1000 и одна микронтроллерная схема. Вып. 3

С. М. РЮМИК 

1000 И одна
 МИКРоКонтРоллеРная
СхеМа

ВЫПУСК 3

Москва
дМК-Пресс
2016

УДК  621.316.544.1 + 004.312.46
ББК  31.264
 
Р97

Р97
Рюмик, С. М.
1000 и одна микронтроллерная схема. Вып. 3 / С. М. Рюмик. — М. :
ДМК-Пресс, 2016. — 356 с. : ил. — ISBN 978-5-97060-348-2.

Книга является третьей частью авторского издания под общим титульным названием «1000 
и одна микроконтроллерная схема». Ранее в издательстве «Додэка-XXI» вышли в свет две книги 
из данной серии: «Выпуск 1» (2010 г.) и «Выпуск 2» (2011 г.). Новая книга «Выпуск 3» служит их 
логическим продолжением и дополнением. В ней содержатся электрические схемы сопряжения 
микроконтроллеров с внешними устройствами. Основной упор, в отличие от аналогичных по 
тематике изданий, делается на рассмотрение небольших, конструктивно завершённых, схемных 
узлов.
В книге освещается работа базовых микроконтроллерных подсистем, в частности ввода и 
вывода сигналов, питания, тактирования, сброса, программирования. Уделяется должное внимание популярным интерфейсам: USB, SPI, RS-485, I2C, 1-Wire. Приводятся схемы электрической «обвязки» для популярных плат Arduino, которые тоже содержат микроконтроллеры.
Книгу можно считать справочником типовых решений, поскольку все электрические схемы 
систематизированы по разделам и снабжены краткими пояснениями о назначении элементов. 
Ссылки на дополнительные материалы и литературу даны в конце каждого из разделов. В общей 
сумме в трёх книгах «Выпуск 1...3» насчитывается около 3000 схем.
В книге содержится мини-курс, посвящённый компьютерному моделированию. Приводится 
методика анализа небольших узлов, подключаемых к выводам микроконтроллеров. С помощью 
моделирования можно заранее спрогнозировать результат работы устройства без паяльника и 
без макетирования «в железе».
Книга будет полезна разработчикам электронной аппаратуры, радиолюбителям (в том числе 
начинающим), студентам, а также всем неспециалистам в области электроники, самостоятельно 
осваивающим микроконтроллеры.
.

УДК  621.316.544.1 + 004.312.46
ББК  31.264

ISBN 978-5-97060-348-2
© Рюмик, С.М., 2016
© Оформление, Издание, ДМК Пресс, 2016

Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть воспроизведена в любой 
форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографирование, 
ксерокопирование или иные средства копирования или сохранения информации, без 
письменного разрешения издательства.

СодеРжанИе

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Глава 1. Из чего состоит МК
1.1.  Загадки терминологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
1.2.  Историческая справка .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .16
1.3. Обновлённая классификация МК .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .19
1.4. Микроконтроллерные новости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
 
1.4.1. Мультиядерные МК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
 
1.4.2. Гибкие МК  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
 
1.4.3. МК с сегнетоэлектрической памятью FRAM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  22
 
1.4.4. Беспроводные МК. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
 
1.4.5. 32-битные МК начального уровня  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
 
1.4.6. Клонирование МК  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.5. Мотивация в изучении МК .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  27
1.6. Какой МК выбрать?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.7. Внутреннее устройство МК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
 
1.7.1. Обновлённая структурная схема МК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
 
1.7.2. Центральное вычислительное устройство .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  32
 
1.7.3. Память ОЗУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
 
1.7.4. Память ПЗУ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
 
1.7.5. Подсистема прерываний .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  33
 
1.7.6. Подсистема интерфейсов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
 
1.7.7. Подсистема программирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
 
1.7.8. Подсистема питания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
 
1.7.9. Подсистема начального сброса  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
 
1.7.10. Подсистема тактирования  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
 
1.7.11. Подсистема портов ввода/вывода .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  42
1.8. Условные обозначения на схемах с идеализированным МК  . . . . . . . . . . . . 48
Список использованных источников и литературы к главе 1  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  54

Оглавление 

Глава 2. Типовые схемы узлов ввода МК
2.1. Приём аналоговых и цифровых сигналов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  55
 
2.1.1. Приём сигналов низкого напряжения  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  55
 
2.1.2. Приём сигналов высокого напряжения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
 
2.1.3. Внутренний аналоговый компаратор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.2. Входные усилители сигналов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
 
2.2.1. Усилители на транзисторах и микросхемах  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
 
2.2.2. Трансформаторная развязка .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  64
2.3. Механические датчики .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  65
 
2.3.1. Энкодеры .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  65
 
2.3.2. Кнопки, переключатели  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
 
2.3.3. Датчики вибрации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.4. Акустические датчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
 
2.4.1. Микрофоны и громкоговорители. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.5. Оптические датчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
 
2.5.1. Дискретные фотодатчики  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
 
2.5.2. Интегральные фотомодули. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
 
2.5.3. Оптопары .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  73
 
2.5.4. Датчики с открытым оптическим каналом  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.6. Температурные датчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
 
2.6.1. Терморезисторы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  75
 
2.6.2. Термопары  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
 
2.6.3. Интегральные термодатчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.7. Погодные датчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
 
2.7.1. Датчики атмосферного давления  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  78
2.8. Прочие схемы узлов ввода  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  80
Список использованных источников и литературы к главе 2  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  84

Глава 3. Типовые схемы узлов управления и тактирования
3.1. Формирователи сигнала начального сброса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.2. Внешние источники опорного напряжения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.3. Стабилизация тактовой частоты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
3.4. Приём тактовых сигналов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.5. Прочие схемы тактирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Список использованных источников и литературы к главе 3  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  94

Глава 4. Типовые схемы подачи питания на МК
4.1. Параметрические стабилизаторы напряжения  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  95
4.2. Линейные интегральные стабилизаторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.3. Импульсные DC/DC-преобразователи напряжения. . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.4. «Импульсно-линейные» источники питания .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  98
4.5. Электронное включение/выключение питания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.6. Фильтрация питания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.7. Прочие схемы организации питания .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 103
Список использованных источников и литературы к главе 4  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 106

Оглавление      5

Глава 5. Типовые схемы узлов вывода МК
5.1. Светодиодные индикаторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
 
5.1.1. Одиночные светодиоды. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
 
5.1.2. Сокращение числа соединительных линий .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 110
 
5.1.3. Одиночные светодиоды с буферными элементами. . . . . . . . . . . . . . 111
 
5.1.4. Цепочки светодиодов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 114
 
5.1.5. Линейки светодиодов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 115
 
5.1.6. Светодиодные матрицы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
 
5.1.7. Двухцветные светодиоды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
 
5.1.8. Трёхцветные светодиоды .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 120
 
5.1.9. ИК-светодиоды  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
 
5.1.10. Многоразрядные семисегментные индикаторы . . . . . . . . . . . . . . . 122
 
5.1.11. Уплотнение сигналов в семисегментных индикаторах .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 124
 
5.1.12. Буквенно-цифровые индикаторы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 126
 
5.1.13. Алфавитно-цифровые OLED-модули. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
 
5.1.14. Цветные OLED-дисплеи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
 
5.1.15. Лазерные излучатели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
 
5.1.16. Мигающие светодиоды  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
 
5.1.17. Излучатели внутри оптопар. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.2. Накальные и газоразрядные индикаторы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
 
5.2.1. Электрические лампы накаливания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
 
5.2.2. Ваккуумные индикаторы семейства Nixie .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 141
 
5.2.3. Низковольтные люминесцентные вакуумные индикаторы . . . . . . . . . 143
 
5.2.4. Прочие газоразрядные индикаторы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.3. Жидкокристаллические индикаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
 
5.3.1. Семисегментные ЖКИ .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 146
 
5.3.2. Алфавитно-цифровые ЖК-модули (АЦЖК)  . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
 
5.3.3. ЖК-дисплеи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.4. Звуковая система. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
 
5.4.1. Ультразвуковые излучатели  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
 
5.4.2. Транзисторные усилители звука. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
 
5.4.3. Интегральные усилители звука  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
 
5.4.4. Генерация звука через ШИМ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
 
5.4.5. Генерация звука через ЦАП  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
 
5.4.6. Формирование огибающей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.5. Ключевые узлы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
 
5.5.1. Транзисторные ключи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
 
5.5.2. Узлы управления параметрами  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
5.6. Электродвигатели  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 163
 
5.6.1. Транзисторное управление двигателями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
 
5.6.2. Управление двигателями через мостовые схемы  . . . . . . . . . . . . . . . 166
 
5.6.3. Микросхемы управления двигателями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
 
5.6.4. Шаговые двигатели  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 170
 
5.6.5. Серводвигатели  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

Оглавление 

5.7. Генерация, модуляция, переключение сигналов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
 
5.7.1. Формирование телевизионных сигналов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
 
5.7.2. Коммутация сигналов с участием МК  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 176
 
5.7.3. Подключение ЭРИ к внешнему тракту. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
 
5.7.4. Генерация сигналов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 178
5.8. Силовая электроника .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 180
 
5.8.1. Элементы Пельтье . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
 
5.8.2. Механические реле общего применения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
5.9. Прочие схемы узлов вывода  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 182
Список использованных источников и литературы к главе 5  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 187

Глава 6. Типовые схемы комбинированных узлов ввода/вывода
6.1. Информационно-измерительные узлы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
6.2. Схемы с программной обратной связью .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 197
6.3. Подключение внешних АЦП  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
6.4. Опрос состояния кнопок и переключателей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
6.5. Опрос тастатуры .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 202
6.6. Сокращение числа линий при опросе кнопок  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
6.7. Измерение частоты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
6.8. Светоизлучатели и фотоприёмники  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
6.9. Датчики со знакопеременным напряжением .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 209
6.10. Прочие схемы узлов ввода/вывода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
Список использованных источников и литературы к главе 6  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 216

Глава 7. Типовые схемы интерфейсных узлов
7.1. COM-порт  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
7.2. Интерфейс USB  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
7.3. Интерфейс CAN .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 222
7.4. Интерфейс «1-Wire» .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 223
7.5. Интерфейс «K-Line». . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
7.6. Интерфейс I2C  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 226
7.7. Интерфейсы UART/USART .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 230
7.8. Интерфейс RS-485. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
7.9. Интерфейс «Токовая петля»  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 235
7.10. Часы реального времени RTC  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
7.11. Интерфейс SPI  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
7.12. Интерфейс карт памяти MMC/SD  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
7.13. Работа с навигационными модулями GPS .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 246
7.14. Интерфейс MIDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
7.15. Интерфейс S/PDIF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
7.16. Прочие интерфейсы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 252
Список использованных источников и литературы к главе 7  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 256

Глава 8. Типовые схемы автономных устройств
8.1. Микроконтроллерные модули питания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
8.2. Встраиваемые микроконтроллерные узлы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
8.3. Измерительные устройства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

Оглавление      7 

8.4. Самостоятельно значимые устройства .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 267
8.5. Вблизи от терменвокса  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 271
8.6. Устройства автоматики .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 274
8.7. Дорабатываемые устройства .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 275
Список использованных источников и литературы к главе 8  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 277

Глава 9. Схемы для Arduino
9.1. Кратко про Arduino  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
 
9.1.1. Постановка задачи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
 
9.1.2. На кого рассчитан проект Arduino? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
 
9.1.3. Платформа «Open»  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
 
9.1.4. Историческая справка  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
 
9.1.5. Особенности Arduino  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 283
 
9.1.6. Тестовая проверка Arduino .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 285
 
9.1.7. Философия Arduino .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 291
9.2. Схемы подключения Arduino  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
 
9.2.1. Схемы с цифровыми входами  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 292
 
9.2.2. Схемы с аналоговыми входами  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
 
9.2.3. Схемы цифровых выходов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 297
 
9.2.4. Схемы аналоговых выходов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
 
9.2.5. Комбинированные схемы со входами и выходами .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 303
 
9.2.6. Конструкции на базе Arduino  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
Список использованных источников и литературы к главе 9  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 309

Глава 10. Схемы, не рекомендуемые к применению
10.1. О достижении цели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
10.2. Примеры анализа электрических схем  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
 
10.2.1. Разноцветный «светодинамик»  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
 
10.2.2. Помехи в канале АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
 
10.2.3. Внешняя нагрузка на выходе Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
 
10.2.4. Arduino в качестве конвертора USB-UART. . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
Список использованных источников и литературы к главе 10  . . . . . . . . . . . . . 318

Глава 11. Среда моделирования Micro-Cap
11.1. Компьютерное моделирование. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
11.2. Micro-Cap: ограничения, версии, установка .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 323
11.3. Технология рисования схем в Micro-Cap .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 326
11.4. Базовые логические элементы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 329
 
11.4.1. Схема замещения КМОП-инвертора .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 329
 
11.4.2. Компоненты замещения из библиотеки Micro-Cap  . . . . . . . . . . . . 330
 
11.4.3. Схема замещения КМОП-триггера Шмитта. . . . . . . . . . . . . . . . . 331
 
11.4.4. Схема замещения КМОП-инвертора с регулируемыми фронтами. . . . 332
 
11.4.5. Моделирование аналоговых входов/выходов МК. . . . . . . . . . . . . . 334
 
11.4.6. Модели в формате IBIS  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 335
 
11.4.7. Текстовая макромодель инвертора для МК  . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
 
11.4.8. Экспериментальное уточнение параметров макромодели. . . . . . . . . 338

Оглавление 

11.5. Моделирование подсистем МК  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
 
11.5.1. Моделирование подсистемы питания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
 
11.5.2. Моделирование подсистемы начального сброса  . . . . . . . . . . . . . . 342
 
11.5.3. Моделирование подсистемы тактирования  . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
 
11.5.4. Моделирование подсистемы портов ввода/вывода .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 344
Список использованных источников и литературы к главе 11  . . . . . . . . . . . . . 346

Послесловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

Приложения

        Приложение 1. Ссылки и адреса в Интернете  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 349

        Приложение 2. Список аббревиатур. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353

 ВВеденИе

Человек вырастает по мере того, как растут его цели  
(Фридрих Шиллер)

Эта книга предназначена в первую очередь для электронщиков, а каждый 
электронщик в душе немного «Художник», немного «Трудяга», немного «Прагматик» и немного «Альтруист».
«Художник» подталкивает человека к поиску нестандартных способов решения сложных проблем, к изобретению новых электрических схем, к изучению новых языков программирования. Он даёт творческие силы, вдохновение и желание 
создавать то, чего раньше никто не делал, а также придумывать то, до чего раньше 
никто не смог додуматься.
К сожалению, гениальные идеи и озарение иногда уводят в сторону от простых 
и ясных решений, а отсутствие похвалы может отбить охоту к творчеству. Тем не 
менее художественная жилка заставляет электронщика ювелирно подстраивать 
электрические параметры с точностью до милливольта, красиво рисовать электрические схемы, симметрировать проводники на печатной плате, оптимизировать «до байта» программный код и писать подробные комментарии в листингах. 
Награда за лишнюю трату времени — глубокое моральное удовлетворение от проделанной работы.
«Трудяга» просыпается в человеке тогда, когда приходится действовать в единой команде под общим началом. Здесь не столь важно, какую именно часть изделия предстоит спроектировать. Главное, успеть в срок, не подвести товарищей. 
А для этого можно допоздна посидеть с паяльником в руках над макетной платой, 
ещё раз дотошно перепроверить результаты измерений, протестировать программу на устойчивость к воздействию граничных условий. Оригинальные решения и 
блестящие идеи, само собой, отходят на второй план. Лучше пойти по проторенной дороге и гарантированно получить результат без всяких неожиданностей.
«Прагматик» в человеке больше всего обеспокоен личными интересами и 
финансовым благополучием. Это под его тихое «нашёптывание» электронщик 
штампует безликие, но очень прибыльные проекты, думая о хлебе насущном и 
предстоящих покупках в магазине. Личные и семейные проблемы берут верх над 
мечтой о великом, а текучка съедает все мысли о необходимости дальнейшей учёбы и самосовершенствования. Домашние поделки «прагматик» мастерит не спеша, пытаясь найти любые оправдания задержкам. А если и делает, то с чьей-либо 
помощью, перекладывая часть забот на чужие плечи. Для изготовления, как правило, выбираются эффектные приборы с броским внешним видом, чтобы набрать 
баллы значимости в глазах у окружающих.

Введение   

«Альтруист» скрыт в электронщике как «чёртик в табакерке». Никогда заранее 
не знаешь, что он задумал и когда проявит себя во всей красе. Примеры — неожиданный творческий порыв раздачи умных технических советов, генерация оригинальных схемных решений и дельных подсказок на форумах в Интернете, когда 
можно было бы и промолчать, написание бесплатных компьютерных программ, 
дарение радиодеталей малознакомым людям, безвозмездный ремонт радиоаппаратуры — да мало ли что ещё!
У каждого из четырёх перечисленных типажей характера есть плюсы и минусы. «Художник» заведует творческими способностями, но склонен к чрезмерному усердию и самовосхвалению. «Трудяга» воспитывает в человеке дисциплину и 
стимулирует достижение конечной цели, но он панически опасается перемен и 
изменения правил. «Прагматик» может далеко наперёд просчитать развитие ситуации, но делать работу любит за чужой счёт. «Альтруистом» быть хорошо, но 
постоянно им быть весьма накладно.
Возвращаясь от лирического отступления к трудовым будням, можно сказать, 
что настоящая книга предназначена для всех электронщиков безотносительно 
того, какой характер в них преобладает. Если внимательно присмотреться, то и в 
данной книге можно найти аналогичные психологические моменты. Например, 
придумать классификацию и рассортировать по порядку микроконтроллерные 
схемы — это творчество; собрать информацию из разных журналов, книг, Интернета — это большой труд; выбрать из массы технических решений только практически значимые — это прагматизм; решиться написать третью книгу после «хождения по мукам» с двумя первыми — это альтруизм по отношению к читателям.
В 2010 и 2011 г. в издательстве «Додэка-XXI» были выпущены две авторские 
книги «1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 1» и «1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2» (далее — «Выпуск 1» и «Выпуск 2»). В них представлены 
сведения об архитектуре микроконтроллеров (МК), дана классификация микроконтроллерных семейств, сделан подробный анализ так называемого «идеализированного» МК на структурном, функциональном и логическом уровнях. В отдельных главах проанализированы типовые схемы узлов различных подсистем: 
ввода/вывода сигналов, питания, начального сброса, тактирования, программирования.
Настоящая книга является логическим продолжением первых двух выпусков. 
Стиль, подача материала, оформление первоисточников остаются прежними. К 
каждой схеме даются краткие пояснения. Иногда их больше, иногда их меньше, 
что зависит от объёма графики на странице. Главное, что схемы и пояснения физически находятся в одном и том же месте, перелистывать книгу не требуется.
Схемы надо изучать внимательно, «торопясь, не спеша». Краткость изложения 
приводит к тому, что осмысление логики работы устройства заставляет человека 
тренировать свой мозг и строить разные гипотезы о том, как же всё-таки эта схема 
работает. Процесс похож на разгадывание ребуса или участие в квесте. Ответы на 
возникающие вопросы могут находиться в пояснениях к другим схемам, имеющим аналогичное построение.
На основе существующих схем можно разрабатывать свои собственные. Недаром в любом деле ценятся специалисты, проявляющие креативность — т.е. умение 
создавать новое знание. А новое знание лучше всего создаётся на базе старого.

Введение       11

Все представленные в настоящей книге схемы рассортированы и разложены 
«по полочкам» согласно принятой ранее классификации. В книгу вошли новые 
подразделы, новые интерфейсы, новые перспективные направления, например 
Arduino. Это ответ на постоянное совершенствование архитектуры МК и увеличение функциональных возможностей микросхем.
Объём каждой из трёх книг не выходит за пределы 400 страниц. Это, думается, оптимальный вариант для компактного хранения на книжной полке каталога 
электрических схем, который всегда должен быть под рукой. Разумеется, существуют и электронные версии книг, предназначенные для чтения текста с экрана 
компьютера. Правда, опыт многих поколений показывает, что держать в руках бумажный фолиант намного приятнее и привычнее.
В теоретической части книги (глава 1) освещаются новые тенденции в классификации МК, уточняется их внутреннее устройство в свете появления недорогих 
моделей с разрядностью 32 бита. Приводятся условные графические обозначения, 
принятые в электрических схемах, содержащих идеализированный МК. Они в 
основном остались прежними, хотя добавились и новые.
В практической части книги (главы 2…10) представлен сборник схемных решений для подключения к МК входных, выходных, комбинированных узлов, а 
также интерфейсов, измерительных блоков, автономных приборов, устройств автоматики, конструкций с модулем Arduino. Многие электрические схемы взяты из 
интернациональной части Интернета, поэтому ссылки на их описания могут быть 
на английском, китайском, японском, немецком, нидерландском, греческом, турецком, итальянском и других языках.
В сумме с двумя первыми книгами получается справочник, состоящий почти 
из 3000 микроконтроллерных схем. Это уже вполне солидный капитал, с которым 
можно достаточно профессионально проектировать разнообразные устройства на 
основе 8-, 16- и 32-битных МК.
В программной части книги (глава 11) содержится обзор бесплатных систем 
компьютерного моделирования электронных схем. Для повседневной работы предлагается «студенческая» версия программы Micro-Cap фирмы Spectrum 
Software, переведенная на русский язык. Она достаточно популярна среди радиолюбителей, благодаря неограниченному сроку действия и простоте инсталляции.
Большим подспорьем при изучении Micro-Cap служат примеры схем, размещённые в Интернете, а также добротная учебная литература, издаваемая на русском языке. Моделирование позволяет без паяльника выяснить, будет ли работать 
схема, а если будет, то с какими параметрами и характеристиками.
В отношении МК — моделирование проводится на уровне подключения внешних контактов. Это позволяет использовать в качестве объектов моделирования 
практически все электрические схемы, приведенные в данной книге. Реальные 
радиоэлементы легко заменяются их виртуальными аналогами: резисторами, 
конденсаторами, транзисторами, диодами, переключателями, электронными 
ключами. Входные сигналы имитируются многофункциональными виртуальными генераторами. Источники питания  — батареями. При этом ошибки в электрических соединениях не приведут к фатальным последствиям, ведь воображаемые 
радиодетали не горят и не плавятся.

Введение   

В справочной части книги (приложения 1, 2) приводится вспомогательная информация, дополняющая общую картину. Отдельный компакт-диск к книге не 
прилагается. В эпоху широкого распространения Интернета нет смысла дублировать ту информацию, которую можно свободно скачать в Сети.
Ссылки на литературу и интернет-источники даются отдельно для каждой главы книги. Это хорошее подспорье тем, кто планирует дальнейшее самообразование. Библиография получилась с преобладанием английского языка, который в 
последнее время становится «лингва франка» в микроконтроллерном деле. Это 
объективная реальность, и к ней надо приспосабливаться.
Некоторые схемы, приведенные в настоящей книге, были специально изменены (по сравнению с оригиналом), чтобы учесть особенности идеализированного МК. Привнесённые «улучшизмы» никак не умаляют заслуг авторов этих схем. 
Они являются первопроходцами, и им выражается глубокая благодарность и признательность.
Порядок изучения материала в книге непринципиальный, но главе 1 всё-таки 
надо отдать предпочтение, чтобы освежить в памяти условные графические обозначения и разобраться в нововведениях внутреннего устройства МК.
Электрические схемы из глав 2...9 можно просматривать в любом порядке, в 
зависимости от поставленной цели. Как и прежде, рекомендуется освоить метод 
беглого пролистывания большого количества схем.
Во многих случаях важно не само техническое решение, а понимание того, 
насколько сложно оно реализуется на практике и с какими трудностями придётся столкнуться при составлении программы. Здесь как раз и поможет краткий 
сборник схем, подсказывающий пути решения проблемы, которые уже кем-то и 
когда-то были пройдены.
В настоящем издании использованы идеи, принципы и концепции, опубликованные в открытой литературе, печатных журналах, в Интернете. Это не противоречит части 4 статьи 6 Закона Российской Федерации «Об авторском праве и 
смежных правах»: «Авторское право не распространяется на идеи, методы, процессы, системы, способы, концепции, принципы, открытия, факты».
Автор книги и издательство предоставляют материалы, программы и схемы на 
условиях «как есть» («as is»), без каких-либо гарантий отсутствия ошибок и соответствия требованиям промышленных и государственных стандартов. Автор 
книги и издательство не несут юридической ответственности за прямые или косвенные, преднамеренные или случайные повреждения, возникшие в результате 
использования схем и прочей информации из данной книги.

ГлаВа 1

Из чего СоСтоИт МК

Кто знает аз да буки, тому и книга в руки
(Русская пословица)

1.1.  загадки терминологии

За последнее время в техническом мире появилось много названий, в которых 
содержатся в разной комбинации слова: «микро», «мини», «нано», «контроллер», 
«компьютер», «процессор». Термины звучат похоже, но по физической сути они 
заметно различаются.

Микропроцессор (рус. МП, англ. MPU, Micro Processing Unit) — дословно означает «компактное процессорное устройство» или «процессор на одном кристалле». Относится к устаревшим ныне типам микросхем: Intel-8080, КР580ВМ80А, 
Z-80 и т.д. МП содержит вычислительное ядро, но без ОЗУ, ПЗУ и периферийных 
схем.
Считается, что слово «microprocessor» было введено в обиход фирмой Viatron 
Computer Systems, анонсировавшей в 1968 году одноимённую малую компьютерную систему. Сейчас на смену микропроцессорам пришли быстродействующие 
чипсеты, применяемые в материнских платах компьютеров. По функциональному назначению они являются центральными управляющими процессорами. Приставка «микро» к ним явно не годится.

Микрокомпьютер (microCPU, micro Central Processing Unit) — общий термин, 
который в разное время обозначал разные вещи:
1956 год — микрокомпьютер впервые упоминается в фантастическом рас• 
сказе Айзека Азимова «The Dying Night» как портативное вычислительное 
устройство далёкого будущего;
1960...1970-е годы — появились небольшие вычислительные комплексы для 
• 
научных экспериментов, которые по сравнению с громоздкими ламповыми 
ЭВМ, занимавшими целые комнаты в здании, напоминали микроминиатюрный компьютер;
1970-е годы — были разработаны инженерные калькуляторы фирмы Hewlett• 
Packard. Для широкой публики они рекламировались как настольные вычислительные машинки «а-ля микрокомпьютер»;
1970...1980-е годы — микрокомпьютерами стали называть 8-битные ком• 
пьютеры индивидуального пользования «Apple-II», «Commodore-64», «ZXSpectrum» за их малые габариты и впечатляющие игровые возможности;

Глава 1. Из чего состоит МК

1980-е годы — появилась линейка процессоров фирмы Hitachi «SuperH 
• 
microcomputer SH7000 series». Слово «microcomputer» применительно к обозначению одной микросхемы — это явное преувеличение. Но маркетологам 
можно поставить большой «плюс» за оригинальный рекламный ход, призванный подчеркнуть достоинство новой продукции;
1990-е годы — радиолюбители стран СНГ освоили массовое производство 
• 
домашних микрокомпьютеров: «Специалист», «Радио-86РК», «Орион-128», 
самодельных клонов «ZX-Spectrum»;
1990...2000-е годы — нарицательное название «микрокомпьютер» стали ис• 
пользовать для любых встраиваемых систем управления в бытовую и автомобильную технику. Например, микроволновая печь с микрокомпьютером, 
автомобиль с встроенным микрокомпьютером или спортивный тренажёр, 
управляемый от микрокомпьютера;
2010-е годы — новая «реинкарнация» старого термина. Теперь к микроком• 
пьютерам относят небольшие (с ладонь человека) одноплатные системы 
типа Rapsberry Pi или CubieBoard. Они обладают низким энергопотреблением, мощным МК и собственной операционной системой. По производительности эти устройства близки к планшетам, но обеспечивают прямой 
доступ к портам GPIO и поддерживают разнообразную периферию. Вместо 
монитора используется видеовыход HDMI или матрица светодиодов, как в 
«школьном» микрокомпьютере «Micro:bit» фирмы BBC.

Нанокомпьютер (nanoCPU). В 2015 году российская фирма «Умная электроника» анонсировала сверхкомпактный сетевой встраиваемый «нанокомпьютер» 
Black Swift, ориентированный на разработки для «умного дома» и Интернета вещей.
Black Swift выполнен в виде печатной платы с габаритами 25 x 35 x 4 мм, что сопоставимо с размерами SD-карты. Схема и программное обеспечение являются 
открытыми. Операционная система Linux.
Black Swift содержит чипсет Qualcomm Atheros AR933 с 32-битным процессором на ядре MIPS 24K, работающим на частоте 400 МГц. Объём ОЗУ составляет 
64 Мбайт, объём флеш-памяти — 16 Мбайт. Модуль поддерживает интерфейсы: 
USB 2.0, Ethernet, Wi-Fi 802.11b/g/n.
Нанокомпьютер способен функционировать сразу после подачи на него питания, можно от разъёма USB или от одного литиевого аккумулятора, которого, 
по данным разработчиков, должно хватить на 24 часа непрерывной работы при 
включённом Wi-Fi.

Мини-компьютер (mini-PC, mini Personal Computer, компьютер-флешка) — это 
новое, бурно развивающееся направление, поддерживаемое ведущими изготовителями электроники. Речь идёт о малогабаритных изделиях, напоминающих 
USB-флешку, внутри которых размещаются: основной и графический процессоры, ОЗУ, память с записанной операционной системой, модуль Wi-Fi. На корпусе 
устройства находятся несколько разъёмов, в том числе USB, microSD, HDMI, к 
которым могут подключаться: клавиатура, мышь, принтер, внешняя память, монитор, цветной телевизор.

1.1. Загадки терминологии      15

Основные возможности мини-компьютеров можно проследить на примере 
HDMI-донгла Intel Compute Stick [1-1]. Внутри небольшого девайса размещается четырёхъядерный процессор Intel Atom, а также 2 ГБ оперативной и 32 ГБ 
постоянной памяти. Предустановлена ОС Windows 8.1, но может выпускаться с 
ОС Linux Ubuntu, что на треть дешевле. «Compute Stick» предназначен для подключения к мониторам и телевизорам, которые имеют разъём HDMI. В устройстве предусмотрен слот microSD, модули беспроводной связи Wi-Fi 802.11 b/g/n, 
Bluetooth 4.0 и стандартные порты USB, microUSB.

Программируемый логический микроконтроллер (рус. ПЛМ, англ. PLM, 
Programmable Logic Microcontroller) — это небольшой, конструктивно законченный блок промышленной автоматики, в котором содержатся: процессор (МК), источник питания, схемы сопряжения, разъёмы ввода/вывода, реле, кнопки управления, дисплей. Конструктивно устройство устанавливается на DIN-рейку промышленного стандарта. Выпускают фирмы Siemens, Schneider Electric, Unitronics. 
Иногда такие изделия называют «интеллектуальное реле».
По классификации ПЛМ относятся к общей группе программируемых логических контроллеров (ПЛК). Название «микро» для них вводится потому, что кон-
структивно различают ещё малые, средние и большие ПЛК.

Микроконтроллер (рус. МК, англ. µC, MCU, Micro Controller Unit) — в стандартном понимании это программируемая СБИС, предназначенная для управления внешними электронными устройствами в режиме реального времени. На 
одном кристалле МК размещаются: процессорное ядро, оперативная и долговременная память, регистры управления, программируемые порты ввода-вывода, 
аналоговые и цифровые интерфейсы. Компактность, многофункциональность, 
простота программирования и низкая стоимость — вот главные достоинства МК, 
способствующие их широкому применению в самых разных отраслях техники.

Прикладной процессор (Application Processor, процессор применений) — этот 
термин постепенно завоёвывает свою нишу, всё дальше отделяясь от стандартных 
МК. Относится он к тем современным чипам, которые имеют все признаки МК, 
но встроенное ОЗУ в них заменяется внешней шиной данных для подключения 
высокоскоростной памяти большого объёма.
Слово «микро» к таким чипам на язык не идёт, поскольку они имеют большой 
BGA-корпус с числом шариковых выводов от 100 и более. Функционально они 
также не «микро», поскольку обеспечивают поддержку очень сложных и быстродействующих интерфейсов, таких как Gigabit Ethernet и графика высокого разрешения.
Водораздел между обычными МК и прикладными процессорами можно условно провести по линейке микросхем с ядром ARM — к стандартным МК относятся 
32-битные модели Cortex-M0…M4 и менее мощные, а к прикладным процессорам 
относятся модели Cortex-A5…A15 и более мощные.
Пограничным мостом между этими двумя классами может служить новое 
семейство МК Cortex-M7, планируемое к выпуску в 2015 году фирмами Atmel, 
Freescale Semiconductor, STMicroelectronics. Семейство обладает удвоенной производительностью по сравнению с более низкими по классу МК, но в нём отсут

Глава 1. Из чего состоит МК   

ствует полная линейка интеллектуальных интерфейсов (по сравнению с прикладными процессорами).
В целом прикладные процессоры примерно в 5...10 раз производительнее, чем 
МК. Они имеют в 100...1000 раз выше объём памяти. С другой стороны, энергопотребление и цена МК в разы ниже, а память у них находится внутри корпуса 
микросхемы, что способствует микроминиатюризации аппаратуры по габаритам.
Вывод — МК и прикладные процессоры имеют одни и те же корни, но разные 
сферы применения. Каждый из них хорош в своём деле, поэтому они мирно уживаются на рынке. Правда, для радиолюбительского творчества на первый план 
выходит цена, а также доступность покупки и простота освоения. Стандартные 
МК начального уровня по этим критериям пока вне конкуренции.

1.2.  Историческая справка

МК и микропроцессоры исторически шли рука об руку и разрабатывались 
примерно в одно и то же время. Первым был запущен в производство знаменитый 4-битовый микропроцессор Intel 4004. Техническое задание на его разработку было выдано в апреле 1970 года, первые образцы были поставлены в Японию 
в марте 1971 года, а уже через полгода стартовали массовые продажи по всему 
миру.
Но мало кто помнит, что в том же 1971 году, 31 августа, сотрудником фирмы 
Texas Instruments Гарри Буном (Gary W. Boone) была подана патентная заявка, 
в которой он в явном виде описывал устройство МК. И хотя патент назывался 
«Computing Systems CPU» и слово «микроконтроллер» в нём ещё не прозвучало, 
но структурная схема содержала все составляющие микропроцессорной системы 
на одном кристалле с встроенной памятью и портами ввода/вывода (Рис. 1.1).

8 BIT

CPU
ROM

8 BIT
8 BIT
        I/O
   SYSTEM
INTERFACE

RAM OR
 SERIAL 
MEMORY

Рис. 1.1. Структурная схема прообраза МК

Заявка рассматривалась 2 года, после чего автор получил официальный патент 
U.S. 3,757,306 от 4 сентября 1973 года.
Говорят, что изобретения и открытия происходят из-за необходимости. Так 
случилось и с МК. В начале 1970-х годов на фирме Texas Instruments разрабатывали наборы микросхем для настольных калькуляторов фирм Canon и Olivetti. В 
конструкции получалось от 4 до 6 отдельных чипов. Возникла идея — удешевить 
продукцию путём сокращения числа микросхем, дополнив микропроцессорное 
ядро памятью программ и данных.