Восьмиразрядные микроконтроллеры фирмы Motorola

В настоящее время семейство 68НС08/908 является основным промышленным стандартом компании Motorola в сфере 8-разрядных микроконтроллеров. Микрокон­троллеры этого семейства маркируются с помощью таких условных обозначений:

МС 68НС   9     08     хх     16     V      FU

(1)     (2)  (3)   (4)     (5)     (6)     (7)     (8),

где отдельные группы символов имеют следующее назначение:

(1)              - МС - серийное производство;

ХС - опытная серия; PC - опытные образцы;

(2)              - НС - произведено компанией Motorola по HCMOS-технологии;

HRC - модификация, использующая RC-цепь для задания тактовой частоты; HLC - модификация с пониженным напряжением питания;

(3)              - вид размещенной на кристалле памяти программ:

отсутствие цифры - масочное ПЗУ;

7 - электрически программируемое ПЗУ (однократно программируемое);

8 - ПЗУ с электрическим стиранием (ЭСППЗУ);

9 - Flash -память;

(4)         - семейство микроконтроллеров: 08;

(5)         - серия микроконтроллера (например, АВ, AZ, JB);

(6)         - объем внутренней памяти в килобайтах;

(7)         - диапазон рабочих температур: отсутствие буквы  0...70 °С;

С -40...85 °С;

V -40...105°С;

М -40...125°С;

(8) - тип корпуса (Р, В, CP, CS, DW, CDW, MP, FN, FU, CFB и др.).

3.1 Общая структура и номенклатура микроконтроллеров семейства 68НС08/908

В настоящее время на сайте компании Motorola представлено более 30 моделей этого семейства, рекомендованных для применения. Микроконтроллеры семейства 68НС08/908 содер­жат процессорное ядро CPU08, внутреннюю память программ – масочно-программируемое ПЗУ емкостью до 32 Кбайт или Flash-память емкостью 60 Кбайт, ОЗУ данных емкостью от 128 байт до 2 Кбайт. В ряде моделей имеется также ЭСППЗУ емкостью 512 байт или 1 Кбайт. Большинство микроконтроллеров семей­ства работают при напряжении питания Vn = 5,0В, обеспечивая максимальную так­товую частоту Ft = 8 МГц (в 2-4 раза выше, чем семейство 68НС05/705). Ряд моде­лей работает при пониженном напряжении питания 3,0 В и менее (до 1,8 В) с максимальной тактовой частотой 4 или 2 МГц.

Микроконтроллеры семейства 68НС08/908 делятся на ряд серий, буквенные обозначения которых указываются для каждой модели после имени семейства (на­пример: 68НС08А232А - серия AZ, модель 32А). Серии отличаются в основном со­ставом периферийных модулей и областями применения. Все модели содержат 16-разрядные таймеры, имеющие 2, 4 или 6 комбинированных входов захвата/выхо­дов совпадения IC/OC. Большинство моделей содержит 8- или 10-разрядные АЦП.

В состав серий GP, GT, GR входят микроконтроллеры общего назначения, ко­торые обеспечивают расширенные возможности интерфейса с внешними устройст­вами благодаря наличию пяти параллельных и двух последовательных портов (SCI, SPI). В серии АВ количество параллельных портов увеличено до восьми. Ряд серий имеет специализированные последовательные порты, используемые для организа­ции микроконтроллерных сетей. Это серия AS, обеспечивающая передачу данных по мультиплексной шине J1850; серии JB, КН, LD, имеющие интерфейс с последо­вательной шиной USB; серия AZ, содержащая контроллер сети CAN; серии BD, LD, SR, реализующие интерфейс I2C. Некоторые модели серий BD, LD обеспечивают реализацию как интерфейса I2C, так и шины USB. В новой серии EY, выпуск кото­рой начался в 2002 г., используется модифицированный последовательный порт ESCI, который реализует протокол LIN (Local Interconnect Network), обеспечиваю­щий передачу данных по однопроводной линии связи.

Микроконтроллеры этих серий широко используются в промышленной автома­тике, контрольно-измерительной аппаратуре, автомобильной электронике, вычис­лительной технике.

Микроконтроллеры серии LD имеют специальные выходы сигналов синхрони­зации и служат для управления цифровыми мониторами. Микроконтроллеры серии RF, используемые в радиотелефонах, содержат радиопередатчик.

Специализированные микроконтроллеры серии MR содержат 12-разрядные мо­дули ШИМ с шестью выходными каналами. Они ориентированы на применение в системах управления электроприводом.

Серии JB, JK, JL, КХ выпускаются в дешевых корпусах с малым числом выво­дов. Микроконтроллеры этих серий имеют от 13 до 23 линий параллельного ввода-вывода данных. В 2002 г. начался выпуск микроконтроллеров серий QY, QT, кото­рые располагаются в корпусах с 8-16 выводами и отличаются пониженным потреб­лением мощности. Они используются в бытовой аппаратуре и изделиях массового применения, где первостепенными факторами являются обеспечение низкой стои­мости и малого энергопотребления.

Выходы большинства микроконтроллеров рассчитаны на протекание достаточ­но больших токов нагрузки (8... 10 мА), что позволяет непосредственно подключать к ним светодиоды и другие устройства, потребляющие значительный входной ток. Отдельные выходы в некоторых моделях обеспечивают токи нагрузки до 15.. .25 мА.

Характерной особенностью этого семейства является модульный принцип построения, когда каждая модель формируется из библиотеки стандартных модулей. Путем объединения на кристалле процессорного модуля CPU08, модулей памяти (ОЗУ, ПЗУ, ЭСППЗУ, Flash-памяти) и ряда служебных, интерфейсных и периферийных модулей, выбранных из имеющейся библиотеки, реализуются различ­ные модели микроконтроллеров этого семейства. В библиотеку стандартных модулей входят служебные мо­дули: CGM08, SIM08, LVI08, IRQ08, BREAK08, СОР08; интерфейсные модули: порты РТА - РТН, SCI08, SPI08, msCAN08, USB08, BDLC08; периферийные моду­ли: TIM08, ТВМ08, PIT08, ADC08, PWM08, DMA08, КВ108.

­

Рисунок 2 Общая структура микроконтроллеров семейства 68НС08/908

Служебные модули, которые входят в состав всех микроконтроллеров этого се­мейства, выполняют следующие функции.

Модуль формирования тактирующих сигналов CGM08 генерирует последо­вательности импульсов, необходимые для тактирования работы процессора и пери­ферийных модулей. В микроконтроллерах серий JL, JK, КХ используется более простой вариант этого модуля OSC08.

Модуль системной интеграции SIM08 производит начальный запуск микро­контроллера при включении напряжения питания и его перезапуск при поступлении внешнего сигнала на вход RST# или внутреннего сигнала от модуля контроля функционирования СОР08, а также при выборке неправильного кода команды и при обращении к несуществующему адресу. Кроме того, модуль SIM08 формирует так­товые сигналы для процессора и других модулей, управляет передачей команд и данных по внутренней шине, обеспечивает обслуживание запросов прерывания, реализует различные режимы работы микроконтроллера.

Модуль управления внешним прерыванием IRQ08 обеспечивает различные варианты обслуживания внешнего запроса прерывания, поступающего на вход IRQ#.

Модуль прерывания в контрольной точке BREAK08 реализует механизм останова в контрольной точке в процессе отладки программного обеспечения.

Модуль контроля напряжения питания LVI08 контролирует величину на­пряжения питания. При уменьшении этого напряжения ниже заданной величины модуль LVI08 переводит микроконтроллер в начальное состояние, которое сохраня­ется до восстановления нормального уровня напряжения питания.

Модуль контроля функционирования СОР08 обеспечивает контроль выпол­нения программы с помощью сторожевого таймера.

В состав интерфейсных модулей входят параллельные 8-разрядные порты, ко­личество которых в различных моделях микроконтроллеров составляет от 2 до 8 (РА, РВ, PG, РН). При этом в портах может использоваться только часть выво­дов. Выводы некоторых портов могут служить для выполнения альтернативных функций: реализации последовательного обмена данными, приема и выдачи сигна­лов таймерных модулей, ввода аналоговых сигналов для аналого-цифрового преоб­разования и др.

Кроме параллельных портов в микроконтроллерах этого семейства используются интерфейсные модули, обеспечивающие последовательный ввод-вывод данных. Боль­шинство моделей содержит следующие модули последовательного обмена.

Модуль асинхронного связного интерфейса SCI08 реализует стандартный асинхронный протокол передачи 8 или 9 бит данных с одним старт-битом и одним стоп-битом. Скорость обмена программируется и может достигать 130 Кбит/с.

Модуль синхронного периферийного интерфейса SPI08 обеспечивает син­хронный последовательный ввод-вывод данных с высокой скоростью - до 4 Мбит/с. Этот модуль служит для быстрого обмена данными между микроконтроллером и другими устройствами, расположенными на небольшом расстоянии.

В качестве периферийных модулей в состав большинства микроконтроллеров входят таймерные модули и модуль АЦП.

Таймерный модуль TIM08 содержит 16-разрядный счетчик, имеющий не­сколько каналов, которые работают в режиме захвата или совпадения. Каналы име­ют входы сигналов захвата 1С, выходы сигналов совпадения ОС и соответствующие регистры захвата и сравнения. Различные модификации модулей TIM08 содержат 2, 4 или 6 каналов. Счетчик переключается тактовыми импульсами с возможностью его останова и запуска (режим таймера) или сигналами от внешнего устройства (режим счета внешних событий). Пары каналов таймера могут совместно использо­ваться для выполнения широтно-импульсной модуляции. Большинство моделей со­держит два независимо работающих таймерных модуля.

Модуль АЦП ADC08 реализует аналого-цифровое преобразование поступаю­щих сигналов с разрешением 8 бит. Количество аналоговых входов составляет для различных моделей от 4 до 15. В некоторых моделях используется модификация модуля ADC08, реализующая 10-битовое разрешение.

В состав разработанной библиотеки модулей входят также 12-разрядный 6-канальный широтно-импульсный модулятор PWM08, таймер периодических пре­рываний PIT08, модуль обслуживания клавиатуры KBI08, модуль прямого доступа к памяти DMA08. В некоторых сериях для последовательного обмена используются специализированные интерфейсные модули msCAN08, BDLC08, которые реализу­ют протоколы CAN и J1850, широко применяемые в системах промышленной авто­матики, автомобильной электронике, контрольно-измерительной технике, а также модуль USB08, содержащий контроллер шины USB, применяемый в вычислитель­ной технике.

4. Микроконтроллеры семейства 68НС11/711

Семейство 68НС11/711 является одним из наиболее распространенных в мире семейств микроконтроллеров. В его состав входит несколько десятков моделей, из которых в настоящее время выпускается около 20. Различные модели имеют одинаковое процессорное ядро, но отличаются объемом и типом внутренней памя­ти, номенклатурой периферийных устройств и рядом других характеристик. По производительности и функциональным возможностям микроконтроллеры этого семейства значительно превосходят семейство 68НС05/705 и находятся на уровне средних моделей семейства 68НС08/908 (модели АВ16, АВ32, GP20, GP32). Осо­бенностью микроконтроллеров семейства 68НС11/711 является возможность под­ключения внешней памяти емкостью от 64 Кбайт до 4 Мбайт, что полезно в ряде применений. Существенным недостатком по сравнению с семейством 68НС08/908 является отсутствие внутреннего режима отладки, что вызывает необходимость ис­пользования схемных эмуляторов в процессе разработки систем на базе этих мик­роконтроллеров.

Микроконтроллеры этого семейства маркируются с помощью таких условных обозначений:

МС 68НС     Р    7     11     хх   В      V   FU   3

(1)    (2)        (3)   (4)   (5)     (6)   (7)   (8)   (9)   (10),

где отдельные группы символов имеют следующее назначение:

(1) - МС - серийное производство;

ХС - опытная серия; PC - опытные образцы;

(2) - НС - произведено компанией Motorola по HCMOS-технологии,

L - модификация с пониженным напряжением питания;

(3)         - Р - наличие сторожевого таймера;

(4)         - вид размещенной на кристалле памяти программ:

отсутствие цифры - масочное ПЗУ или без ПЗУ,

7 - электрически программируемое ПЗУ (ЭППЗУ однократно програм-

мируемое),

8 - ПЗУ с электрическим стиранием (ЭСППЗУ);

(5)         - семейство микроконтроллеров: 11;

(6)         - серия и тип микроконтроллера (например, Е20, KW1);

(7)         - наличие встроенного монитора загрузки Buffalo;

(8)         - диапазон рабочих температур:

отсутствие буквы 0...70 °С;
        С -40...85 °С;

V -40...105°С;

М -40...125°С;

(9) - тип корпуса (Р, РВ, FB, FN, FU и др.);

(10) - максимальная тактовая частота в мегагерцах.

Следует отметить, что микроконтроллеры 68НС11/711 программно-совместимы «снизу вверх» с высокопроизводительными 16-разрядными микроконтроллерами семейства 68НС12/912, выпуск которых начат компанией Motorola в 1998 г. Это позволяет использовать для программирования семейства 68НС12/912 объектные коды, созданные для микроконтроллеров 68НС11/711.

4.1 Общая структура и номенклатура микроконтроллеров семейства 68НС11/711

В настоящее время на сайте компании Motorola представлено 19 моделей се­мейства 68НС11/711, рекомендованных для применения. Микроконтроллеры семейства делятся на ряд серий (D, Е, F, К, KS, Р и др.), которые отличаются в основном составом используемых периферийных устройств.

Микроконтроллеры содержат внутреннюю память программ - ПЗУ (в подсе­мействе 68НС11) или ППЗУ(в подсемействе 68НС711) емкостью до 32 Кбайт, ОЗУ данных емкостью от 192 до 1024 байт. Многие модели имеют внутреннее ЭСППЗУ емкостью до 640 байт. Предусмотрена возможность использования микроконтрол­леров в двух рабочих режимах: автономном (без внешней памяти) или расширенном (с внешней памятью). В автономном режиме обращение произво­дится только к внутренней памяти, как в микроконтроллерах семейства 68НС05/705. В расширенном режиме к микроконтроллеру подключается внешняя память емкостью от 64 Кбайт до 4 Мбайт, обращение к которой осущест­вляется с помощью мультиплексированной или раздельной внешней шины адресов-данных. Ряд моделей имеет программируемые выводы для сигналов разрешения выборки CS#, использование которых позволяет расширить объем адресуемой внешней памяти и организовать банки памяти.

Микроконтроллеры семейства 68НС11/711 работают при напряжении питания Vn=5,0В, имеют максимальную тактовую частоту Ft = 3, 4 или 6 МГц. В ряде серий имеются модели, работающие при напряжении Vn=3,0 В с пониженной тактовой частотой Ft=2 или 3 МГц.

Рисунок 3 Общая структура микроконтроллеров семейства 68НС11/711

Все модели содержат 16-разрядный таймер (см. 1.3.8), который имеет 3 или 4 входа сигналов захвата (1С), 4 или 5 выходов сигналов совпадения (ОС). Этот таймер служит также для генерации периодических запросов прерываний. Кроме таймера микроконтроллеры содержат 8-разрядный счетчик событий (внешних сиг­налов).

Микроконтроллеры семейства 68НС11/711 содержат от 4 до 10 параллельных 8-разрядных портов, а также асинхронный и синхронный последовательные порты SCI, SPI. В микроконтроллерах серий К, KS используется усовершенствованный вариант асинхронного последовательного порта SCI+. Микроконтроллеры серии Р имеют 3 порта SCI.

Большинство моделей имеют 8-разрядный АЦП с 8 аналоговыми входами, а в серии KW используется 10-разрядный АЦП с 10 входами. В состав микро­контроллеров серий К, KW и Р входят 8-разрядные ШИМ, имеющие 4 выхода, ко­торые могут работать в режиме 16-разрядных ШИМ с двумя выходами.

Микроконтроллер содержит 8-разрядный процессор 68НС11, однократно программируемую внутреннюю память объемом 20 Кбайт, ЭСППЗУ емкостью 512 байт, служебное ПЗУ емкостью 256 байт и ОЗУ данных емкостью 768 байт. Для ввода-вывода данных используется 5 парал­лельных портов А, В, С, D, Е, из которых порт В служит только для вывода данных, порт Е - только для ввода, а порт А имеет 3 входа, 3 выхода и 2 двунаправленных вывода. Порты В, С можно использовать для организации мультплексированной 8-разрядной шины (мультиплексированные адрес-данные AD7-0, старшие разряды адреса А15-8), к которой подключается внешняя память емкостью до 64 Кбайт. В этом случае при обращении к памяти формируются также сигналы AS - адресный строб - и R/W# - сигнал чтения-записи. При использовании портов В, С для пересылки данных можно организовать квитированный обмен с помощью сигналов STRA, STRB.