Стивен Барретт - Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С

• Название: Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С
• Автор: Стивен Барретт
• Издательство: Издательский дом «ДМК-пресс»
• Жанр: Программирование
• Год: 2007
• ISBN: 5-9706-0034-2

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.

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. Книга также будет полезна разработчикам радиоэлектронной аппаратуры на микроконтроллерах.

---

На основе базового МК MC68HC912B32 производителем был создан целый ряд моделей: MC68HC12BE32, MC68HC912BC32 и MC68HC12BC32. Основное отличие этих моделей друг от друга состоит в объеме размещенной на кристалле памяти программ и в наличии или отсутствии контроллера CAN сети.

На рис. 1.3 представлена структурная схема сразу двух МК: MC68HC912B32 и MC68HC12BE32. На рис. 1.4 дана цоколевка корпуса для этих микроконтроллеров. Далее на рис. 1.5 показана структура микроконтроллера MC68HC912BC32, на рис. 1.6 — цоколевка корпуса для него. В таблице рис. 1.7 перечислены основные функциональные блоки каждой из перечисленных моделей МК. Эта же таблица позволяет легко определить функциональные различия между рассматриваемыми МК.

Рис. 1.3. Структура микроконтроллеров MC68HC912B32 и MC68HC12BE32

Рис. 1.4. Цоколевка корпуса микроконтроллеров MC68HC912B32 и MC68HC12BE32

Микроконтроллеры семейства 68HC12 — это 16–разрядные МК, что означает, что центральный процессор может выполнять операции над 16–разрядными данными, а также то, что данные передаются внутри МК по 16–разрядной магистрали данных. МК 68HC12 имеют также 16–разрядную магистраль адреса, что позволяет им адресовать 65 536 ячеек памяти. Максимальная частота системной шины МК семейства 68HС12 равна 8 МГц, что обеспечивать значительное возрастание вычислительной производительности по отношению к предшественнику — МК HC11.

Система команд 68HC12 основана на системе команд HC11, однако число способов адресации и число выполняемых действий значительно расширены. Система команд 68HC12 включает 208 инструкций, в том числе пять команд деления с разрядностью данных 16/16 и 32/16 в целочисленном и дробном форматах, команды выбора максимального и минимального числа, команды нечеткой логики. Операции сложения или вычитания двухбайтовых чисел выполняются за 2 или 3 такта системной шины МК. Центральный процессор 68HC12 поддерживает 16 способов адресации, при этом исполнение каждой команды из группы арифметических или логических команд возможно с использованием по крайней мере 12 способов адресации. Центральный процессор 68HC12 имеет двухадресные команды, позволяющие выполнять пересылки 8–и 16–разрядных данных между двумя ячейками памяти или регистрами специальных функций минуя регистры центрального процессора. Четыре команды предназначены для реализации алгоритмов нечеткой логики (fuzzy logic): команда фаззификации MEM, команда обработки нечетких переменных REV, команда обработки нечетких переменных REVW и команда дефаззификации WAW.

Микроконтроллеры семейства 68HC12 обладают резидентной Flash-памятью программ, объемом до 32 Кб, оперативной памятью данных до 1 Кб, энергонезависимой памятью данных типа EEPROM объемом до 768 байт. Они имеют встроенный модуль отладки, который позволяет отлаживать программы, а также выполнять операции стирания/программирования Flash и EEPROM, взаимодействуя с персональным компьютером по однопроводному последовательному интерфейсу.

Рис. 1.5. Структура микроконтроллера MC68HC912BС32

Рис. 1.6. Цоколевка корпуса микроконтроллера MC68HC912BС32

Микроконтроллеры семейства 68HC12 имеют до семи многофункциональных двунаправленных портов ввода/вывода, модуль аналого цифрового преобразователя, модуль таймера с функциями входного захвата и выходного сравнения, 16–разрядный счетчик внешних событий, модуль широтно–импульсного модулятора и несколько контроллеров последовательных интерфейсов. Полный перечень возможных для МК семейства 68HC12 периферийных модулей приведен в таблице рис. 1.7.

Функциональные модули в составе МК MC68HC912B32 MC68HC12BE32 MC68HC912BC32 MC68HC12BC32 Центральный процессор CPU12 + + + + Системная магистраль + + + + Память программ Flash 32Кб +   +   Память программ однократно программируемая 32Кб   +   + EEPROM 768 байт + + + + 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 последовательного обмена CAN     + + Модуль контроллера последовательного обмена BDLC + + + + Сторожевой таймер COP + + + + Модуль отладки BDM + + + + Модуль делителя для низкочастотной синхронизации + + + +

Рис. 1.7. Сравнительные характеристики микроконтроллеров семейства 68HC12B

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;

• 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 усовершенствованного таймера ECT, двух 8–канальных модулей аналого–цифрового преобразования ATD, пяти контроллеров интерфейса информационной сети в стандарте CAN.

Рис. 1.8. Структура микроконтроллера MC9S12DP256B

1.4.1. Семейство HCS12

Семейство HCS12 объединяет более 30 моделей МК. Однако мы не хотим концентрировать внимание читателя на изучении модельного ряда HCS12, поскольку детальное 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.