78K0-Familie

Der kleinste Mikrocontroller der Welt im Vergleich zum Standard SOT-23 Gehäuse

Bei den 78K-Familien handelt es sich um 8- und 16-Bit-Mikrocontrollerfamilien, die von der Firma NEC Electronics hergestellt werden. Die neueste 78K Familie ist die Ende 2006 eingeführte „78K0R“ Familie mit 16-Bit-Mikrocontrollern.

Familienübersicht

Die derzeit (November 2008) wichtigsten Unterfamilien sind dabei:

78K0S

die kleineren Controller innerhalb der 8 Bit Familie mit gegenüber dem 78K0 reduzierten Befehlssatz

• hier sind zum Beispiel einige Produkte der K Series für Standardanwendungen, 78K0S/Kx1+, verfügbar, mit 1 bis 8 KByte Flash, 128 oder 256 Byte RAM, 1 Registerbank mit den 8 bzw. 16 Bit Registern A-X, B-C, D-E und H-L, Gehäusegrößen von 10 bis 30 Pin^[1]

Aus dieser Familie stammt auch das weltweit kleinste Chipgehäuse für einen Mikrocontroller, als BGA-Gehäuse mit den Aussenmaßen von nur rund 1,9 mm × 2,2 mm bietet es Platz für 16 Balls (Pins) und unter anderem integrierten 4 Kilobyte Flash, 128 Byte RAM, 4 Kanal 10 Bit AD-Wandler, ein 8 Bit und ein 16 Bit Timer, bis zu 14 I/O Leitungen sowie On-Chip Oszillatoren. Die Produktbezeichnung lautet 78K0S/KY1+ bzw. µPD78F9212.

78K0

die verbreitetste NEC 8 Bit Familie. 4 Registerbänke mit jeweils 8 bzw. 16 Bit Registern A-X, B-C, D-E und H-L, Multiplikations- und Divisionseinheit im Kern (8x8 bzw. 16/8 zum Teil auch mit 16x16 bzw. 32/16).

Einige Produkte sind

• 78K0/Kx2 in der "K Series" für Standardanwendungen, mit 8 bis 128 KByte Flash, 512 Byte bis 7 KByte RAM, Gehäusegrößen von 30 bis 80 Pin^[2].

• 78K0/Fx2 in der "F Series" mit und ohne CAN, insbesondere für Automobilanwendungen, mit 32 bis 128 KByte Flash, 2 Byte bis 7 KByte RAM, Gehäusegrößen von 44 bis 80 Pin^[3].

• 78K0/Lx3 in der "L Series" mit integriertem LCD-Controller. Es können LCD-Displays mit bis zu 8 fach multiplex mit 36 I/O, das heißt bis 288 Elemente (oder z. B. auch 4 × 40 Elemente) angesteuert werden. 8 bis 60 KByte Flash, 512 Byte bis 2 KByte RAM, Gehäusegrößen von 48 bis 80 Pin^[4]. Daneben wird auch noch die ältere Version 78K0/Lx2 angeboten, diese bestehen im Gegensatz zur 78K0/Lx3 intern aus 2 Dies, hier können LCD-Displays nur bis zu 4 fach multiplex mit maximal 40 I/O angesteuert werden. 16 bis 128 KByte Flash, 756 Byte bis 7 KByte RAM, Gehäusegrößen von 64 bis 100 Pin

• Dazu kommen noch einige ASSPs (Applikationsspezifische Standardprodukte) für z. B. Motor Control, spezielle Automotive Anwendungen oder USB (Function)

78K0R

die neue 16 Bit Familie. Besonderheiten sind etwa der integrierte DMA-Controller, eine 3 stufige Befehlspipeline und bei einigen Produkten ein externes Speicherinterface. Der Registersatz ist der gleiche wie bei der 78K0-Familie, also 4 Bänke mit jeweils acht 8 Bit oder vier 16 Bit Registern.

Einige Produkte sind

• 78K0R/Kx3 in der "K Series", mit 64 bis 512 KByte Flash, 4 bis 30 KByte RAM, Gehäusegrößen von 64 bis 144 Pin ^[5].

• 78K0R/Kx3-L in der "K Series", mit 16 bis 64 KByte Flash, 1 bis 3 KByte RAM, Gehäusegrößen von 44 bis 64 Pin

• 78K0R/Ix3 in der "I Series", mit 16 bis 64 KByte Flash, 1 bis 3 KByte RAM, Gehäusegrößen von 30 bis 64 Pin^[6]

Speicheraufteilung

Die Speicheraufteilung ist nach der Von-Neumann-Architektur ausgeführt, d. h. Programm- und Datenspeicher werden über einen gemeinsamen Bus angesprochen.

Bei den 8-Bit-Controllern der Serie 78K0 kann ein Flashbereich bis 60 KB linear angesprochen werden, bei den Bausteinen mit mehr als 60 KB Flash werden die Bereich größer 32 KByte in sogenannte Bänke von jeweils 16 KByte eingeteilt.

Die 16 Bit Controller der Familie 78K0R können ihren kompletten Speicher linear adressieren.

Interruptbehandlung

Voll vektorisierte Interruptbearbeitung für jede Interruptquelle mit zuweisbarem Prioritätslevel

Der Oszillator

Die Mikrocontroller der 78K-Familie verfügen alle über einen 8-MHz-Oscillator auf dem Chip. Darüber hinaus befindet sich noch ein stromsparender 240-kHz-Ringoszillator für den Watchdog auf dem Chip, dieser Ringoszillator kann aber nicht die CPU oder andere Peripherie mit einem Takt versorgen.

Interne Peripherie

Die Ausstattung mit interner Peripherie unterscheidet sich von Derivat zu Derivat, besteht aber prinzipiell u. a. aus den folgenden Funktionsblöcken:

• Timer, in 8- und/oder 16-bit Breite

• A/D-Wandler

• PWM

• Standard-Kommunikationsschnittstellen UART (teils auch LIN-kompatibel), SPI und I²C

• USB-Function (Slave) für maximal 12 MBit/s (FullSpeed-USB)

• CAN 2.0B

• Watchdog-Timer

• LCD-Controller und -Treiber für Matrix-LCDs

Diese Peripheriefunktionen werden über spezielle Funktionsregister angesprochen und können je nach Funktion verschiedene Interrupts auslösen.

Programmentwicklung

Um den Microcontroller in einer Anwendung einsetzen zu können, muss zuerst vom Entwickler ein Programm entwickelt werden. Die Programmentwicklung kann mittels Assembler oder einer Hochsprache, z. B. C geschehen. In der Industrie kommt heute zumeist nur noch C zum Einsatz, da der Programmcode später damit besser zu pflegen ist.

• Programmierung in C

C-Compiler zur Programmerzeugung sind von NEC Electronics und IAR verfügbar.

• Fehlersuche – Emulator

Zum Debuggen kann man auf den Emulator von NEC, den IE-Cube, zurückgreifen. Mit dem IE-Cube kann man die Chips aber nicht programmieren.

• Fehlersuche – Debugger

Zum preisgünstigen Debuggen kann man bei vielen 78K-Derivaten auch auf einen On-Chip Debugger von NEC, den ältern MiniCube (verschieden für die verschiedenen Familien) oder den neuen MiniCube2 (ein Modell für alle Familien inklusive der 32 Bit V850 Controller), zurückgreifen. Mit den MiniCube und MiniCube2 kann man die Chips auch programmieren.

• Programmierung

Dieser Vorgang wird auch als Brennen bezeichnet. Dies bedeutet, dass Informationen (z. B. ein compiliertes Programm, auch Firmware genannt) auf dem internen Flash-Speicher oder OTP-Speicher des Bausteins gespeichert werden. Hierzu bieten die 78K-Microcontroller eine serielle Programmier-Schnittstelle, die auch noch zur Übertragung des Maschinencode benutzt werden kann, wenn der Chip bereits in die Schaltung eingebaut wurde. Dieser Vorgang kann dann mit einem Programmiergerät oder bei neueren Derivaten mit einem der oben aufgeführten Debugger durchgeführt werden. Ein Programmiergerät gibt es von NEC Electronics unter der Bezeichnung ‚PG-FP5‘.

Minicube2

78K0R Evalboard 78K0R - Cool-It

78K0 Minicube

78K0S Demoboard Low Pin Count - Do-It

Anwendungen

Die 78K-Microcontroller von NEC Electronics lassen sich in vielen Standard- und Spezialanwendungen von Industrie, Automobiltechnik, Kommunikation oder Medizintechnik einsetzen. Hauptanwendungsgebiete sind in der Antriebstechnik zum Ansteuern und Regeln von Motoren, z. B. Bürstenmotoren (DC-Motoren) oder Bürstenlose Motoren (BLDC), in der Automobilelektronik als intelligenter Sensor oder Aktor.

Einzelnachweise

1. ↑ NEC Homepage für die 78K0S
2. ↑ NEC Homepage für die 78K0/Kx2
3. ↑ NEC Homepage für die 78K0/Fx2
4. ↑ NEC Homepage für die 78K0/Lx2 und Lx3
5. ↑ NEC Homepage für die 78K0R/Kx3
6. ↑ NEC Homepage für die 78K0R/Ix3

Weblinks

• Europäische Homepage von NEC Electronics (englisch)
• IAR Homepage