ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Отделение информатики

Кафедра автоматизации физико-технических исследований

ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ

Методические указания к практикуму "Программируемые микроконтроллеры"

Часть 1

Данное руководство является первой частью методи­ческих указаний к практикуму "Программируемые микро­контроллеры", проводимого во втором семестре третьего курса кафедрой "Автоматизация физико-техни­ческих исследований" физического факультета НГУ. В этом выпуске содержится справочная информация по микро­контроллеру Motorola 68HC11 - основному базовому элементу практикума и системе разработки на основе этого микро­контроллера.

Составители А.Ю.Бржазовский, С.А.Кулагин, О.В.Сердюков

Печатается по решению кафедры "Автоматизации физико-технических иссле­­дований"

Содержание

Современный мир микроконтроллеров. 4

8‑разрядные микроконтроллеры 6

16‑разрядные микроконтроллеры 8

32‑разрядные микроконтроллеры 10

Библиографический список 14

Микроконтроллер MC68HC11E9 15

Процессорный модуль 15

Встроенная память 19

Периферийные устройства 20

Система разработки 25

Монитор BUFFALO 25

С чего начать ? 29

Приложение 7 31

Приложение 8 32

Приложение 9 46

Приложение 10 50

Приложение 11 75

Приложение 12 79

Рекомендуемая литература 94

Современный мир микроконтроллеров.

Развитие технологии разработки и производства полу­провод­никовых приборов позволяет перейти от решения задач автоматизации традиционными универ­сальными вычисли­тельными средствами к решению средствами специали­зирован­ных микро­контроллеров. Если на заре развития микро_­процессорной техники создавались универсальные функцио­нальные элементы для вычислительных систем, такие как микро­процессоры, контроллеры прерываний, таймеры, порты ввода/вывода и т.д., то сегодня для все большего числа приме­нений создаются специализированные микро­контрол­леры (MCU), интегрирующие все необходимые функциональ­ные элементы. Рынок микро­контроллеров является на сегодняшний день наиболее динамич­но развивающимся в микроэлектронике. Для примера, только в секторе авто­мобильной электроники его объем в 1993 году составил примерно 3186 миллионов долларов.

Современные микроконтроллеры включают в себя базовое микропроцессорное ядро и ряд дополнительных функциональ­ных элементов. К числу таких элементов, ставших уже тради­ционными, относятся ОЗУ, ПЗУ и ППЗУ, параллельные и последовательные порты, таймеры. Кроме традиционных вари­антов ОЗУ, ПЗУ и ППЗУ, все большее число микро­контроллеров имеет электрически стираемую память на кристал­ле. Практически стандартными являются такие блоки, как таймерные секции с регистрами сравнения (CAP/COMP registers) и счетчиками, встроенные контроллеры прерываний, контрол­леры прямого доступа к памяти, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, логика для дешифрации внешних устройств и др. С начала 90‑х годов в состав микро­контроллеров стали вводить специализированные сопроцес­соры. Например, микроконтроллер MC68360 имеет коммуникационный сопроцес­сор, поддерживающий любые протоколы последовательной пере­дачи данных по четырем каналам от UART до Ethernet.

Классификация микроконтроллеров определяется раз­ряд­ностью внутреннего микропроцессорного ядра. На сегодняшний день существует три основных класса микроконтроллеров: 8‑, 16‑ и 32‑разрядные. Кроме разрядности внутри этих классов можно вы­делить еще один важный признак, характеризующий микро­процессорное ядро. По этому признаку они разбиваются на совмести­мые со стандартными универсальными микро­процес­сорами и несовместимые, имеющие собственную оригинальную архитектуру. Микропроцессорные ядра первых поколений 8‑разрядных микроконтроллеров имели, как правило, оригиналь­ную архитектуру (семейства MCS‑48, MCS‑51 и др.). По мере усложнения задач, решаемых микро­контроллерами, острее стано­вится проблема разработки программного обеспечения. С этой точки зрения, микро­контроллеры с совмес­тимыми со стандарт­ными микро­процессорами ядрами имеют боль­­шие преиму­щества, так как для стандартных микро­процессорных архитектур существует большое количество готового программного обеспечения.

Надо отметить, что помимо микро­контроллеров существует отдельный класс полу­проводниковых приборов именуемых "встраиваемыми процессорами" (MPU). Эти устройства, в отли­чие от микроконтроллеров, специализи­рованы не для задач авто­матизации, а для создания интеллектуальных устройств обработ­ки информации (интеллектуальные сетевые устройства, прин­те­ры, интел­лектуальные контроллеры для различных вычис­ли­тель­ных систем и т.д.). Признанным лидером в области встраи­ваемых процессоров является фирма Intel с семействами 16‑раз­рядных MPU Intel‑186, 32-х разрядных MPU Intel‑386 и Intel‑960. Этот обширный класс устройств требует отдельного рас­смотрения. А пока сосредоточим наше внимание на микроконтроллерах.