Микроконтроллер Intel 8048

Микроконтроллер Intel 8048 — это 8-битный однокристальный микроконтроллер, выпущенный корпорацией Intel в 1976 году. Относится к семейству MCS-48 (Microcontroller System 48) и считается одним из первых коммерчески успешных микроконтроллеров, объединивших на одном кристалле центральный процессор, оперативную память, постоянную память и порты ввода-вывода. Архитектура Intel 8048 стала основой для множества встраиваемых систем, включая клавиатуры персональных компьютеров, бытовую технику и промышленные контроллеры.

История

Разработка Intel 8048 началась в середине 1970-х годов под руководством инженера Стивена Мазера (Stephen Mazor). Целью проекта было создание недорогого и компактного управляющего устройства, способного заменить сложные схемы на дискретных логических элементах и микропроцессорах с внешней памятью. Первые образцы были представлены в 1976 году, а серийное производство началось в 1977 году.

Intel 8048 стал первым микроконтроллером, в котором на одном кристалле были интегрированы:

• 8-битный центральный процессор (ЦПУ);
• 1 килобайт (1024 байта) масочного ПЗУ (ROM) для хранения программы;
• 64 байта статической оперативной памяти (ОЗУ) для данных;
• 27 линий ввода-вывода общего назначения (GPIO);
• 8-битный таймер/счётчик.

Микроконтроллер выпускался в 40-выводном корпусе DIP (Dual In-line Package) и работал на тактовой частоте до 6 МГц (в некоторых версиях до 11 МГц). Производство велось по n-МОП (n-канальная МОП) технологии с проектными нормами около 6 мкм.

В 1978 году Intel представила модификацию Intel 8049 с удвоенным объёмом ПЗУ (2 Кбайт) и ОЗУ (128 байт), а также версию Intel 8035 без встроенного ПЗУ (требовавшую внешнюю память программы). Семейство MCS-48 включало также варианты с EPROM (стираемое программируемое ПЗУ) — Intel 8748 и Intel 8749, которые позволяли многократно перепрограммировать микроконтроллер.

Архитектура и устройство

Центральный процессор

Intel 8048 использует 8-битную архитектуру с гарвардской моделью памяти (раздельные адресные пространства для программы и данных). ЦПУ включает:

• аккумулятор (A) — основной регистр для арифметических и логических операций;
• регистр флагов (PSW) — содержит флаги переноса, нуля, чётности и выбора банка регистров;
• два банка регистров общего назначения (по 8 регистров в каждом) — используются для временного хранения данных;
• 16-битный программный счётчик (PC) — адресует до 4 Кбайт внешней памяти программы;
• стек глубиной 8 уровней (реализован в ОЗУ).

Память

• ПЗУ программы: 1 Кбайт (8048) или 2 Кбайт (8049) масочного ПЗУ. В версиях с EPROM (8748/8749) — стираемое программируемое ПЗУ.
• ОЗУ данных: 64 байта (8048) или 128 байт (8049) статической памяти. Часть ОЗУ используется для стека и регистров специального назначения.
• Внешняя память: микроконтроллер может адресовать до 4 Кбайт внешней памяти программы (через порты P2 и P0) и до 256 байт внешней памяти данных.

Порты ввода-вывода

Intel 8048 имеет три 8-битных порта ввода-вывода (P1, P2, P0), но не все линии доступны одновременно:

• P1 и P2 — полноценные двунаправленные порты с внутренней подтяжкой к питанию;
• P0 — используется как шина адреса/данных при работе с внешней памятью, в обычном режиме — 8-битный порт ввода-вывода.

Общее количество линий ввода-вывода — 27 (включая линии управления: T0, T1, INT, RESET, RD, WR, ALE, PSEN).

Таймер/счётчик

Встроенный 8-битный таймер/счётчик может работать в двух режимах:

• Режим таймера — отсчёт внутренних тактовых импульсов (деление тактовой частоты на 32);
• Режим счётчика — подсчёт внешних импульсов на входе T1.

Таймер генерирует прерывание при переполнении.

Система команд

Intel 8048 имеет 96 команд (включая 8-битные и 16-битные инструкции). Большинство команд выполняются за один или два машинных цикла (2,5–5 мкс при частоте 6 МГц). Набор команд включает:

• арифметические (ADD, ADDC, SUB, DA A);
• логические (ANL, ORL, XRL, CLR, CPL);
• пересылки (MOV, MOVX, MOVP);
• условные и безусловные переходы (JMP, JZ, JNZ, JC, JNC, CALL, RET);
• операции с флагами и битами.

Применение

Intel 8048 и его модификации нашли широкое применение в различных устройствах, требующих недорогого и компактного управления. Наиболее известные примеры:

Клавиатуры персональных компьютеров

Микроконтроллер Intel 8048 использовался в клавиатурах IBM PC/XT (1981) и IBM PC/AT (1984). Он выполнял функции сканирования матрицы клавиш, устранения дребезга контактов, генерации скан-кодов и передачи данных по последовательному интерфейсу. В клавиатуре IBM PC/AT применялась версия Intel 8042 (аналог 8048 с дополнительными функциями).

Бытовая техника

Intel 8048 устанавливался в микроволновых печах, стиральных машинах, телевизорах и видеомагнитофонах. Например, в видеомагнитофонах формата VHS он управлял механизмом лентопротяжки и режимами воспроизведения.

Промышленные контроллеры

Микроконтроллер использовался в программируемых логических контроллерах (ПЛК), системах управления станками и робототехнике. Благодаря низкой стоимости и простоте программирования, он стал популярным в учебных лабораториях и любительских проектах.

Игровые автоматы и игрушки

Intel 8048 применялся в аркадных игровых автоматах (например, в игре «Pac-Man» 1980 года, где использовался микроконтроллер Z80 совместно с 8048 для управления звуком) и в электронных игрушках, таких как «Speak & Spell» (Texas Instruments, 1978).

Модификации и наследники

Семейство MCS-48 включало несколько основных моделей:

В 1980 году Intel выпустила семейство MCS-51 (микроконтроллер Intel 8051), которое стало более совершенным и популярным, но архитектура 8048 продолжала использоваться в некоторых нишевых применениях до середины 1990-х годов.

Интересные факты

• Intel 8048 стал первым микроконтроллером, который был использован в коммерческом продукте — клавиатуре IBM PC.
• Микроконтроллер 8748 (с EPROM) позволял разработчикам прототипировать устройства без заказа дорогостоящих масочных ПЗУ.
• В 1980-х годах Intel 8048 производился по лицензии компаниями NEC, Hitachi, Philips и другими.
• Архитектура MCS-48 была реализована в виде IP-ядра для FPGA (программируемые логические интегральные схемы) в начале 2000-х годов.

Источники

• Intel Corporation. MCS-48 Microcontroller User’s Manual. — 1978.
• Mazor, Stephen. The History of the Microcontroller // IEEE Annals of the History of Computing. — 2000. — Vol. 22, No. 4.
• Osborne, Adam. An Introduction to Microcomputers. — Osborne & Associates, 1978.
• Datasheet: Intel 8048/8049/8035/8748/8749. — Intel, 1980.