersji CMOS.
Podane w tabeli wersje procesorów
87C52 jak dla 87C51 z uwzględnieniem  T2 i RAM
80C51 i 80C52 to typowe  odpady pro-
89C52 jak dla 89C51 z uwzględnieniem  T2 - RAM
dukcyjne wielkich koncernów produkują-
cych sprzęt elektroniczny.  Odpady to
nie znaczy bezwartościowe lub wybrako- można fizycznie odłączyć - poprzez zwar- po niższej cenie? Otóż pamięć pobiera
wane. W pamięci wewnętrznej układu cie do masy odpowiedniego wyprowa- prąd - różnica polega na poborze prądu
8051 producent zapisał jakiś program dla dzenia mikrokontrolera 8051. W takiej przez te układy. Jednak różnica ta wyno-
konkretnego odbiorcy (np. wytwórcy aplikacji można zatem użyć wersji 80C31 si zaledwie kilka mA, toteż w naszych za-
pralek automatycznych). Kostki te nie - bez wewnętrznej pamięci programu, stosowaniach nie ma to żadnego znacze-
zostały jednak sprzedane temu odbiorcy. lub bardzo taniej (nazwanej wcześniej nia.
Dla ciebie wpisany program jest bezuży-  odpadową ) wersji 80C51. W obu przy- W następnym odcinku przyjrzymy się
teczny. Ale, jak wspomniałem wcześ- padkach działanie układu będzie takie sa- temu, co  wystaje z mikroprocesora -
niej, mikrokontrolery rodziny 8051 mają me. Ze względu na ogromną różnicę czyli wyprowadzeniom i ich znaczeniu
możliwość pracy z wbudowaną lub ze- w cenie tych dwóch wersji, powinieneś dla układu samego mikrokontrolera.
wnętrzną pamięcią programu. Jeżeli de- używać tańszej kostki 80C51. Zapytasz
Sławomir Surowiński
Sławomir Surowiński
Sławomir Surowiński
Sławomir Surowiński
Sławomir Surowiński
cydujemy się na wykorzystanie tej dru- pewnie: To po co w ogóle na rynku są
giej możliwości, pamięć wewnętrzną wersje 80C31, skoro można użyć 80C51
ERRARE HUMANUM EST
W EdW 2/97 oprócz kilku literówek znalez
liście następujące drobne błędy:
·Na str. 12 tytuÅ‚ powinien brzmieć:  Aplikacje wzmacniaczy operacyjnych .
·W tym samym artykule na str. 13 na rys. 1 należy zamienić znaczki + - w ukÅ‚adzie wzmacniacza U1B. Górny tranzystor
(BD281) powinien mieć oznaczenie T2, tak jak na płytce.
·W artykule  UkÅ‚ad gÅ‚oÅ›nomówiÄ…cy MC34018 (str. 19) na rys. 4 koÅ„cówka RLI ma numer 7, a Vcc - 20.
·Strona 24. Już drugi raz nie zmieniliÅ›my roku: nie da siÄ™ ukryć, że mamy rok 1997.
·W  KÄ…ciku elektronika amigowca na str. 32 (szpalta 1 wiersz 12) zamiast  rozÅ‚adowuje , należy wpisać -  Å‚aduje , zaÅ› na
rys. 7a odwrotnie narysowano diodę zabezpieczającą optotriak. Na str. 33 na rys. 12. zamiast wyjścia powinno być - we-
jścia. Na str. 34 na rys. 14 zamiast 470kW powinno być 470W.
·W  Prostym odbiorniku nasÅ‚uchowym KF (str. 44) na rys. 2 ukÅ‚ad scalony U1 to UL1202, jak podano w spisie elemen-
tów.
·W artykule  Pierwsze kroki w cyfrówce (str. 53) na rys. 2 (przekaz
nikowa bramka AND) wyjście powinno być dołączone
do styku  normalnie otwarty , a nie  normalnie zwarty dolnego przekaz
nika. ZaÅ› na rys. 6 (tranzystorowa bramka NOR)
brak kropki nad środkowym tranzystorem.
DrobnÄ… nagrodÄ™-niespodziankÄ™ otrzymuje Kazimierz Znojek z Rudy ÅšlÄ…skiej.
46 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/97