Quels sont les avantages et les inconvénients des micro-ordinateurs monopuces ?

Quels sont les avantages et les inconvénients des microcontrôleurs monopuces ?MPUters ?

Avantages et inconvénients des micro-ordinateurs monopuces 51
La série 51 est la puce monocarte la plus répandue. Grâce à sa conception matérielle optimisée, son système d'instructions standardisé et sa longue histoire de production, elle a bénéficié d'une position de leader sur le marché. De nombreuses entreprises de semi-conducteurs de renom à travers le monde ont acquis les technologies brevetées fondamentales de la puce 51 et étendu son utilisation.RFSur cette base, l'entreprise a permis d'améliorer encore la puce et de former un système immense.

Avantage 1
L'un des avantages de la série 51 est qu'elle dispose d'un ensemble complet de systèmes d'exploitation bit à bit, du matériel interne au logiciel, appelé processeur bit ou processeur booléen.
Son objet de traitement n'est ni un mot ni un octet, mais un bit. Il peut non seulement traiter un bit spécifique de certains registres de fonctions spéciales internes, tels que la transmission, la mise à 1, la mise à 0, le test, etc., mais aussi effectuer des opérations logiques bit à bit. Ses fonctionnalités sont très complètes et son utilisation est simple. Bien que d'autres types de microcontrôleurs possèdent également des fonctions de traitement de bits, ceux capables d'effectuer des opérations logiques bit à bit sont extrêmement rares.
La série 51 ouvre également une zone d'adressage à double fonction dans la mémoire RAM intégrée, composée de seize octets dont les adresses unitaires vont de 20H à 2FH. Elle peut être traitée par octets ou par bits (dans ce dernier cas, on compte 128 bits, dont les adresses binaires vont de 00H à 7FH), ce qui offre une grande flexibilité d'utilisation. Cette fonction simplifie considérablement le travail des utilisateurs. Un programme relativement complexe comportant de nombreuses branches lors de son exécution, il est nécessaire de configurer de nombreux bits d'état. Durant l'exécution, il est indispensable de positionner, d'effacer ou de détecter les bits d'état pertinents afin de déterminer le sens d'exécution du programme. Pour réaliser ce traitement (incluant toutes les opérations binaires précédentes), une seule instruction de manipulation de bits est requise.

Avantage 2
Un autre avantage de la série 51 réside dans ses instructions de multiplication et de division, qui simplifient la programmation. L'instruction de division, permettant de diviser un nombre de huit bits par un autre nombre de huit bits, produit un quotient de huit bits, ce qui manque de précision et la rend peu utilisée. En revanche, l'instruction de multiplication, permettant de multiplier deux nombres de huit bits, produit un produit de seize bits, offrant ainsi une précision suffisante et une utilisation plus fréquente. La multiplication ne nécessite qu'une seule instruction. De nombreux microcontrôleurs 8 bits ne disposent pas de cette fonction de multiplication ; effectuer une multiplication exige alors la programmation et l'appel d'une sous-routine, une opération fastidieuse.

Avantage 3
La configuration et l'utilisation des broches d'E/S de la série 51 sont très simples, mais l'absence de sortie à l'état haut présente à la fois des avantages et des inconvénients. C'est pourquoi d'autres séries de microcontrôleurs (comme les séries PIC et AVR) ont amélioré leurs ports d'E/S en ajoutant des registres de direction pour déterminer le sens d'entrée ou de sortie, ce qui a toutefois complexifié leur utilisation.

Inconvénient
La série 51 d'origine présente également de nombreux points à améliorer, notamment sa vitesse de fonctionnement trop lente. Lorsque la fréquence de l'oscillateur à quartz est de 12 MHz, le cycle machine atteint 1 µs, ce qui ne répond manifestement pas aux exigences des opérations modernes à haute vitesse.

Avantages et inconvénients des micro-ordinateurs monopuces PIC
Le processeur du microcontrôleur PIC adopte une architecture RISC et possède respectivement 33, 35 ou 58 instructions, selon la version du microcontrôleur. Il s'agit d'un microcontrôleur à jeu d'instructions réduit. La série 51, quant à elle, compte 111 instructions, et le microcontrôleur AVR, 118. Ces deux derniers sont plus complexes.

Avantage 1
Ce processeur adopte une architecture à double bus Harvard, offrant une vitesse d'exécution élevée et un cycle d'instruction d'environ 160 à 200 ns. Il permet un accès parallèle à la mémoire programme et à la mémoire de données. Cette structure en pipeline d'instructions permet d'effectuer deux opérations en un seul cycle : l'exécution de l'instruction et la récupération de l'instruction suivante en mémoire programme. En règle générale, chaque instruction ne nécessite qu'un seul cycle (à quelques exceptions près), ce qui contribue à son rendement élevé. De plus, il se caractérise par une faible tension de fonctionnement, une faible consommation d'énergie et une grande capacité de pilotage.

Avantage 2
Les ports d'E/S des microcontrôleurs de la série PIC sont bidirectionnels et leurs circuits de sortie sont des circuits push-pull complémentaires CMOS. Les broches d'E/S disposent de registres de direction supplémentaires permettant de définir leur état (entrée ou sortie), résolvant ainsi le problème des broches d'E/S de la série 51 qui peuvent être à la fois en entrée et en sortie lorsqu'elles sont à l'état haut.
Lorsque ce commutateur est réglé sur 1, il est en mode entrée et, quel que soit l'état de la broche (haut ou bas), il présente une impédance élevée vers l'extérieur. Lorsqu'il est réglé sur 0, il est en mode sortie et, quel que soit l'état de la broche, il présente une impédance faible et possède une capacité de pilotage importante. Le courant absorbé à l'état bas peut atteindre 25 mA, et le courant de sortie à l'état haut peut atteindre 20 mA.
Comparé à la série 51, c'est un avantage considérable. Il peut piloter directement des afficheurs numériques à tube et possède un circuit externe simple. Son convertisseur A/D 10 bits répond aux exigences de précision. Il offre également des fonctions de débogage et de programmation en ligne.

Inconvénient
Les registres spéciaux de cette série de microcontrôleurs ne sont pas regroupés dans une zone d'adressage fixe (80 - FFH) comme pour la série 51, mais répartis dans quatre zones d'adressage : la banque 0 (00 - 7FH), la banque 1 (80 - FFH), la banque 2 (100 - 17FH) et la banque 3 (180 - 1FFH). Seuls cinq registres spéciaux, PCL, STATUS, FSR, PCLATH et INTCON, sont présents simultanément dans ces quatre banques de mémoire.
Lors de la programmation, il est inévitable de manipuler des registres spécifiques et de sélectionner régulièrement les banques de mémoire correspondantes, c'est-à-dire de positionner à 1 ou 0 le 6e bit (RP1) et le 5e bit (RP0) du registre STATUS. Ceci complexifie quelque peu la programmation.
Pour les microcontrôleurs PIC mentionnés précédemment, les opérations sur les bits sont généralement limitées à la zone mémoire de la banque 0 (00-7FH). La transmission des données et les opérations logiques s'effectuent principalement via le registre de travail W (équivalent à l'accumulateur A de la série 51). Dans la série 51, les données peuvent également être transférées directement entre registres (par exemple : MOV 30H, 20H ; transfert direct du contenu du registre 20H vers le registre 30H). Par conséquent, le goulot d'étranglement des microcontrôleurs PIC est encore plus marqué que celui de la série 51, ce qui se ressent clairement lors de la programmation.

Avantages et inconvénients des microprocesseurs monopuces AVR
Le microcontrôleur AVR se caractérise par des performances élevées, une grande rapidité et une faible consommation d'énergie. Il supprime le cycle machine, utilise le cycle d'horloge comme cycle d'instruction et implémente des opérations pipelinées. Les instructions du microcontrôleur AVR sont exprimées en mots, et la plupart d'entre elles s'exécutent en un seul cycle. Un seul cycle permet non seulement d'exécuter la fonction de l'instruction courante, mais aussi de lire simultanément l'instruction suivante.
Il existe au total 32 registres à usage général (R0 à R31). Les 16 premiers registres (R0 à R15) ne peuvent pas traiter directement les nombres immédiats, ce qui limite leur universalité. En revanche, dans la série 51, tous les registres à usage général (adresses 00 à 7FH) peuvent traiter directement les nombres immédiats, ce qui représente un avantage certain.

Avantage 1
La série AVR ne possède pas de structure similaire à l'accumulateur A. Elle remplit principalement la fonction de A grâce aux registres R16 à R31. Contrairement à la série 51, l'AVR ne dispose pas de pointeur de données DPTR. À la place, trois registres 16 bits, X (composé de R26 et R27), Y (composé de R28 et R29) et Z (composé de R30 et R31), assurent la fonction de pointeur de données (équivalente à trois ensembles DPTR) et peuvent également effectuer des opérations telles que l'incrémentation ou la décrémentation.
Dans la série 51, toutes les opérations logiques doivent être effectuées dans A ; tandis que dans l'AVR, elles peuvent être effectuées entre deux registres quelconques, évitant ainsi les allers-retours dans A, qui sont tous plus puissants que dans la série 51.

Avantage 2
Les registres spéciaux de l'AVR sont concentrés dans la zone d'adressage de $00 à $3F. Contrairement au PIC, il n'est pas nécessaire de sélectionner les banques de mémoire au préalable, ce qui rend l'AVR plus pratique à utiliser. La zone d'adressage de la RAM intégrée de l'AVR s'étend de $0060 à $00DF (AT90S2313) et de $0060 à $025F (AT90S8515, AT90S8535). Ces RAM intégrées occupent l'espace d'adressage des données. Elles servent généralement uniquement au stockage de données et ne possèdent pas les fonctions de registres à usage général. Lorsque le programme est complexe, les 32 registres à usage général R0 à R31 peuvent s'avérer insuffisants. La série 51, quant à elle, dispose de 128 registres à usage général (quatre fois plus que l'AVR), ce qui élimine ce problème lors de la programmation.

Inconvénient
Les broches d'E/S de l'AVR sont similaires à celles du PIC. Il possède également des registres de direction permettant de contrôler les entrées et les sorties. En sortie, le courant de sortie à l'état haut est d'environ 10 mA, et le courant absorbé à l'état bas est de 20 mA. Bien qu'il ne soit pas aussi performant que le PIC, il est supérieur à la série 51.