Блок таймера

Основу блоку таймера складає 16-бітний лічильник з попереднім дільником, що має можливість формувати переривання при переповненні та є синхронізованим внутрішньою тактовою частотою, поділеною на 2.

Більшість мікроконтролерів сімейства містять також пов'язані із лічильником таймера підсистеми вхідної фіксації (IC) та вихідного порівняння (ОС ).

Підсистема IC використовується для обробки часових параметрів зовнішніх сигналів та дозволяє записувати до регістра IC вміст лічильника при перепаді рівня зовнішнього сигналу, з видачею відповідного переривання або установкою прапорця.

Підсистема ОС прзначена для генерації імпульсного сигналу з програмованими часовими параметрами і дозволяє видавати до лінії порту “0” або “1” в момент рівності вмісту лічильника та вмісту регістру ОС. У найбільш простих моделях сімейства функції IC та ОС можуть бути відсутніми та замінятися перериваннями реального часу (RTI) з програмованим інтервалом між перериваннями. Іще 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 зроблений запис до спеціального регістра.

Послідовний інтерфейс зв'язку SCI

Послідовний інтерфейс зв'язку SCI представляє собою повнодуплексний асинхронний приймач-передавач і може бути використаний для зв'язку із терміналом, персональним комп’ютером або іншими мікроконтролерами. Вбудований генератор частоти обміну дозволяє ділити внутрішню тактову частоту з отриманням 32-х стандартних частот обміну ‑ від 37,56 бод до 125 Кбод. SCI також підтримує такі функції, як програмована довжина посилки, виходи з режиму очікування приймача по вільній лінії або адресному маркеру, окремий дозвіл приймача та передавача, виявлення помилки кадру та шуму в лінії (з часовим дозвілом 1/16 біта). SCI може формувати 5 видів переривань (або встановлювати 5 прапорців) за наступних умов: “регістр даних передавача пустий”, “передача завершена”, “регістр даних приймача заповнений”, “приймач переповнений” та “лінія прийому вільна”.

Послідовний периферійний інтерфейс SPI

Послідовний периферійний інтерфейс SPI використовується для синхронної передачі інформації у послідовному коді на менші відстані, ніж SCI, але зі значно більшою швидкістю. SPI дозволяє мікроконтролеру взаємодіяти з різноманітними периферійними пристроями, від регістра зсуву до підсистеми РКІ-дисплея або зовнішнього АЦП. SPI підтримує наступні функції: повний дуплекс; режим ведучого та відомого; 4 програмовані тактові частоти до 1,05 МГц з програмованою полярністю та фазою; прапорець переривання по закінченню передачі; захист від конфліктів на магістралі.

Аналого-цифровий перетворювач здійснює перетворення зовнішньої напруги у діапазоні від Vss (нижня опорна напруга, що підключається до спільної шини) до Vrh (верхня опорна напруга) у 8-розрядний код від $00 до $FF, відповідно. АЦП використовує метод послідовних приближень, тому процес перетворення займає 32 цикли внутрішньої тактової частоти (16 мкс при 2 МГц). При тактовій частоті, меншій ніж 1 МГц, використовується вбудований RC-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 та юстировки. Підсистема АЦП містить регістр керування (задає режим роботи та запуск перетворення), регістр статусу (містить прапорець закінчення перетворення) та регістр даних (результат перетворення).

Нажаль, об’єм даної книги не дозволяє розглянути інші підсистеми, що входять до складу мікроконтролерів фірми Motorola: ШІМ, контролери РКІ та інших дисплеїв, знакогенератори для ЕПТ, генератор DTMF, тощо. Докладну інформацію про них можна знайти в описах на мікроконтролери, до складу яких вони входять.

9.5.3. Сімейство НС08

Сімейство НС08 є наступним кроком у розвитку концепції заказаних мікроконтролерів фірми Motorola для масових прикладень, що користуються заслуженим визнанням у користувачів в усьому світі. Основними рушійними силами виникнення нового замовного сімейства стали необхідність підвищення продуктивності ЦПП, а також різкого скорочення циклу розробки нового замовного мікроконтролера. Сімейство НС08 характеризується підвищеною у 5... 10 разів продуктивністю процесорного ядра, сумісного по системі команд з ЦПП НС05. Сімейство НС08 підтримує ефективні додаткові команди та засоби адресації, а також такі нові функції, як прямий доступ до пам'яті, технологія “нечіткої логіки ” та елементи цифрової обробки сигналів. Однією з важливих особливостей сімейства НС08 є те, що усі моделі адресують зовнішню пам'ять, що вагомо спрощує відладку програм. Цілком статичне процесорне ядро оптимізовано для роботи з пониженою напругою живлення та дозволяє гнучко керувати споживанням за допомогою вбудованого синтезатора тактової частоти. Сімейство НС08 є першим 8-розрядним сімейством з визначеною користувачем архітектурою на базі набору стандартних модулів. Нижче стисло розглянуті особливості деяких модулів, що входять до складу мікроконтролерів сімейства НС08.

9.5.3.1. Особливості центрального процесора (CPU08)

Тактова частота 8 МГц (цикл 125 нс);

16-розрядні: індексний регістр, програмний лічильник та покажчик стека;

Різноманітність засобів адресації, що містять нові операції з індексним регістром та стеком, а також пересилання пам'ять-пам'ять;

Апаратна підтримка ПДП, точок останову; швидкі операції множення та ділення;

64 Кбайт пам'яті, що адресується, з можливістю розширення;

Статична архітектура, низьке споживання, понижене живлення.

9.5.3.2. Вбудована пам'ять

Вбудована пам'ять може складатися з масочного або програмованого ПЗП, ЕВПЗП (EEPROM та Flash EEPROM), ОЗП.

9.5.3.3. Модуль системної інтеграції (SIM08)

Основними функціями цього модуля є:

Формування внутрішньої тактової частоти для ЦПП та вбудованих підсистем (таймера, послідовних інтерфейсів тощо);

Забезпечення (спільно з модулем формувача тактової частоти СОМ) режимів пониженого енергоспоживання STOP та WAIT, a також програмне керування тактовою частотою за допомогою ФАПЧ;

Керування перериваннями та RESET: формування сигналу скидання при відкритті невірних кодів команди та адрес, а також надходженні сигналів від модулів контролю напруги живлення та сторожового таймера;

Обробка та арбітраж програмних і апаратних переривань.

9.5.3.4. Вбудовані периферійні пристрої

Модуль прямого доступу до пам'яті (DMA08)

Забезпечує швидкісний обмін між пам'яттю та зовнішніми пристроями без участі процесора. DMA08 може обслуговувати послідовний інтерфейс (прийом та передача), таймер або забезпечувати передачу блоків даних до 256 байт. Кожному з трьох незалежних каналів призначається адреса джерела даних, адреса приймача даних та схема зміни адреси після кожної передачі (інкремент, декремент або колишні значення). Спеціальний режим дозволяє проводити автоматичну реініціалізацію параметрів ПДП після закінчення пересилання. DMA08 дає можливість задавати граничну частину часу, яку може займати ПДП: 25, 50, 67 або 100 %, а також розподіляти пріоритети переривань, які обробляються ПДП та ЦПП, що дозволяє збалансувати їхню взаємодію. Практичні дослідження показали, що використання ПДП дає виграш по продуктивності до 5-ти разів при пересиланні масиву з пам'яті до пам'яті, і до 7-ми разів при пересиланні з послідовного порту до пам'яті. Варіанти використання DMA08 практично необмежені, наприклад, він може бути задіяним для автоматичної ініціалізації регістра таймера при генерації ШІМ, або для поновлення інформації на РКІ, підключеному через синхронний послідовний порт.

Модуль таймера (TIM08)

Таймер випускається у різноманітних модифікаціях та може мати до 2, 4 або 6 незалежних каналів, кожний з яких містить 16-бітний лічильник з програмованим попереднім дільником, регістри вхідної фіксації, вихідного порівняння й ШІМ.

Лічильники TIM08 відрізняються від лічильників сімейства НС05 можливістю підстроювання часової бази за допомогою функцій зупинки та скидання, а також можливістю зовнішнього тактування. Пари каналів таймера можуть бути об'єднані для організації буферизованого ШІМ.

Модулі послідовного обміну

Модулі послідовного обміну представлені універсальним асинхронним інтерфейсом (SCI08), швидкісним синхронним інтерфейсом (SPI08), а також спеціалізованими послідовними інтерфейсами MSCAN08 та BDLC08, що застосовуються у автомобільних системах та системах промислового керування.

Модуль керування РК-дисплеєм (LCD08)

Цей модуль дозволяє підключати до 1280 сегментів РКІ (32 групи по 40 сегментів) й містить внутрішній буферний ОЗП ємністю 160 байт з побітовою адресацією. Вбудований генератор накачування заряду дозволяє формувати необхідні рівні напруги на виході драйверів, а регулювання контрастності з 8-розрядним дозвілом та зворотним зв'язком підтримує задану контрастність в усьому діапазоні робочих напруг.

Інші периферійні модулі

Інші периферійні модулі сімейства НС08 представляють собою:

АЦП (ADC08);

12-розрядний 6-канальний контролер ШІМ (PWM08);

Таймер періодичних переривань (PIT08);

Модуль розширення адресації ЗП до 16 Мбайт (ADX08).

9.5.3.5. Основні характеристики першого і найбільш масово випускаємого мікроконтролера MC68HC708XL36 сімейства НС08

Мікроконтролер MC68HC708XL36 містить (рис. 9.2) високопродук-тивний модуль CPU08 з внутрішньою тактовою частотою 8 МГц, 36 кбайт програмованого ПЗП, 1 кбайт статичного ОЗП, 16-розрядний 4-канальний таймер, послідовні інтерфейси SCI та SPI та 3-канальний модуль прямого доступу до пам'яті.

Спеціальні вбудовані пристрої для підвищення надійності системи містять: сторожовий таймер, систему виявлення зниження напруги живлення, невірного коду команди та виявлення помилки адреси з формуванням RESET.

При роботі з внутрішньою пам'яттю користувачу доступні 40 двонаправлених ліній вводу-виводу загального призначення, не рахуючи ліній таймера та послідовних інтерфейсів. Мікроконтролер випускається у корпусах 56-SDIP та 64-QFP.

Рис. 9.2. Структура МК MC68HC708XL36

9.5.4. Сімейство НС11