Восьмиразрядные микроконтроллеры фирмы Motorola

Содержание

Содержание

1. Восьмиразрядные микроконтроллеры фирмы Motorola

2. Микроконтроллеры семейства 68НС05/705

2.1 Общая структура и номенклатура микроконтроллеров семейства 68НС05/705

3. Микроконтроллеры семейства 68НС08/908              7

3.1 Общая структура и номенклатура микроконтроллеров семейства 68НС08/908

4. Микроконтроллеры семейства 68НС11/711

4.1 Общая структура и номенклатура микроконтроллеров семейства 68НС11/711

Список литературы

       1. Восьмиразрядные микроконтроллеры фирмы Motorola

Современные 8-разрядные микроконтроллеры являются наиболее массовыми представителями микропроцессорной техники. Общий объем их выпуска в 2001 г. составил более 2,5 млрд. Компания Motorola является ведущим производителем микроконтроллеров этого класса. Она выпускает большую номенклатуру 8-раз­рядных микроконтроллеров, которые входят в состав трех семейств: 68НС05, 68НС08,68НС11.

Микроконтроллеры семейства 68НС05, имеющие наиболее низкую стоимость и менее широкие функциональные возможности по сравнению с другими семейст­вами, ориентированы на использование в относительно несложных устройствах массового применения. Микроконтроллеры семейства 68НС08, выпуск которых на­чался в 1995 г., программно-совместимы с семейством 68НС05, но имеют значи­тельно более высокую производительность, увеличенный объем внутренней памяти и расширенные функциональные возможности. Данное семейство предназначено для замены микроконтроллеров 68НС05 в современных разработках. Разнообразные микроконтроллеры семейства 68НС11, реализованные на кристалле периферийных устройств, обеспечивают возможность подключения внешней памяти, что является весьма полезным для многих областей применения. Они сочетают достаточно вы­сокое быстродействие и значительные функциональные возможности. Таким обра­зом, для каждого семейства существует своя сфера приложения. В целом их разно­образие обеспечивает потребности многих отраслей промышленности в надежных, высокоэффективных и недорогих устройствах управления и контроля.

Общее количество различных моделей 8-разрядных микроконтроллеров, вы­пускаемых в настоящее время в составе семейств 68НС05, 68НС08, 68НС11, со­ставляет около 100.

2. Микроконтроллеры семейства 68НС05/705

Семейство 68НС05/705 имеет наиболее широкую номенклатуру, которая вклю­чает несколько десятков моделей. Всего за время производства этого семейства бы­ло разработано и выпущено более 180 моделей микроконтроллеров. Все модели имеют одинаковое процессорное ядро CPU05, но отличаются объемом и типом ис­пользуемой памяти а также рядом других характеристик (тактовая частота, темпе­ратурный диапазон, тип корпуса и др.), а также номенклатурой размещенных на кристалле периферийных устройств.

Микроконтроллеры этого семейства маркируются следующими условными обо­значениями:

МС 68НС 7    05   хх   V   FU

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

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 Vn=2В;

(3) - вид размещенной на кристалле памяти программ:

отсутствие цифры - масочное ПЗУ;

7 - электрически программируемое ПЗУ (однократно программируемое);

8 - ПЗУ с электрическим стиранием (ЭСППЗУ);

(4)         - семейство микроконтроллеров: 05;

(5)         - серия (буквы) и тип микроконтроллера (например, С9А, JB3);

(6)         - диапазон рабочих температур:

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

V -40... 105 °С;

М -40... 125 °С;

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

2.1 Общая структура и номенклатура микроконтроллеров семейства 68НС05/705

В настоящее время на сайте компании Motorola представлено около 40 моделей семейства 68НС05/705, рекомендованных для применения.

Общая структура микроконтроллеров семейства 68НС05/705 показана на рисунке 1.

В состав микроконтроллеров входят процессор CPU05 и ряд периферийных модулей, функционирование которых описано в последующих разделах. Микрокон­троллеры содержат внутреннюю память программ (ПЗУ или ППЗУ) емкостью до 32 Кбайт, ОЗУ данных емкостью от 32 до 920 байт. В ряде моделей имеется так­же электрически стираемое ППЗУ (ЭСППЗУ) емкостью до 920 байт. Большинство микроконтроллеров семейства работает при напряжении питания Vn=3,3 или 5,0 В.

Длительность такта машинного времени Tc=l/Ft определяется генератором так­товых импульсов (ГТИ), частота следования которых Ft задается подключаемым к выводам OSC1,2 кварцевым или керамическим резонатором, RC-цепью или внеш­ним импульсным генератором. При этом частота Ft вдвое меньше частоты внешнего резонатора или генератора Fg=2Ft=2/Tc. Для большинства моделей максимальная тактовая частота составляет Ft=2,lМГц при Vn=5В и Ft=l,0 МГц при Vn=ЗЗВ. Некоторые модели имеют повышенную тактовую частоту Ft=3,0 или 4,0МГц при Vn=5В, отдельные модели работают с пониженным напряжением питания Vn=2В.

Рисунок 1 Общая структура микроконтроллеров семейства 68НС05/705

Вход RESET# служит для подачи внешнего сигнала начального запуска микро­контроллера (низкий уровень потенциала). На этом выводе также устанавливается низкий уровень потенциала, если запуск микроконтроллера вызывается внутренни­ми причинами (включение напряжения питания, сигнал блока контроля функцио­нирования процессора, обращение к ячейке памяти, которая отсутствует в данной модели).

Вход IRQ# используется для подачи внешнего запроса прерывания. В режиме программирования внутреннего ПЗУ в микроконтроллерах подсемейства 68НС705 на этот вход подается повышенное напряжение программирования Vp = 16,5В.

Набор блоков, входящих в состав микроконтроллеров этого семейства, содер­жит следующие основные устройства.

Блок конфигурации содержит специальные регистры, содержимое которых определяет режим работы устройств, входящих в состав микроконтроллера.

Блок контроля функционирования обеспечивает контроль выполнения про­граммы с помощью сторожевого таймера WDT (Watch-Dog Timer). Кроме того, в некоторых моделях реализуется контроль частоты генерируемых тактовых сигна­лов.

Таймеры. В большинстве моделей используется 16-разрядный таймер, который имеет один или два входа сигналов захвата 1С (Input Capture) и выходов сигналов совпадения ОС (Output Compare). В ряде моделей используется 15-разрядный тай­мер MFT, который реализует только интервальные прерывания. Некоторые модели имеют дополнительный 8-разрядный таймер-счетчик, который может служить в ка­честве счетчика внешних событий. Базовый таймер ТВ служит для отсчета реально­го времени.

Порты ввода-вывода. Микроконтроллеры данного семейства содержат от двух до четырех 8-разрядных параллельных портов, в некоторых из которых использует­ся только часть выводов. Обычно эти порты служат для двунаправленно­го обмена, однако в ряде случаев отдельные выводы портов выполняют только функции ввода (i - input) или вывода (о - output) данных.

Для последовательного обмена чаще всего используются связной порт SCI и периферийный порт SPI. Порт SCI обеспечивает асинхронный обмен данными с помощью интерфейса RS-232 со скоростью до 125 кбод. Для бо­лее быстрого синхронного обмена служит порт SPI. Некоторые модели содержат более простой синхронный порт ввода-вывода SIOP или специальный интерфейс межсхемного обмена I2C (Inter-Integrated Circuit).

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП). В состав ряда моделей входит 8-разрядный АЦП, функционирование которого описано в 1.1.12. В микро­контроллерах серий Л, JP используются 12-разрядные АЦП. Число аналоговых вхо­дов (каналов), на которые поступает преобразуемый потенциал, составляет в раз­личных моделях 2, 4, 6 или 8.

Широтно-импульсный модулятор (ШИМ). Этот модуль представляет собой программируемый делитель тактовой частоты, который формирует импульсы за­данной частоты и скважности. Число возможных значений скважности определяет­ся разрядностью ШИМ. В микроконтроллерах данного семейства используются 6- или 8-разрядные ШИМ, которые обеспечивают соответственно 63 или 255 значе­ний скважности. Эти ШИМ в разных моделях микроконтроллеров имеют 2, 5 или 16 выходов, программируемых независимо друг от друга. Таким образом, можно получить на выходах ШИМ несколько импульсных последовательностей с разной частотой и скважностью или сформировать заданную последовательность управ­ляющих кодов.

Многие модели микроконтроллеров содержат специальные выходные схемы-драйверы для подключения индикаторных приборов. Чаще всего используются драйверы, обеспечивающие повышенные значения выходных токов для подключе­ния светодиодов (LED). Большинство моделей имеет от 2 до 6 выводов для под­ключения светодиодов. В состав микроконтроллеров серии L входят драйверы жид­кокристаллических дисплеев (LCD) различной размерности: 4x39, 4x25, 3x25 сегментов. Помимо перечисленных устройств в различных моделях семейства используются тональные генераторы, синтезаторы частот, формирователи запросов прерывания от клавиатуры и др.

Микроконтроллеры семейства 68НС05/705 делятся на ряд серий, буквенные обозначения которых указываются для каждой модели после имени семейства (на­пример: 68НС05С9А - серия С, модель 9А; 68HC05L16 - серия L, модель 16). Се­рии отличаются значениями параметров, функциональными возможностями и об­ластями применения.

В состав серии С входят микроконтроллеры общего назначения, которые со­держат таймер и обеспечивают расширенные возможности интерфейса с внешними устройствами благодаря наличию четырех параллельных и двух последовательных портов (SCI, SPI). Модели серии В имеют на кристалле электрически непрограммируемую постоянную память (ЭСППЗУ) емкостью 256 байт и полный набор перифе­рийных модулей, включая АЦП, 2-канальный ШИМ, таймер с увеличенным числом входов 1С и выходов ОС, но содержат только один последовательный порт SCI. Микроконтроллеры серий D и BD не содержат АЦП, но реализуют многоканальную выдачу ШИМ-сигналов (5 и 16 выходов). Основными областями применения этих серий являются промышленная автоматика, автомобильная электроника, теле- и ви­деоаппаратура, техника связи.

Некоторые серии ориентированы на применение в аппаратуре, имеющей раз­личные устройства индикации. Так, модели серии L предназначены для использо­вания в приборах с жидкокристаллическими дисплеями,

Микроконтроллеры серии F, которые содержат на кристалле 2-тональный мно­гочастотный приемник и передатчик, применяются в сотовых и радиотелефонах, другой телекоммуникационной аппаратуре.

Ряд серий выпускается в дешевых корпусах с малым числом выводов. Это се­рии J, К, KJ, LJ, которые содержат только процессор, таймер и небольшую внутрен­нюю память. Они имеют 10 (серии К, KJ) или 14 (серия J, LJ) линий параллельного ввода-вывода данных и размещаются в дешевых соответственно 16- или 20-вывод-ных корпусах. Несколько более широкими возможностями обладают микрокон­троллеры серий Л, JP, Р, в состав которых дополнительно входят последовательный порт SIOP и АЦП. Микроконтроллеры этих серий выпускаются в недорогих 20-и 28-выводных корпусах. Они предназначены для использования в бытовой аппара­туре, а также для реализации относительно несложных устройств массового приме­нения, для которых стоимость является первостепенным фактором.

Ряд серий имеют специализированные последовательные порты, используемые обычно для организации микроконтроллерных сетей. Это серия JB, имеющая ин­терфейс с последовательной шиной USB, серия X, содержащая контроллер сети CAN, серия BD, реализующая интерфейс I2C. Данные интерфейсы широко исполь­зуются в промышленной автоматике, измерительной аппаратуре, системах автомо­бильной электроники.

3. Микроконтроллеры семейства 68НС08/908

Семейство 8-разрядных микроконтроллеров 68НС08/908, выпуск которых на­чался в 1995 г., является дальнейшим развитием семейства 68НС05/705. В этом се­мействе реализованы концепции, которые обеспечивают существенное увеличение производительности микроконтроллеров и расширение их функциональных воз­можностей. Микроконтроллеры этого семейства предназначены для замены семей­ства 68НС05/705 в новых разработках. Сохраняя архитектуру семейства 68НС05/705, микроконтроллеры 68НС08/908 позволяют обеспечить более высокие технико-экономические характеристики устройств, реализуемых на их основе. Следует от­метить, что в составе этого семейства преобладают модели, содержащие Flash-память (подсемейство 68НС908), что обеспечивает возможность их широкого ис­пользования в изделиях малой серийности. Следует отметить программную совмес­тимость «снизу вверх» процессоров семейств 68НС05/705 и 68НС08/908, что позво­ляет без изменения использовать в микроконтроллерах 68НС08/708 объектные коды, ранее созданные для 68НС05/705.

Можно отметить следующие основные преимущества семейства 68НС08/908 по сравнению с 68НС05/705:

•          Процессор CPU08 работает на более высокой тактовой частоте (до 8 МГц), реа­лизует ряд дополнительных способов адресации и имеет расширенный набор выполняемых команд. В результате достигается повышение производительно­сти до шести раз по сравнению с микроконтроллерами 68НС05.

•          Применение Flash-памяти обеспечивает возможность программирования и ре-программирования микроконтроллеров подсемейства 68НС908 от персонально­го компьютера непосредственно в составе реализуемой системы, используя по­следовательный интерфейс.

•          Модульная структура микроконтроллеров и наличие большой библиотеки ин­терфейсных и периферийных модулей с улучшенными характеристиками по­зволяют достаточно просто реализовать различные модели с расширенными функциональными возможностями.

•          Существенно расширены возможности отладки программ благодаря введению специального монитора отладки и реализации останова в контрольной точке. Таким образом обеспечивается возможность эффективной отладки без приме­нения дорогостоящих схемных эмуляторов.

• Реализованы дополнительные возможности контроля функционирования мик­роконтроллеров, повышающие надежность работы систем, в которых они при­меняются.