MCS196系列单片机分类与选型指南

2006-05-07 17:00:42来源: 互联网

 

摘要:介绍MCS196单片机的主要特色和分类,归纳各种型号的主要特点,对读者应用选型具有重要的参考价值。

关键词:MCS196 高速输入/输出 事件处理 电机控制

概述

    MCS196系列单片机是Intel公司继8X9X之后推出的16位嵌入式微控制器。它除了保留8X9X全部功能外,在功能部件和指令支持上又有很大改进,性能上也有了显著提高,使得它适用于更复杂的实时控制场合。MCS196单片机有多种型号,不同型号配置有不同的功能部件,且具有不同存储器空间和寻址能力,可满足不同场合的要求。
    MCS196系列单片机都有1个基于寄存器到寄存器结构的内核。这种结构消除了累加器的瓶颈现象,加快了数据传输。另有多种功能部件,在不同型号中进行不同配置。这些功能部件除包括在8X9X中就有的I/O口、10位A/D转换器、PWM(脉宽调制器)、SIO(全双工串行I/O口)、中断源、看门狗定时器、16位定时/计数器、HSI/O(高速输入/输出口)等以外,还包括在MCS196中出现的PTS(外围事务服务器)、EPA(事件处理器阵列)、WG(波形发生器)等。
与其他系列(如MCS51系列、PIC系列等)相比,HSI/O、PTS、EPA、WG是MCS196最具特色的功能部件。
    HSI/O(High Speed Inputs and Outputs):其中HSI用于记录某一外部事件相对于时间基准(如定时器1)的发生时刻。此功能部件在检测到引脚上规定的跳变事件(包括正跳变、负跳变、每次正跳变、8个正跳变)后,将发生事件的类型与时刻记录下来,并产生相关中断。此部件适用于信号的时间参数测量。HSO则用于按程序规定的时间去触发某一事件(如置位/清零口线、启动A/D转换等),要求CPU的开销极小,速度极高。此部件便于实时输出控制,可用来产生多种信号波形。
EPA(Event Processor Array):实质上是捕捉/比较模块。所谓“捕捉”就是捕获产生于引脚上的跳变事件(有正跳变、负跳变、正负跳变等),记载这些输入事件相对于时基定时器发生的时刻;“比较”则是和预先规定好的时间作比较,预定时间一到就去执行某种输出功能(比如输出置为高、输出置为低、输出翻转、启动A/D转换、复位定时器等等)。可见,EPA和HSI/O的功能类似,但EPA在CPU开销上要求更少,性能更好一些。表1给出在不同时钟频率下两者分辨能力的比较。
表 1 HSI/O和EPA分辨能力的比较

部件名称
时钟频率/MHz
单位
16
20
25
50
HSI
1.125
0.9
.
.
μs
HSO
1
0.8
.
.
μs
EPA
250
200
160
80
μs

    PTS(Peripheral Transaction Server):实质上是中断服务机制的改进。对正常的中断服务,CPU都要“亲自”去执行,而现在的PTS提供了一种类似DMA的操作。当中断发生后,由微代码执行PTS周期。该周期就像DMA周期那样插入正常的指令流中,完成中断服务,这样CPU的开销比一般的中断响应要少得多。
    WG(Waveform Generator):可产生独立的、具有相同频率和工作方式的3对PWM波形。特别适合控制三相交流感应电机、直流无刷电机和其他需要多个PWM输出的场合。
另外,MCS196单片机总线控制器还具有可编程的等待状态发生器,可方便地与慢速外设接口。在运行中可动态选择8位或者16位的总线宽度,并能通过HOLD/HLDA协议方便地实现多处理器通信。
目前,MCS196系列主要有3种:① HSI/O系列,这类芯片具有高速输入、输出口;② EPA系列,这类芯片内部具有事件处理器阵列;③ Motor Control系列,这类芯片适用于电机控制。要注意上述分类也不是绝对的,往往在同一个型号的部件中,可同时具有多种功能。

一、 HSI/O系列

    本系列主要芯片有8XC196KB、8XC196KC、8XC196KD,产品分类如表2所列。
表 2 HSI/O系列一览表
 

产品型号
最高频率 /MHz
程序空间 /KB
寄存器 RAM/B
程序 RAM
I/O 引脚
I/O 类型
A/D 通道
寻址空间 /KB
定时/ 计数器
串行口
封装形式
温度
8XC196KB16
16
8
232
NO
48
HSI/O
8
64
2
1
N-68,S-80
C,E,A
8XC196KC20
20
16
488
NO
48
HSI/O
8
64
2
1
N-68,S-80,SB-80
C,E,A
8XC196KD20
16,20
32
1000
NO
48
HSI/O
8
64
2
1
N-68,S-80,SB-80
C,E,A

注:① 封装形式N:PLCCS:QFPSB:SQFPU:窄DIP。② 温度C:0~70℃E:-40~85℃A:-40~125℃。 (以上含义表3和表4同)
    8XC196KB是MCS196系列的第1个成员,片内具有8KB程序空间,232个字节的寄存器RAM。它采用高速输入/输出口进行事件处理。HSI/O最多有4个高速输入口,6个高速输出口。2个16位的定时/计数器均可用作时基发生器。其余的片内资源有:1路PWM,1个全双工串行通信口,1个看门狗定时器,1个8通道10位A/D转换器。48条输入/输出口(与部件复用)。
    8XC196KC的性能比8XC196KB要更进一步。它的片内有16KB的程序空间,488个字节的寄存器RAM,最高工作频率可达20MHz。除了具有8XC196KB的全部特点外,还具有如下特点:有3路PWM发生器;A/D转换器具有8位和10位2种方式;可对采样率和转换时间编程。在片内还加入外围事务处理服务器PTS,可大大减轻CPU在中断处理上的负担。
    8XC196KD除具有8XC196KC所具有的全部特点以外,它的片内还具有32KB的程序空间,1000个字节的寄存器RAM。由于片内存储空间的增大,所以,更适合于使用高级语言编程。这种芯片的最高频率也可达20MHz。

二、 EPA系列

    EPA系列芯片主要包括8XC196KR、8XC196KT、8XC196NT、8XC196NP、8XL196NP、80C196NU、80C196EA、87C196CA、87C196CB等,产品分类如表3所列。
    8XC196KR是MCS196系列中集成度较高、较复杂的一员。程序空间为16KB,488个寄存器RAM,256字节的内部RAM,内部RAM既可用来存储程序,也可用来存储数据。它使用EPA部件对事件进行监测与控制。当工作于16MHz时,EPA有250ns的分辨能力,包括10个捕捉/比较模块,2个仅用于比较的模块。EPA使用时非常灵活,可用来产生PWM输出。
    8XC196KR片内还有1个从机口,便于与其他系统总线相连。这种特性可将8XC196KR本身作为一灵活的、可编程的外设与PC总线相连。
    在8XC196KR中有2个串行口,一个是标准的串行口SIO;另一个是同步串行口SSIO,可进行全双工同步通信。2个串行口的波特率可独立编程。片内的A/D转换器继承于8XC196KC,又增加了可编程的阈值检测和偏差校正功能。
    8XC196KT是8XC196KR的增强型。程序空间为32KB,有1000个字节寄存器RAM和512个字节的片内RAM。它的总线控制器在支持存取低速存储器时具有新的工作模式。
    8XC196NP提供了可动态选择的多路复用总线。其他特点有:片内有片选单元,1MB的寻址能力,3路PWM输出,5V供电时最高工作频率可达25MHz。
表 3 EPA系列一览表

产品型号
最高频率 /MHz
程序空间 /KB
寄存器 RAM/B
程序 RAM
I/O 引脚
I/O 类型
A/D 通道
寻址空间 /B
定时/ 计数器
串行口
封装形式
温度
87C196KR
16
16
488
256
56
10EPA
8
64K
2
2
N-68
未查实
87C196KT
16
32
1000
512
56
10EPA
8
64K
2
2
N-68
未查实
8XC196NP
25
4
1000
NO
32
4EPA
0
1M
2
1
S-100,SB-100
C
C8XL196NP
13
4
1000
NO
32
4EPA
0
1M
2
1
S-100,SB-100
C
C8XC196NT
20
32
1000
512
56
10EPA
4
1M
2
2
N-68
C,E
E80C196NU
40,50
0
1000
NO
33,32
4EPA
0
1M
2
2
S-100,SB-100
C
C80C196EA
40
0
1K
3K
83
17EPA
3
2M
4
3
S-160
C
C87C196CA
16
32
1000
256
44
6EPA
6
64K
2
2
N-68
E
E87C196CB
16
56
1.5K
512
56
10EPA
8
1M
2
2
N-84
E

    E8XL196NP类似于8XC196NP,但可工作于低功耗工作方式(3V时,13MHz)。
8XC196NT和8XC196KT类似,但它有1MB外部寻址能力。A/D输入的4路由扩展地址口EPORT(the Extended Address Port)代替。4个EPORT口既可作标准口,也能作高4位地址线(A16~A19)。工作频率可达20MHz。
表 4 Motor Control系列一览表

产品型号
最高频率 /MHz
程序空间 /KB
寄存器 RAM/B
程序 RAM
I/O 引脚
I/O 类型
A/D 通道
寻址空间 /KB
定时/ 计数器
串行口
封装形式
温度
8XC196MC
16
16
488
NO
53
8EPA
13
64
2
1
N-84,S-80,U-64
E
8XC196MD
20
16
488
NO
64
12EPA
14
64
2
1
N-84,S-80
E
8XC196MH
16
32
744
NO
52
6EPA
8
64
2
1
N-84,S-80,U-64
E

    E80C196NU可工作于50MHz(5V时),使得它的性能比NP系列增强1倍。片内运算器采用32位,使乘除指令执行更快。NU系列的引脚和NP系列是兼容的,可方便地对NP系列进行升级。其他特点为:1MB寻址能力,3路PWM输出,片内选择单元等。
    80C196EA是MCS196系列中第1片用于电力机车控制的芯片。与其他型号相比,其性能有显著提高,包括:40MHz的工作频率、2MB的寻址能力、4KB的片内RAM、3条片选线的片内片选单元、每条片选线可动态分时实现地址/数据复用、每条片选线的等待状态可编程、17个高速捕捉/比较模块、8个高速比较输出模块、4个灵活的16位定时/计数器、8路PWM输出、2个全双工串行口、1个全双工同步串行口、堆栈溢出自动检查、16通道自动巡回A/D转换、串行调试接口等。
    在87C196CA和87C196CB中集成了符合CAN2.0规范的CAN总线控制器82527,使它们更适合于需要实时事件控制的场合。例如,可应用于防抱死刹车系统、四缸发动机控制系统中。

三、 Motor Control系列

    Motor Control系列主要芯片包括8XC196MC/MH、8XC196MD,产品分类如表4所列。
    8XC196MC/MH芯片内部有专门用于三相交流感应电机和直流无刷电机控制的硬件,也能用于电源逆变器中。MC芯片内部有仅供CPU使用的488个字节的寄存器RAM,程序空间16KB;MH芯片内部有744个字节仅供CPU使用的寄存器RAM,程序空间32KB。当时钟频率为16MHz时,进行一次16bit×16bit运算需1.75μs;进行一次32bit÷16bit运算需3μs。
    在MC/MH内部有独特的功能部件WG。它可以产生三相互补不重叠的PWM脉冲。在采用边沿触发时,具有125ns的分辨能力;中心触发时,具有250ns的分辨能力。WG具有多种可编程频率、占空比和消隐时间,每路波形输出的驱动能力很强,输出极性可以编程,并能强制为高或低电平。此外,还具有保护功能:当发生某意外事件时,响应该外部事件能立即停止输出。片内3路PWM,都有8位分辨率。既可同时控制,也可分开独立控制。
    在MC/MH中也采用EPA部件进行事件监测与控制:MC中有4路捕捉/比较模块和独立的4路比较模块;MH中有2路捕捉/比较模块和独立的4路比较模块。EPA具有125ns的事件处理分辨能力。
MC中A/D转换有13个通道;MH中有8个通道。可工作在8位或10位模式,采样时间、转换时间、阈值检测方式和偏差校正均可编程。
    在MC中具有特殊的PTS方式支持串行输入、输出(SIO)功能。MH中2个UART,均支持同步和异步方式。
    MC中有40条I/O口线和部件共用,另有13条输入线可作为模拟与数字输入;MH中有44条I/O口线和部件共用,另有8条输入线可作为模拟与数字输入。
    MD除具有MC的全部功能外,还有如下功能:
    ① 1路频率发生器产生频率可编程的方波,适用于红外遥控通信中;
    ② 在EPA中,再添加2路捕捉/比较模块和独立的2路比较模块;
    ③增加8条I/O口线,2条仅用于输入的口线和1路仅用于模拟/数字输入的口线。
    MD和MC的引脚兼容,便于对现有设计进行升级。MES

参考文献

1 8XC196MC 8XC196MD 8XC196MH Microcontroller User's ManualIntel Corporation
2 8XC196EA Microcontroller User's ManualIntel Corporation
3 8XC196NP 8XC196NU Microcontroller User'sManualIntel Corporation
4 8XC196Kx 8XC196Jx 87C196CA Microcontroller User's ManualIntel Corporation
5 孙涵芳主编.Intel 16位单片机.北京:北京航空航天大学出版社,1995

关键字:系列  单片机  分类  选型

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/qrsxt/200605/4071.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
系列
单片机
分类
选型

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved