Встроенная память

Содержащееся на кристалле ПЗУ программируется масоч­ным способом в заводских условиях. В модификациях MC68HC711xx и MC68HC811xx масочное ПЗУ заменено на однократно-програм­мируемое или электрически-стираемое ПЗУ соответственно.

ОЗУ микроконтроллера выполнено по полностью стати­чес­кой технологии, что позволяет сохранять его содержимое не­измен­ным в течение долгого времени при наличии внешнего питания. При этом потребляемый ток чрезвычайно низок.

Микроконтроллер MC68HC11A8 был первым микро­контрол­лером, содержащим ЭСПЗУ. Модификация MC68HC11E9 также содержит 512 байт ЭСПЗУ.

ЭСПЗУ сохраняет записанные в него данные после выклю­чения питания, но может быть запрограммировано без помощи каких-либо внешних устройств. ЭСПЗУ семейства M68HC11 может быть очищено (все биты установлены в 1) целиком, по-байтно или по 16 байт за раз. В процессе программирования установленные биты могут быть сброшены в 0, но не наоборот. Таким образом, программирование осуществляется "дожиганием" чистых битов. Перед этим иногда бывает необходимо очистить нужный байт ЭСПЗУ.

Микроконтроллеры семейства M68HC11 имеют 4 режима работы:

· нормальный одиночный режим, когда подразумевается, что все периферийные устройства находятся на кристалле. При этом нет возможности подключения дополнительных устройств.

· нормальный расширенный режим. В этом режиме порты A и B превращаются в шину адреса/данных.

· специальный режим начальной загрузки. В этом режиме процессор выполняет процедуру загрузки пользова­тель­ского программного обеспечения через порт после­дователь­ного ввода/вывода SCI.

· специальный тестовый режим. Используется только в заводских условиях для тестирования микросхемы.

Переключение режимов происходит в момент сброса процессора с помощью двух входных сигналов MODA и MODB. Также возможно программное переключение из специальных режимов в нормальные, но не наоборот.

Периферийные устройства

Микроконтроллеры M68HC11 включают в себя ряд пери­ферийных устройств, что позволяет значительно уменьшать стоимость и габариты разрабатываемых устройств. Периферий­ная система состоит из пяти модулей, описанных ниже.

Таймерная секция состоит из 16-разрядного счетчика, частота которого может программироваться от 1/8 МГц до 2 МГц. Счетчик постоянно находится в режиме счета и при переходе через 0 может формировать внутреннее прерывание процессору. Текущее состояние счетчика может быть прочитано, но не может быть изменено. Текущее значение счетчика подается на шину, на которой расположены 5 16-разрядных регистров сравнения и 4 16-разрядных регистра-защелки. С помощью этих регистров и ассоциированных с ними контактов микросхемы реализуются так называемые функции Output Compare (OC) и Input Capture (IC).

Функция Output Compare (выход при совпадении) заключа­ется в том, что соответствующий регистр сравнения загружается желаемым значением и при совпадении текущего значения таймера с содержимым регистра сравнения ассоции­рован­ный с этим регистром контакт микросхемы изменяет свой уровень. Это изменение может быть выбрано программно - контакт либо переводится в высокое состояние, либо в низкое, либо изменяет свое состояние на противоположное. Функция OC позволяет с высокой точностью (до 500 нс) формировать выходные цифровые сигналы.

Функция Input Capture (захват по входу) позволяет запо­минать в одном из регистров-защелок значение вышеупомя­нутого счетчика в момент указанного изменения уровня сигнала на ассоциированном с этим регистром контакте. Запоминание может происходить при переходе входного сигнала из 0 в 1, из 1 в 0, или при любом изменении входного сигнала, что также выбирается программно. Затем регистр-защелка может быть прочитан. Это позволяет осуществлять измерение временных соотношений внешних цифровых сигналов с высокой точностью - до 500 нс.

Кроме OC и IC функций таймерная система содержит счетчик импульсов (Pulse Accumulator), источник периодических прерываний (Periodic Interrupt) и систему контроля работо­способности программного обеспечения (COP Watchdog).

Счетчик импульсов может работать в одном из двух режимов: счета событий или измерения интервалов. В режиме счетчика событий фронт сигнала (нарастающий или спадающий - выби­рает­ся программно) на контакте микроконтроллера PA7/PAI последовательно увеличивает содержимое 8-разрядного аккуму­ля­тора импульсов, что позволяет определять количество собы­тий, прошедших за некоторый интервал времени.

В режиме измерения интервалов содержимое счетчика импульсов непре­рывно увеличивается с частотой 1/32 МГц (E/64) пока на контакте PA7/PAI присутствует определенный уровень сигнала (который также выбирается программно). Это позволяет измерять длительность полупериода сигнала с точностью до 32 мкс.

Источник периодических прерываний, как следует из названия, формирует прерывания процессору. Период преры­ваний выбирается программно из четырех возможных значений - примерно от 4 мс (E/2¹³) до 33 мс (E/2¹⁶).

Система контроля работоспособности программного обеспечения называется Computer Operates Properly (COP) Watchdog Timer, что можно перевести как таймер, следящий за тем, что компьютер работает соответствующим образом. Несмотря на громкое и длинное название, идея этого устройства чрезвычайно проста. Имеется некоторый таймер, который через определенные интервалы времени (программируются от 16 мс (E/2¹⁵) до 1 с (E/2²¹) ) может вызвать полный сброс процессора. Чтобы сброс не произошел, программное обеспечение должно в определенные, точно рассчитанные моменты времени, вызвать сброс этого таймера. Таким образом можно защититься от непредвиден­ных ситуаций, вызывающих зависание системы.

Интерфейс синхронного последовательного обмена данными с периферийными устройствами (SPI - Serial Peripheral Interface) - одна из двух независимых подсистем для последовательного обмена данными. Интерфейс в первую очередь предназначен для подключения широкой номенклатуры периферийных устройств, но также может использоваться для обмена данными между микро­контроллерами.

Микроконтроллер поддерживает скорость обмена данными до 1 Мбит/с в режиме Master и до 2 Мбит/с в режиме Slave.

Интерфейс асинхронного последовательного обмена данными (SCI - Serial Communication Interface) является универсальным полнодуплексным асинхронным приемо-передатчиком. Как правило, к микроконтроллеру подключают внешнюю микро­схему преобразователя уровней сигналов RS-232. Скорость передачи данных программируется в широких пределах и может достигать 130 Кбод.

Система аналого-цифрового преобразования (ADC - Analog to Digital Converter) состоит из 8-разрядного 8-канального аналого-цифрового преобразователя с временем преобразования до 16 мкс (E/32).

Наконец, микроконтроллеры M68HC11 содержат систему параллельного стробируемого обмена данными (Handshake I/O). Эта система состоит из двух 8-разрядных портов ввода/вывода B и C и двух стробов STRA и STRB. Система может работать в нескольких режимах.

Простой стробируемый режим. В этом режиме при записи в порт B на сигнале STRB формируется короткий импульс (длительностью 2 периода E), по которому внешнее устройство должно запомнить информацию, находящуюся на выводах порта B.

Порт C в этом режиме используется для ввода данных. По фронту сигнала STRA микроконтроллер защелкивает данные, выставленные внешним устройством на линии порта C и, возможно, выставляет прерывание процессору. Данные затем могут быть вычитаны и сохранены в памяти.

Режимы с полным стробированием . В этих режимах порт B не используется, ввод/вывод происходит через порт C. При приеме информации STRB играет роль сигнала готовности микроконтроллера к чтению данных. По готовности, внешнее устройство выставляет данные в порт C и формирует строби­рующий импульс на линии STRA. Данные с порта C защел­киваются в специальном внутреннем регистре и до тех пор, пока они не будут вычитаны процессором, сигнал готовности микро­контроллера не будет выставлен.

При передачи информации протокол обмена остается тем же, только STRB является стробом записи, а STRA - сигналом готовности внешнего устройства.

Активные уровень STRB и фронт STRA могут быть выбраны программным образом.

Микроконтроллеры семейства M68HC11 имеют в общей сложности 40 контактов ввода/вывода. Эти контакты сгруп­пированы в порты ввода/вывода, которые обозначены на рис.7 как Port A - Port E. Каждый контакт может использоваться для ввода или вывода общего назначения, а также может быть задействован как минимум для одной встроенной функции. Рассмотрим вкратце назначение портов.

Порт A состоит из 3 выходных контактов, 3 входных и 2 двунаправленных.

Кроме использования в качестве сигналов ввода/вывода, каждый из контактов ассоциирован как минимум с одной таймерной функцией. PA[2:0] ассоциированы с функциями IC3-IC1, PA[6:4] - с функциями OC2-4 и/или OC1. Вывод PA3 может быть использован как OC5, OC1 или IC4.

Порт B может быть простым 8-разрядным портом вывода, но также может быть использован для стробируемого вывода информации (вместе с сигналом STRB). Порт C может быть дву­направленным портом ввода/вывода, а совместно с сигналами STRA и STRB может использоваться для стробируемого ввода/вывода.

При работе микроконтроллера в расширенном режиме порты B и C, а также стробы STRA и STRB превращаются в шину адреса/данных процессорного модуля. При этом есть возмож­ность восстановления портов B и C путем подключения внешней микросхемы MC68HC24.

6-разрядный двунаправленный порт D может использоваться для последовательного обмена данными.

Порт E отличается от всех остальных тем, что на его контакты можно подавать аналоговые сигналы, которые будут оцифрованы системой аналого-цифрового преобразования.

Общение с периферийными устройствами происходит через набор регистров ввода/вывода. Кратко адреса и назначение портов приведены в прил.2, более подробно о портах сказано в описаниях лабораторных работ.