Теоретические сведения о микроконтроллерах

 

Используемые в курсовом проекте микроконтроллеры семейства 68HC08/908 фирмы Motorola содержат процессорное ядро CPU08, Flash-память емкостью до 128 Кбайт, ОЗУ данных емкостью от 128 байт до 2 Кбайт. В ряде моделей имеется также ЭСППЗУ емкостью 512 байт или 1 Кбайт. Большинство микроконтроллеров работают при напряжении питания 5,0 В, обеспечивая максимальную тактовую частоту 8 МГц. Некоторые модели работают при пониженном напряжении питания 3,0 В или 2,0 В. Все модели имеют 16-разрядные таймеры, большинство моделей содержит 8- или 10-разрядные АЦП.

Микроконтроллеры реализуют ряд эффективных способов адресации и имеют расширенный набор выполняемых команд, благодаря которым достигается высокая производительность при решении широкого круга практических задач управления различными объектами. Применение Flash-памяти обеспечивает возможность программирования и репрограммирования микроконтроллеров 68HC908 от персонального компьютера непосредственно в составе реализуемой системы, используя последовательный интерфейс.

При проектировании встраиваемых систем на основе микроконтроллеров существенную роль играет понимание назначения выводов микроконтроллера и их использования при схемо-техническом проектировании. Основным управляющим элементом разрабатываемого МКУ является микросхема микроконтроллера МК 68HC908GP32, цоколевка которой представлена на рис.2.1. Ниже перечислены назначения её выводов.

 

 

Рис. 2.1. Вид корпуса и обозначение выводов микроконтроллера МС68НС908GP32

_____ _____

Порт А (РТА 7 /KBD 7 …РТА 0 /KBD 0) представляет собой специальный 8-разрядный порт, который использует все выводы совместно с модулем клавиатурного прерывания (KBI). Каждый вывод порта имеет подключенный к источнику питания резистор, который может программно подключаться к выводу, когда он конфигурирован как входной. Все выводы порта могут использоваться как драйверы на ток 10 мА. Регистр данных РТА порта А содержит триггер-защелку на всех восьми выводах порта.

Порт В (РТВ 7 /AD 7 …РТВ 0 /AD 0) представляет собой специальный 8-разрядный порт, который использует все выводы совместно с модулем аналого-цифрового преобразователя. Как и в других портах, все выводы могут использоваться в качестве драйверов на ток 10 мА. Регистр данных РТВ содержит триггер-защелку на восьми выводах порта.

Порт С (РТС 6 …РТС 0) представляет собой специальный 7-разрядный порт, в котором выводы от 0 до 4 служат в качестве мощных драйверов, что дает им возможность непосредственно управлять светодиодами. Каждый вывод порта С может быть программно связан с встроенными резисторами, когда этот вывод конфигурирован как входной. Регистр данных РТС порта С содержит триггер-защелку на восемь выводов порта.

Порт D (PTD 7 /T 2 CH 1, PTD 6 /T 2 CH 0, PTD 5 /T 1 CH 1, PTD 4 /T 2 CH 0, PTD 3 /SPSCK, PTD 2 /MOSI, PTD 1 /MISO, PTD 0 /SS) представляет собой специальный 8-разрядный порт, в котором выводы от 4 до 7 используются совместно с модулем таймера/счетчика TIM 08, а выводы от 0 до 3 – совместно с модулем SPI, для организации синхронной последовательной передачи данных. Возможности использования выводов в качестве драйверов такие же, как и у порта В. Каждый вывод порта D может быть программно связан с встроенным резистором, когда этот вывод конфигурирован как входной. Регистр данных PTD порта D содержит триггер-защелку на всех восьми выводах порта.

Порт Е (РТЕ 1 /RxD, РТЕ 0 /TxD) представляет собой 2-разрядный цифровой порт без встроенных резисторов, используется для организации асинхронной передачи данных SCI. Возможности драйвера такие же, как у порта А, В и D. Регистр данных PTЕ порта Е содержит триггер-защелку на обоих выводах порта.

V_SS – земля.

V_DD – напряжение питания 5 В..

V_SSAD/V_REFL – землядля аналого-цифрового преобразователя модуля ADC.

V_DDAD/V_REFH – напряжение питания для аналого-цифрового преобразователя модуля ADC. землядля аналого-цифрового преобразователя модуля ADC.

V_SSA – земля для модуля тактового генератора (CGM).

V_DDA – напряжение питания для модуля тактового генератора (CGM). OSC 1, OSC 2 – вход и выход встроенного в микросхему инвертирующего усилителя. Используются для подключения навесных элементов кварцевого генератора. Внешний генератор OSC предназначен для работы при оптимальной частоте внешнего кварцевого генератора 32,768 кГц и функционирует только в частотном диапазоне от 30 до 100 кГц.

CGMXFC используется для подключения внешнего фильтра при использовании внешнего кварцевого генератора на частоту 32,768 к Гц.

RST сброс микроконтроллера. Сброс происходит в том случае если на нем низкий логический уровень.

IRQ внешнее прерывание.

 

Микроконтроллеры 68 HC 08/908 принадлежат к семейству интегральных схем HC, выпускаемых компанией Motorola по технологии «hight -speed CMOS». CMOS, или в русскоязычной терминологии КМОП, – это технология производства цифровых интегральных схем на основе Комплементарных полевых транзисторов со структурой «Металл – Окисел –Полупроводник». Семейство НС объединяет цифровые ИС различной степени интеграции: от простых логических элементов, счетчиков, дешифраторов до микроконтроллеров с архитектурой различной сложности. Все элементы, принадлежащие к семейству НС, электрически совместимы, поэтому сопряжение микроконтроллеров 68 НС 08/908 с другими элементами семейства НС не вызывает затруднений.

Электрические и динамические характеристики микроконтроллера:

– U _OH = 4,2 B;

– U _OL = 0,4 B;

– I _OH = -0,8 мА;

– I _OL = 1,6 мА;

– U _IH = 3,5 В;

– U _IL = 1,0 B;

– I _IH = 10 мкА;

– I _IL = -10 мкА;

где U _OH - минимальное выходное напряжение логической 1; U _OL -максимально выходное напряжение логического 0; I_OH - максимальный выходной ток логической 1; I_OL - максимальный выходной ток логического 0; U _IH - минимальное входное напряжение логической 1; U _IL - максимальное входное напряжение логического 0; I_IH - максимальный входной ток логической 1; I_IL - максимальный входной ток логического 0;

Работа микроконтроллера задаётся внешним кварцевым резонатором, схема подключения которого приведена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема подключения кварцевого резонатора

 

В микроконтроллерах серии GP используется вариант модуля CGM08, который обеспечивает умножение частоты в сотни раз, что позволяет подключать в качестве частотно-задающего элемента дешевые и стабильные кварцевые кристаллы с резо­нансной частотой F_q = 32,768 кГц, широко применяемые в часовой промышленности («часовые» кварцы). В паре с этим резонатором работают конденсаторы С 1 и С 2 ёмкостью 3 пФ.