Mikroprotsesorni-pristroyi (1)

Серія МС характеризується наявністю в 28-вивідному корпусі швидкісних каналів ШІМ і 6-канального АЦП і призначена для управління електродвигунами.

Серія X включає мікроконтролери з контролером локальної мережі, що управляє, випускається в різних модифікаціях (ПЗП від 4К до 32К, корпус від 28 до 64 виводів, АЦП, ШІМ) і застосовується для побудови локальних вузлів збору/керування даних в розподілених системах управління технологічним устаткуванням. Мікроконтролери загального призначення серій К, J, Р також використовують при створенні розподілених систем управління/збору інформації, наприклад систем пожежної сигналізації, систем охорони доступу і т.ін. «Ідентифікаційна» програмована область пам'яті дозволяє будувати «адресні» датчики.

Мікроконтролери серії L з контролером ЖКІ також можуть використовуватися в таких системах як вузли збору/обробки даних з індикацією. Низьке споживання мікроконтролерів цих серій дозволяє створювати системи з одночасною передачею живлення і даних по одній лінії.

ЦПУ і система команд сімейств НС05

ЦПУ сімейства НС05, що відрізняється простотою і зручністю програмування, має стандартну внутрішню тактову частоту 2 Мгц, для деяких мікроконтролерів існують версії з тактовою частотою 4 Мгц ( цикл команди 250 нс). Програмна модель ЦПУ містить 5 регістрів (регістри ЦПУ не є частиною карти пам'яті).

Акумулятор (АСС) – 8- бітовий регістр загального призначення, в якому зберігаються операнди, результати арифметичних операцій, а також дані, з якими проводяться які-небудь операції. Акумулятор також використовується і для логічних операцій.

Індексний регістр (X) – використовується або при індексному режимі адресації, або як допоміжний акумулятор. Цей регістр може бути завантажений як безпосередньо, так і з пам'яті; може бути збережений в елементі пам'яті або порівняний з її вмістом.

Лічильник команд (РС) містить адресу команди, яка слідує за

191

виконуваною, або адресу операнда, що входить в код програми. Розрядність РС залежить від об'єму вбудованого ПЗП.

Покажчик стека (SР) містить адресу наступної (вільної) комірки стека. Глибина стека мікроконтролерів сімейства НС05 складає 64 байти. Виклик підпрограми використовує 2 комірки стека, переривання – 5 комірок.

Регістр ознак (СС) містить 5 прапорів, що встановлюються залежно від результату виконання арифметичних і інших команд. Цими прапорами є: прапор напівперенесення (Н), прапор негативного результату (S), прапор нульового результату (Z), біт маски переривань (I) і прапор перенесення (С).

Система команд мікроконтролерів включає 65 команд, що діляться на наступні групи:

∙команди переміщення даних (LDА, SТА, СLR, LDX, SТХ...);

∙команди передачі управління (JМР, JSR, RТI, переходи за умовами і бітами...);

∙арифметичні команди (АDD, SUВ, МUL...);

∙логічні команди (АND, OR, СОМ, NЕG...);

∙команди роботи з бітами (ВSЕТ, ВСLR, зміщення...);

∙спеціальні команди (WАІТ, SТОР, SWI...).

Команди МС68НС05 виконуються, як правило, за 2...5 циклів внутрішньої тактової частоти, що складає 1...2,5 мкс при стандартній внутрішній тактовій частоті 2 Мгц. Мікроконтролери сімейства МС68НС05 використовують вісім режимів адресації: неявна, безпосередня, пряма, розширена, індексна без зсуву, індексна з 8-розрядним зсувом, індексна з 16розрядним зсувом, відносна.

Вбудована пам'ять мікроконтролерів сімейства НС05 може включати ПЗП (маскове, одноразово програмоване, програмоване з УФ-стиранням, програмоване з електричним стиранням) і ОЗП об'ємом до 768 байтів. У карту пам'яті включені регістри портів паралельного вводу-виводу (причому, як правило, ці адреси однакові для всіх моделей сімейства), а також адреси регістрів, що управляють, і регістрів даних периферійних пристроїв (таймера, послідовного інтерфейсу і т.д.). Область завантажувального ПЗП є масочною і дозволяє здійснювати «самозавантаження» даних у вбудовану пам'ять

192

(включаючи програмування ПП3П) через паралельні або послідовні порти. Нарешті, вектори переривань, розташовані в ППЗП, визначають адреси переходів по перериваннях від периферійних підсистем (таймера, послідовних інтерфейсів, виведення зовнішнього переривання) і в інших випадках (RESЕТ, програмне переривання).

Вбудовані підсистеми вводу-виводу мікроконтролерів сімейства НС05 зустрічаються в найбільшій кількості мікроконтролерів даного сімейства. Основу блоку таймера складає 16-бітовий лічильник з попереднім дільником, що має можливість формувати переривання по переповнюванню і що синхронізується внутрішньою тактовою частотою, що ділиться на 2. Більшість мікроконтролерів сімейства містять також пов'язані з лічильником підсистеми вхідної фіксації (IС) і вихідного порівняння (ОС). Система IС служить для обробки часових параметрів зовнішніх сигналів і дозволяє записувати в регістр IС вміст лічильника при перепаді рівня зовнішнього сигналу з видачею відповідного переривання або установкою прапора. Система ОС призначена для генерації імпульсного сигналу з програмованими часовими параметрами і дозволяє видавати в лінію порту «0» або «1» у момент рівності вмісту лічильника і вмісту регістра ОС. У найбільш простих моделях сімейства функції IС і ОС можуть бути відсутніми і замінюватися перериваннями реального часу (RТI) з програмованим інтервалом між перериваннями. Ще однією важливою системою, пов'язаною з таймером, є система стеження за виконанням програми (СОР WatchDog). Ця система формує Reset, якщо періодично з певним проміжком часу не буде проведений запис в спеціальний регістр.

Послідовний інтерфейс зв'язку SСI є повнодуплексний асинхронний приймач-передавач і може бути використаний для зв'язку з терміналом, РС (наприклад, по RS-232) або іншими мікроконтролерами. Вбудований генератор частоти обміну дозволяє ділити внутрішню тактову частоту з отриманням 32 стандартних частот обміну – від 37,56 бод до 125 кбод. SСI, так само підтримує такі функції, як програмована довжина посилки, виходу з режиму очікування приймача по вільній лінії або адресному маркеру, окремий дозвіл приймача і передавача, виявлення помилки кадру і шуму в

193

лінії (з часовим дозволом 1/16 біта). SСI може формувати 5 видів переривань (або встановлювати 5 прапорів) за наступними умовами: «регістр даних передавача порожній», «передача завершена», «регістр даних приймача заповнений», «приймач переповнений» і «лінія прийому вільна».

Послідовний периферійний інтерфейс SPI використовується для синхронної передачі інформації в послідовному коді на менші відстані, але із значно більшою швидкістю і дозволяє МК взаємодіяти з різними периферійними пристроями, АЦП. SРI підтримує наступні функції: повний дуплекс; режим провідного і веденого; 4 програмованих тактових частоти до 1,05 Мгц з програмованою полярністю і фазою; прапор переривання по закінченню передачі; захист від конфліктів на магістралі.

Аналого-цифровий перетворювач проводить перетворення зовнішньої напруги в діапазоні від Vss (нижня опорна напруга, що підключається до загальної шини) до Vrh (верхня опорна напруга) в 8-розрядний код від $00 до $FF відповідно. АЦП використовує метод послідовних наближень, процес перетворення займає 32 цикли внутрішньої тактової частоти (16 мкс при 2 Мгц). При тактовій частоті, менше 1 Мгц використовується вбудований RС-генератор частоти для АЦП (1,5 Мгц). Вбудований мультиплексор дозволяє проводити перетворення по одному із зовнішніх аналогових входів (до 8), а також вимірювати Vss, Vrh, (Vrh+Vss)/2 для проведення контролю і юстирування. Підсистема АЦП містить регістр управління (задає режим роботи і запуск перетворення), регістр статусу (містить прапор закінчення перетворення) і регістр даних (результат перетворення). Характеристики МК представників сімейства НС05 приведені у табл. 5.13, в якій використовуються наступні умовні позначення:

Сh – канал (channel);

ЕЕРRОМ - електрично стираний програмований ПЗП; i – вхід;

I/О – ввод-вивід;

IС – вхідна фіксація (Input Capture), підсистема таймера для вимірювання тимчасових параметрів;

МFТ – багатофункціональний таймер (Multifunction Timer);

194

SCI+ - послідовний інтерфейс SCI, який може працювати також як

SPI;

SIOP – послідовний порт вводу-виводу (Simple serial input/output

port);

Короткий опис деяких представників сімейств НС05

МК загального призначення MC68HC805K3, блок-схема якого представлена на рис. 5.15, призначений для роботи в системах, що вимагають використання малогабаритного МК з мікроспоживанням і низькою вартістю: у охоронних системах, датчиках, побутових пристроях, портативних засобах зв'язку, пультах дистанційного керування і т.ін.

Коротка характеристика:

195

∙ЦПУ HC05, множення 8х8;

∙живлення від 1.8 В (запис ЕЕPROM від 3 В), низьке споживання;

Рисунок 5.15 – Блок-схема мікроконтролера MC68HC805K3

∙920+16 байтів EEPROM;

∙переривання реального часу;

∙переривання від клавіатури по 8 лініях (*);

∙здатність навантаження 8 мА по чотирьох лініях (**);

∙режими зниженого споживання STOP, WAIT;

∙корпуси DIP-16, SOIC-16.

Мікроконтролер загального призначення МС68НС705Р6А, блок-схема якого представлена на рис. 5.16, знаходить широке застосування в різноманітних пристроях, що вимагають обробки аналогового сигналу і обмежень до габаритів і вартості вживаного МК, наприклад, в пристроях контролю температури, в електронних вагах, локальних вузлах управління, пристроях сигналізації, побутовій техніці і т.ін.

196

Коротка характеристика:

-ЦПУ HCO5, множення 8х8, АЦП (4 канали, 8 розрядів);

-синхронний послідовний порт для підключення периферійних пристроїв, 16-розрядний таймер з функціями вхідного захоплення і вихідної фіксації, 4,6 кбайта програмованого ПЗП і 176 байтів ОЗП;

-21 лінія вводу-виводу, переривання від 8 ліній, 2 виходи із струмом 15 мА;

-режими зниженого споживання SТОР, WАIТ, HАLТ, збереження даних

вОЗП, 28-вивідні корпуси DIР, SОIС.

Рисунок 5.16 – Блок-схема мікроконтролера MC68HC705P6A

Мікроконтролер MC68HC705L1 приведений на рис. 5.17. Головними його особливостями є наявність вбудованого контролера ЖКІ на 64 сегменти і 6-канального 8-розрядного АЦП, а також робота від зниженої напруги живлення. Він широко застосовується в різних портативних вимірювальних приладах, засобах зв'язку, СD плеєрах, радіоприймачах і т.ін.

Коротка характеристика:

∙контролер ЖКІ до 64 сегментів (організація 3х12, 3х16 4х12, 4х16);

197

∙АЦП (6 каналів, 8 розрядів);

∙16-бітовий таймер з подвійними функціями IC і OC;

∙лінія вводу-виводу: 17 двонапр., 10 входів, 2 виходи;

Рисунок 5.17 – Блок-схема мікроконтролера МС68HC705L1

Мікроконтролер МС68НС705МС4, блок-схема якого представлена на рис. 5.18, оптимізований для управління електродвигунами з регульованою швидкістю обертання, які використовуються в побутовій техніці: компресорах холодильниках, вентиляторах, пральних машинах, кухонних комбайнах та ін. Цей МК застосовується також для управління ключами в джерелах живлення, а

198

також в інших пристроях.

Рисунок 5.18 – Блок схема мікроконтролера MC68HC705MC4

Коротка характеристика:

∙два 8-бітові канали ШІМ, незалежні або зв'язані;

∙незалежні лічильники каналів;

∙частота до 23 кГц;

∙заповнення від 0 до 100 %, програмована полярність;

∙програмоване перекриття;

∙механізм одночасного оновлення регістрів ШІМ;

∙механізм мультиплексування: 3 виходи з високою здатністю навантаження на кожен канал ШІМ;

∙АЦП (6 каналів, 8 розрядів);

199

∙3,5 кбайта ППЗУ, 176 байтів ОЗП, 16-бітовий таймер, RTI;

∙асинхронний послідовний інтерфейс, 28-вивідні корпуси DIP, SOIC.

Сімейство 16-розрядних МК HC16 широко використовується в різних системах управління автомобілями, в телекомунікаційному устаткуванні (сотових телефонах, телефонних комутаторах), побутовій електроніці (відеокамерах, телевізорах, цифрових аудіосистемах), офісній техніці (факсах, модемах, копіювальній техніці), медичному устаткуванні, робототехніці.

Ефективному використанню цих МК сприяє висока продуктивність 16бітового CPU16 з частотою 25 Мгц і потужна периферія.

Сімейство 32-розрядних МК 68300 є найбільш поширеним з високопродуктивних МК фірми Motorola. У ньому можна виділити 3 основних групи, що принципово відрізняються по функціональному призначенню: комунікаційну (що містить комунікаційний співпроцесор), промислового управління (містить таймерний співпроцесор і застосовується в індустріальних системах управління, автомобільних контроллерах і т.д.), загального призначення (містить крім центрального процесора найбільш поширену універсальну периферію).

Докладніший опис архітектури (ЦПУ, системи команд, вбудованої пам'яті і підсистем вводу-виводу), зведених таблиць і структурних елементів і схем представників сімейств HC05, HC08, HC11, 16-розрядних HC12 і HC16, 32-розрядних 68300 мікроконтролерів фірми Motorola наведено у [24].

Контрольні питання і завдання

1.Призначення, схема і принцип дії однокристальних МК.

2.Розкажіть про призначення і роботу основних елементів МК51.

3.Пристрій і режими роботи портів вводу-виводу МК51.

4.Призначення, устрій і режими роботи послідовного порту УАПП МК51.

5.Назвіть найбільш важливі особливості архітектури ОМК.

6.Де зберігаються програма і дані в МК51?

7.Викладіть основні функції, що виконуються АЛП в МК51.

200