CM11A

CM11A — это 8-разрядный однокристальный микроконтроллер, выпускавшийся компанией National Semiconductor (США) в 1980-х — начале 1990-х годов. Относится к семейству микроконтроллеров COP800, построен на базе архитектуры, схожей с процессорами серии NSC800. Предназначался для встраиваемых систем управления, бытовой электроники, промышленной автоматики и периферийных устройств.

История

Разработка микроконтроллеров семейства COP800 (Control-Oriented Processor) велась компанией National Semiconductor с конца 1970-х годов. CM11A стал одной из модификаций, предназначенной для задач, требующих умеренной производительности, малого энергопотребления и простоты интеграции. Выпуск модели начался в начале 1980-х годов, а пик её популярности пришёлся на середину десятилетия, когда микроконтроллеры активно вытесняли дискретные логические схемы в бытовой технике и промышленных контроллерах.

Снятие с производства произошло в начале 1990-х годов, когда на смену пришли более совершенные 16- и 32-разрядные микроконтроллеры, а также семейства с расширенной периферией (например, COP8). Тем не менее, CM11A остаётся известным в кругах коллекционеров и ретро-энтузиастов, а также используется в учебных целях для изучения основ микроконтроллерной техники.

Архитектура и характеристики

CM11A построен на гарвардской архитектуре, где память программ и память данных разделены. Основные технические параметры:

• Разрядность: 8 бит.
• Тактовая частота: до 4 МГц (внутренний генератор, внешний кварцевый резонатор или RC-цепь).
• Память программ: встроенное ПЗУ (ROM) объёмом 2 Кбайт (2048 байт).
• Память данных: встроенное ОЗУ (RAM) объёмом 128 байт.
• Регистры: 8-разрядный аккумулятор, 16-разрядный счётчик команд (PC), 8-разрядный регистр состояния (флаги), 8-разрядный индексный регистр (X), 8-разрядный регистр стека (SP).
• Система команд: 57 инструкций, большинство из которых выполняются за 1–2 такта. Поддерживаются операции сложения, вычитания, логические операции, сдвиги, условные и безусловные переходы, вызов подпрограмм, работа с портами ввода-вывода и таймерами.
• Периферия:
• 8-битный таймер/счётчик (с возможностью генерации прерываний).
• 8-битный сторожевой таймер (Watchdog Timer).
• 8-битный порт ввода-вывода (I/O) с возможностью индивидуальной настройки каждого бита на вход или выход.
• 8-битный порт ввода-вывода с дополнительными функциями (например, для подключения внешней памяти).
• Встроенный генератор тактовой частоты.
• Интерфейс для подключения внешнего кварцевого резонатора или RC-цепи.
• Напряжение питания: +5 В (типовое) с допустимым диапазоном от 4,5 до 5,5 В.
• Потребляемый ток: около 10 мА в активном режиме, менее 1 мА в режиме ожидания (HALT).
• Корпус: 28-выводной DIP (Dual In-line Package) или 28-выводной PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier).

Система команд и программирование

Микроконтроллер CM11A программируется на ассемблере COP800. Система команд включает:

• Арифметические: ADD, SUB, ADC, SBB.
• Логические: AND, OR, XOR, NOT.
• Сдвиги: SLL, SRL, RLC, RRC.
• Переходы: JMP, JZ, JNZ, JC, JNC, CALL, RET.
• Работа с портами: IN, OUT, MOV.
• Управление таймером: TIMER, WATCHDOG.
• Управление прерываниями: EI, DI, RETI.

Программирование осуществляется с помощью кросс-ассемблера, работающего на персональном компьютере (например, под управлением MS-DOS или эмулятора). Готовая прошивка записывается в ПЗУ микроконтроллера на этапе производства или с помощью внешнего программатора (для версий с однократно программируемой памятью — OTP).

Применение

Благодаря низкой стоимости, малому энергопотреблению и простоте программирования, CM11A нашёл применение в следующих областях:

• Бытовая электроника: стиральные машины, микроволновые печи, телевизоры, пульты дистанционного управления, игрушки.
• Промышленная автоматика: контроллеры для управления конвейерами, датчиками, исполнительными механизмами.
• Периферийные устройства: клавиатуры, мыши, принтеры, модемы.
• Автомобильная электроника: системы зажигания, управления двигателем, бортовые компьютеры.
• Учебные и исследовательские проекты: изучение основ микроконтроллерной техники, разработка простых устройств.

Разновидности

В рамках семейства COP800 выпускались несколько модификаций, отличающихся объёмом памяти, тактовой частотой и набором периферии:

• CM11A — базовая модель с 2 Кбайт ROM и 128 байт RAM.
• CM11B — версия с увеличенным объёмом ROM (4 Кбайт).
• CM11C — версия с расширенным набором команд и дополнительными портами ввода-вывода.
• CM11D — версия с пониженным напряжением питания (3,3 В) для портативных устройств.

Также существовали версии с однократно программируемой памятью (OTP) и с маскированным ПЗУ (ROM), программируемым на заводе-изготовителе.

Интересные факты

• Микроконтроллер CM11A использовался в некоторых моделях компьютеров Commodore 64 в качестве контроллера клавиатуры и дисковода.
• Архитектура COP800, на которой основан CM11A, была разработана под влиянием процессора Intel 8080, но с упрощённой системой команд и меньшим числом регистров.
• В СССР и России микроконтроллеры семейства COP800 не выпускались, но использовались в импортной бытовой технике и промышленном оборудовании.
• Несмотря на снятие с производства, CM11A остаётся популярным среди радиолюбителей и ретро-энтузиастов благодаря простоте и доступности документации.

Источники

• National Semiconductor. COP800 Family User’s Manual. — 1983.
• National Semiconductor. CM11A Data Sheet. — 1985.
• National Semiconductor. COP800 Microcontroller Handbook. — 1987.
• Horowitz P., Hill W. The Art of Electronics. — 2nd ed. — Cambridge University Press, 1989.
• Stiller A. Microcontroller Programming with COP800. — Prentice Hall, 1991.