8051 MCU
L’MCU 8051 è il microcontrollore a 8 bit più utilizzato, originariamente sviluppato da Intel nel 1980. La sua tipica architettura, la gestione centralizzata dei registri di bus dedicati, le numerose operazioni bitwise e il ricco set di istruzioni per applicazioni di controllo lo rendono un “classico” di prima generazione, ponendo le basi per lo sviluppo di altri microcontrollori in futuro.
Caratteristiche dell'8051
La popolarità e la facilità d’uso del microcontrollore 8051 derivano dalle seguenti caratteristiche:
1. Dispone di un completo sistema operativo bitwise dall’hardware al software, noto come processore di bit, che opera su singoli bit anziché su parole o byte. Può eseguire operazioni come trasferimento, impostazione, cancellazione, test e operazioni logiche su bit specifici nei registri di funzione speciali, rendendolo altamente versatile e facile da usare.
2. Include uno spazio di indirizzi a doppia funzione all’interno dell’area RAM on-chip, offrendo una grande flessibilità agli utenti.
3. Offre istruzioni di moltiplicazione e divisione, aggiungendo comodità alla programmazione. Molti microcontrollori a 8 bit non dispongono di funzionalità di moltiplicazione, richiedendo la creazione di subroutine per la moltiplicazione, il che può essere scomodo.
Svantaggi dell'8051
1. Funzionalità come i convertitori AD e la EEPROM richiedono componenti esterni, aumentando la complessità hardware e software.
2. Sebbene i pin I/O siano facili da usare, non hanno capacità di output quando si trovano in uno stato alto, il che è una limitazione significativa della serie 8051.
3. La velocità di esecuzione è relativamente lenta, soprattutto per i puntatori di dati doppi. I miglioramenti in questo aspetto migliorerebbero notevolmente l’efficienza della programmazione.
4. L’8051 ha scarse capacità di protezione ed è suscettibile a danni al chip.
Serie comunemente utilizzate dell'8051
Attualmente, è ampiamente utilizzato in contesti educativi e in applicazioni con requisiti di prestazioni inferiori, con i dispositivi 8051 e 80C51 che sono i più comunemente utilizzati.
STM32 MCU
La serie di microcontrollori STM32 di STMicroelectronics è nota per l’eccezionale rapporto costo-efficacia e le potenti funzionalità. Si basa sul core ARM Cortex-M, specificamente progettato per applicazioni embedded ad alte prestazioni, a basso costo e a basso consumo energetico. I microcontrollori STM32 offrono periferiche di prim’ordine, tra cui un ADC dual 12 bit da 1 μs, UART da 4 Mbps e SPI da 18 Mbps.
Eccellono anche nell’efficienza energetica e nell’integrazione, anche se potrebbero non eguagliare l’efficienza energetica dell’MSP430. Grazie alla loro architettura semplice, agli strumenti intuitivi e alle impressionanti funzionalità, i microcontrollori STM32 sono molto apprezzati nel settore.
Caratteristiche di STM32
Core: CPU ARM a 32 bit Cortex-M3, con una frequenza operativa massima di 72 MHz, 1,25 DMIPS/MHz, moltiplicazione a ciclo singolo e divisione hardware.
Memoria: memoria Flash on-chip che varia da 32 KB a 512 KB e SRAM da 6 KB a 64 KB.
Gestione di clock, reset e alimentazione: supporta una tensione di alimentazione da 2,0 V a 3,6 V, driver di tensione per interfacce I/O, Power-On Reset (POR), Power-Down Reset (PDR) e rilevatore di tensione programmabile (PVD). Include funzionalità come oscillatori a cristallo da 4-16 MHz, oscillatori RC da 8 MHz calibrati in fabbrica, oscillatori RC interni da 40 kHz, PLL per clock della CPU e oscillatore a cristallo da 32 kHz per RTC con calibrazione.
Modalità di debug: supporta le interfacce Serial Wire Debug (SWD) e JTAG, con un massimo di 112 porte I/O veloci, un massimo di 11 timer e un massimo di 13 interfacce di comunicazione.
STM32 comunemente utilizzati
Le serie di dispositivi STM32 più comunemente utilizzate includono STM32F103, STM32 L1 e STM32W.
Confronto tra MCU 8051 e MCU STM32
| Caratteristica | Microcontrollore 8051 | Microcontrollore STM32 |
|---|---|---|
| Architettura | Core a 8 bit compatibile con 8051 | Core Arm Cortex-M a 32 bit; modello secondo la famiglia |
| Famiglia di prodotti | Microcontrollori compatibili con 8051 di più produttori | Microcontrollori STM32 di STMicroelectronics |
| Operazioni sui bit | Istruzioni e aree di memoria/SFR indirizzabili per bit | Istruzioni bit a bit; accesso ai bit delle periferiche secondo il dispositivo |
| Set di istruzioni | Compatibile con 8051; tempi secondo l’implementazione | Istruzioni Arm supportate secondo il core Cortex-M scelto |
| Memoria | Capacità Flash/ROM e RAM secondo il dispositivo | Capacità Flash e SRAM secondo il dispositivo |
| Periferiche integrate | Timer, interfacce seriali e blocchi analogici secondo il dispositivo | ADC, timer e interfacce secondo dispositivo e contenitore |
| Consumo energetico | Confrontare dispositivo, alimentazione, clock e modalità di sospensione specifici | Confrontare dispositivo e carico; consumo non sempre inferiore a quello di un 8051 |
| Strumenti di sviluppo | Strumenti C/assembly e debugger supportati dal produttore | Strumenti STM32Cube e toolchain di terze parti supportate |
| Criteri di scelta | Codice 8051 esistente, periferiche richieste, costo e disponibilità | Calcolo, memoria, periferiche, budget energetico e strumenti |
Architettura 8051 a 8 bit rispetto a STM32 a 32 bit
L’architettura 8051 classica possiede una CPU e un percorso dati a 8 bit, anche se molti derivati moderni aggiungono core più veloci, memorie maggiori e periferiche più ricche. I dispositivi STM32 adottano core Arm Cortex-M a 32 bit e generalmente offrono più spazio di indirizzamento, capacità di calcolo, gestione degli interrupt e interfacce integrate. L’8085 è un microprocessore a 8 bit distinto, non un sostituto dell’8051. Nessuna famiglia dovrebbe quindi essere scelta considerando soltanto la larghezza della parola o il prezzo più basso del componente.
- Dimensionare il carico: stimare ampiezza aritmetica, frequenza del controllo, latenza degli interrupt e margine.
- Confrontare tutta la memoria: includere codice, costanti, stack, buffer, bootloader e riserva aggiornamenti.
- Verificare le periferiche: confrontare timer, ADC, comunicazioni, DMA e multiplexing con il progetto.
- Valutare lo sviluppo: comparare compilatore, debugger, librerie, esperienza del gruppo e manutenzione futura.
- Calcolare il costo totale: aggiungere componenti esterni, programmazione, collaudo, disponibilità e rischio di migrazione.
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