Теория и практика программирования микропроцессорных систем на языке Си и на языке ассемблера. Обучение практическим инженерным навыкам. Особенности микроконтроллерных устройств систем реального времени. Изложение теоретических вопросов удачно дополняется хорошо подобранной коллекцией примеров применения. Множество примеров сопряжения микроконтроллеров с различного типа устройствами ввода и вывода. Примеры реализации интересных микроконтроллерных устройств управления. Данная книга является прекрасным учебным пособием для студентов старших курсов технических университетов, которые предполагают связать свою профессиональную деятельность с проектированием и внедрением встраиваемых микропроцессорных систем. В книге последовательно рассматриваются все этапы создания встраиваемых систем на микроконтроллерах с применением современных технологий проектирования. Задумав эту книгу, авторы поставили перед собой задачу научить читателя искусству создания реальных устройств управления на однокристальных микроконтроллерах. Издание содержит материал, охватывающий все вопросы проектирования, включает множество заданий для самостоятельной работы, примеры программирования, примеры аппаратных решений и эксперименты по исследованию работы различных подсистем микроконтроллеров.
1.4. Микроконтроллеры HCS12
Подобно семейству 68HC12, семейство HCS12 объединяет ряд микроконтроллеров с одинаковым процессорным ядром CPU HCS12, различающихся объемом резидентной памяти и набором периферийных модулей, интегрированных на кристалл МК. Различные модели МК в составе семейства имеют Flash память программ объемом до 512 Кб, оперативную память объемом до 12 Кб. Напряжение питания большинства моделей семейства – 5,0 В, что позволяет обеспечить электромагнитную совместимость в автомобильных применениях. Частота внутренней системной шины МК семейства HCS12 равна 25 МГц, что существенно увеличивает их производительность по сравнению с МК семейства 68HC12. Все модели МК семейства HCS12 имеют в своем составе следующие функциональные блоки: • Оперативное запоминающее устройство и постоянное запоминающее устройство трех типов: Flash, EEPROM, масочного типа;
• Порты с двунаправленными линиями ввода/вывода; Функциональные модули в составе МК
MC68HC912B32 MC68HC12BE32 MC68HC912BC32 MC68HC12BC32
Центральный процессор CPU12
Системная магистраль
Память программ Flash 32Кб
Память программ однократно программируемая 32Кб
EEPROM 768байт
ОЗУ 1 Кб
Модуль таймера TIM
Модуль аналого–цифрового преобразования ATD
Усовершенствованный модуль таймера ECT
Модуль широтно–импульсного модулятора PWM
Модуль контроллера асинхронного последовательного обмена SCI
Модуль контроллера синхронного последовательного обмена SPI
Модуль контроллера последовательно обмена CAN
Модуль контроллера последовательного обмена BDLC
Сторожевой таймер COP
Модуль отладки BDM
Модуль делителя для низкочастотной синхронизации
• Модуль таймера с 16–разрядным счетчиком временной базы и 8 каналами захвата/сравнения;
• Подсистему последовательного обмена с несколькими контроллерами ввода/вывода различных стандартов (SCI, SPI, CAN и др.);
• Модуль АЦП с 8–и или 10–разрядным представлением результата; • Модуль ШИМ с разрешением 8 или 16 разрядов.Структура МК MC9S12DP256B представлена на рис. 1.8. Обратите внимание, что большая часть периферийных модулей этого МК аналогична модулям микроконтроллеров семейства 68HC12. От ранее рассмотренного МК MC68HC912B32 микроконтроллер DP 256 отличает увеличенный до 256 кб объем Flash памяти программ, наличие в его составе модуля усовершенство ванного таймера ECT, двух 8–канальных модулей аналого–цифрового преоб_ разования ATD, пяти контроллеров интерфейса информационной сети в стандарте CAN.
1.4.1. Семейство HCS12 Семейство HCS12 объединяет более 30 моделей МК. Однако мы не хотим концент рировать внимание читателя на изучении модельного ряда HCS12, поскольку де_ тальное знание различных представителей семейства необходимо при профессиональной деятельности. А в процессе обучения мы наоборот, хотим использовать общность структуры и режимов работы функциональных модулей МК 68HC12 и HCS12. Поэтому в рамках этого первого знакомства с семейством HCS12 ограничимся рассмотрением системы условных обозначений МК и кратким обзором структуры некоторых МК семейства.
1.4.2. Обозначения МК
Каждая модель МК в составе семейства 68HC12/HCS12 имеет собственное сокращенное обозначение. Это обозначение используется для маркировки корпуса МК и при заказе ИС МК у производителя. Система сокращенных обозначений для МК семейства 68HC12 и HCS12 представлена на рис. 1.9. Обратите внима ние, что каждое поле в сокращенной записи отражает определенную техническую характеристику изделия. В перечень технических характеристик входят не только структура МК и частота тактирования (функциональные характеристи_ ки), но и тип корпуса, диапазон рабочих температур, т.е. характеристики, связанные с конструктивным исполнением и условиями эксплуатации конечного изделия.
1.4.3. Модельный ряд HCS12
В настоящее время компания Motorola/Freescale Semiconductor выпускает около 40 МК с процессорным ядром HCS12 (рис. 1.10*). Традиционно для Motorola/Freescale Semiconductor все МК одного семейства группируются
1.4 Микроконтроллеры HCS12 35
*) – таблица рис. 1.10 была дополнена авторами перевода с учетом выпущенных в 2005–2006 г.г. новых моделей МК семейства HCS12.рии по схожести периферийных устройств. Внутри серии МК различаются объемом резидентной памяти и числом линий портов ввода/вывода. Все МК семей_ ства HCS12 внутри одной серии совместимы по выводам корпусов, благодаря чему на печатную плату можно установить МК с большей памятью без изменения платы. Сегодня в состав семейства HCS12 входят 6 серий. Серия А – МК общего применения с тремя типами относительно простых контроллеров последовательных интерфейсов. Серии С и CG – недорогие модели без EEPROM способные работать при пониженном напряжении питания. Серия D, объединяющая наибольшее число МК, ориентирована на использование в CAN–приложениях. Отдельные модели содержат до 5 CAN–контроллеров на кристалле! Серия E – МК с встроенным ШИМ–генератором для управления электроприводом. Серия H – специализированные МК для управления приборными панелями автомобилей, содержат драйверы шаговых двигателей стрелочных индикаторов и онтроллер управления ЖК–индикатором. Указанная производителем специализация не препятствует использованию этих МК в устройствах другого типа с многофункциональными приборными панелями. Три последних МК в таблице рис. 1.10 – родоначальники новых серий. Среди них особенно интересен МК HC9S12NE64 c контроллером 10/100 Ethernet на кристалле.
1.5. Заключение по главе 1
В этой главе мы дали определение встраиваемым системам и привели примеры таких систем. Мы также обсудили проблемы,связанные с разработкой встраиваемых систем. В заключении мы провели обзор основных технических характеристик микроконтроллеров семейства 68HC12/HCS12, тех МК, с которыми Вы будете иметь дело на протяжении всей этой книги.
1.6. Вопросы и задания
Основные
1. Перечислите основные блоки вычислителя.
2. Какие функции выполняет центральный процессор в составе вычислителя?
3. Дайте определение термину компьютер.
4. Дайте определение термину микропроцессор.
5. Дайте определение термину микроконтроллер.
6. Как называется магистраль микропроцессорной системы, по которой переда_
ются сигналы управления от центрального процессора к блоку памяти?
7. Какие функции может исполнять модуль ШИМ микроконтроллера 68HC12 в системе управления?
8. Перечислите, какие домашние встроенные системы не были упомянуты в этой главе? Более сложные
1. Поясните, чем отличаются микроконтроллер и персональный компьютер.
2. В тексте изученной Вами главы утверждается, что разработчик персональных компьютером может не уделять значительного внимания мощности потребления и размерам блока памяти своего изделия. Почему так? Каковы ограничения? В каких изделиях этого класса ограничения на мощность потребления умеренные, в каких более жесткие?
3. Приведите примеры работы встроенных систем в реальном масштабе времени?
4. В каких случаях Вы, как разработчик встроенной системы, можете выбрать однокристальный режим работы МК, а в каких расширенный режим работы?
