1.1.4. 16- и 32-разрядные микроконтроллеры MOTOROLA
Высокопроизводительные 16- и 32-разрядные микроконтроллеры семейств Motorola 68НС16, 68300 реализуются из набора стандартных функциональных модулей. Набор модулей содержит 16- или 32-разрядный процессор (CPU16 или CPU32), модули внутренней памяти, модуль системной интеграции (SIM или SCIM), модуль последовательного интерфейса (QSM), таймерный процессор (TPU) или таймерный модуль (GPT), аналого-цифровой преобразователь (ADC) и ряд других. Размещенные на кристалле модули соединяются стандартной межмодульной шиной. Микроконтроллеры семейства 68НС16 содержат 16-разрядный процессор CPU 16, который является дальнейшим развитием 8-разрядного процессора, используемого в семействе 68НС11. Микроконтроллеры семейства 68300 содержат процессоры CPU32, функционально аналогичные микропроцессорам MC68020.
Коммуникационные контроллеры, которые входят в состав семейства 68300, предназначены для использования в системах связи. Они содержат модуль коммуникационного RISC-процессора и имеют расширенный состав модулей обмена данными. В качестве процессорного ядра они используют различные модификации микропроцессоров семейства Motorola 68000.
1.1.5. Номенклатура и области применения микроконтроллеров семейства 68НС16
Архитектура семейства 68НС16 является дальнейшим развитием архитектуры 8-разрядных семейств 68НС05,08,11. Реализуемое в микроконтроллерах 68НС16 увеличение объема адресуемой памяти до 1 Мбайт, повышение тактовой частоты до 16 МГц, обработка 16- и 32-разрядных чисел, введение команд умножения-накопления (MAC) дробных чисел и ряд других характеристик позволяют значительно повысить производительность и расширить функциональные возможности систем, реализуемых на их основе. Поэтому микроконтроллеры данного семейства используются в тех случаях, когда необходимо существенно модернизировать схему управления каким-либо устройством, реализованную на базе семейств 68НС05,11, не меняя кардинально ее структуру и принципы функционирования. Эти микроконтроллеры широко применяются в качестве центральных блоков управления в системах, которые содержат несколько микроконтроллеров 68НС05,11, обслуживающих отдельные объекты.
Таблица 1.1
Модель
|
ПЗУ бит
|
ОЗУ бит
|
ЭСППЗУ бит
|
Таймер
|
Входы-выходы
|
Послед. порт
|
АЦП
|
Модуль
интеграции
|
MC68HC16Z1
|
|
1 К
|
|
GPT
|
46
|
QSM
|
10р.,8вх
|
SIM
|
MC68HC16Z2
|
8К
|
2К
|
—
|
GPT
|
46
|
QSM
|
10р.,8вх
|
SIM
|
MC68HC16Z3
|
8К
|
4К
|
—
|
GPT
|
46
|
QSM
|
10р.,8вх
|
SIM
|
MC68HC16Y1
|
48К
|
1К
|
—
|
TPU+GPT
|
95
|
SPI+2SCI
|
10р.,8вх
|
SCIM
|
MC68HC16S1
|
—
|
2К
|
—
|
—
|
23
|
—
|
—
|
—
|
MC68HC16V1
|
—
|
—
|
—
|
GPT
|
62
|
QSPM+SCI
|
—
|
-
|
MC68HC916Y1
|
|
4К
|
48 К
|
TPU+GPT
|
95
|
SPI+2SCI
|
10р.,8вх
|
SCIM
|
МС68НС916Х1
|
—
|
2К
|
50
|
GPT
|
95
|
SPI+2SCI
|
10р.,8вх
|
SCIM
|
Использование микроконтроллеров 68НС16 обеспечивает также значительное улучшение характеристик систем, выполняющих цифровую обработку поступающих сигналов, которая производится с помощью специальных регистров и команд MAC процессора CPU 16. Реализуемый в этих микроконтроллерах режим отладки BDM существенно упрощает процедуру отладки систем, построенных на их основе.
Микроконтроллеры семейства 68НС16 используются в системах управления автомобильным оборудованием, телекоммуникационной аппаратуре (сотовые телефоны, телефонные коммутаторы), бытовой электронике (видеокамерах, телевизорах, цифровых аудиосистемах), офисной технике (факсы, модемы, копировальная техника), медицинском оборудовании, робототехнике.
1.1.6. Номенклатура и области применения микроконтроллеров семейства 68300
В архитектуре микроконтроллеров 68300 использованы принципы, заложенные в микропроцессорном семействе 68000. Применение 32-разрядного процессора CPU32, имеющего широкий набор команд и способов адресации, расширение адресуемой памяти до 16 Мбайт и ряд других особенностей делают микроконтроллеры семейства 68300 эффективным средством для реализации сложнофункциональных и высокопроизводительных систем, которые могут использовать огромный объем программного обеспечения, разработанного для микропроцессоров семейства 68000, включая ассемблеры, компиляторы, отладчики, операционные системы, а также многочисленные прикладные программы. Все это делает семейство 68300 перспективной элементной базой для реализации новых поколений систем управления.
Микроконтроллеры семейства 68300 имеют напряжение питания 5 В, максимальную тактовую частоту 20 МГц и потребляемую мощность в рабочем режиме не более 600 мВт, которая снижается в режиме останова до 500 мкВт. Предусмотрено подключение к памяти пониженного резервного питания, что позволяет сохранить ее содержимое в режиме хранения. Все модели микроконтроллеров содержат сторожевое устройство (WDT-watchdog timer), таймер для реализации периодических прерываний (PIT), а также реализуют режим отладки BDM.
Микроконтроллер МС68331 является наиболее простой моделью семейства 68300. Он не имеет внутренней памяти и модуля АЦП, использует более простой таймерный модуль GPT. Основное применение находит в системах регулирования и контрольно-измерительной аппаратуре. Микроконтроллер МС68332 послужил базовой моделью, на основе которой реализован ряд последующих моделей. Получил широкое распространение в робототехнике, автомобильной электронике, устройствах управления электродвигателями, системах промышленной автоматики.
Таблица 1.2
Модель
|
ОЗУ
Кбайт
|
ЭСППЗУ Кбайт
|
Таймер
|
ОЗУ
таймера
|
Входы-выходы
|
Послед. порт
|
АЦП
|
Модуль интеграции
|
МС68331
|
—
|
—
|
GPT
|
—
|
43
|
QSM
|
—
|
SIM
|
МС68332
|
2
|
—
|
TPU
|
—
|
47
|
QSM
|
—
|
SIM
|
МС68333
|
0,5
|
64
|
три
|
3,5 К
|
96
|
QSM
|
10р.,8вх
|
SCIM
|
МС68334
|
—
|
—
|
TPU
|
1К
|
47
|
-
|
10р.,8вх
|
SCIM
|
МС68335
|
8
|
—
|
TPU
|
2К
|
47
|
QSM
|
—
|
SIM
|
МС68336
|
4
|
—
|
TPU+CTM
|
3,5 К
|
96
|
QSM
|
10р.,8вх
|
SIM
|
МС68376
|
4
|
—
|
TPU+CTM
|
3,5 К
|
96
|
QSM+CAN
|
10р.,8вх
|
SIM
|
Микроконтроллер МС68333 является функциональным расширением модели МС68332, в которую введены электрически стираемое ППЗУ (Flash) емкостью 64 Кбайт, 10-разрядный АЦП с 8 аналоговыми входами, ОЗУ таймерного процессора емкостью 3,5 Кбайт. Разработанный первоначально для систем управления автомобильными двигателями, этот микроконтроллер в настоящее время находит также широкое применение в промышленной автоматике и связной аппаратуре. Микроконтроллер МС68334 является упрощенным вариантом МС68333, в котором исключены ЭСППЗУ, ОЗУ и модуль последовательного обмена QSM. Благодаря этому значительно снижена его стоимость, что весьма существенно для многих применений. Используется, главным образом, во встраиваемых системах управления.
Микроконтроллеры МС68336, 376 обладают наиболее широкими функциональными возможностями. Кроме TPU они содержат модуль конфигурируемого таймера СТМ, имеющего четыре канала, которые программируются на выполнение различных функций. Для аналого-цифрового преобразования используется модуль QADC, который отличается от ADC введением буфера (очереди) данных. В модели МС68376 дополнительно введен модуль сетевого контроллера, реализующего промышленный протокол CAN. Эти микроконтроллеры служат для решения задач высокоточного регулирования и сложнофункционального управления.
В состав семейства 68300 входят также ряд моделей, которые содержат типовые модули, используемые в микропроцессорных системах, или специализированные модули для специфических областей применения. Такие модели называются интегрированными микропроцессорами (МС68306, 307, 328, 330, 340, 341, 349) и специализированными контроллерами (МС68322 - контроллер формирования изображений, МС68302, 356, 360 - коммуникационные контроллеры).
Интегрированные микропроцессоры используют в качестве процессорного ядра различные варианты CPU32. Модуль CPU030 содержит процессор CPU32+, обеспечивающий работу с 32-разрядными адресами и данными, и два модуля памяти: ОЗУ данных и конфигурируемый кэш команд. ОЗУ данных состоит из четырех блоков емкостью по 1 Кбайту, размещаемых в любом месте адресного пространства. Конфигурируемый кэш команд состоит из четырех блоков, каждый из которых может работать как кэш-память емкостью 256 байт или ОЗУ емкостью 512 байт. Таким образом, можно реализовать кэш команд емкостью до 1 Кбайта или ОЗУ емкостью до 2 Кбайт. Процессор 68ЕСООО представляет собой процессорное ядро микропроцессора МС68ЕСООО, который функционально аналогичен MC68000.
Таблица 1.3
Модель
|
Процессор
|
ОЗУ
бит
|
Таймеры
|
Послед. порт
|
Модуль интеграции
|
Дополнительные модули
|
МС68306
|
68ЕС000
|
-
|
|
DUART
|
SIM
|
Контроллер ДОЗУ
|
МС68307
|
68ЕС00
|
-
|
2ТС
|
DUART
|
MSB
|
Контроллер шины M-bus (I2C)
|
МС68322
|
68ЕС000
|
|
|
|
SIM
|
Видеоконтроллер, графический процессор контроллер ПДП-2кан., контроллер ДОЗУ
|
МС68328
|
68ЕС00
|
-
|
2ТС
|
UART
|
SIM40
|
Контроллер ЖКИ, ТРВ
|
МС68330
|
CPU32
|
-
|
-
|
-
|
SIM40
|
Контроллер PCMCIA
|
МС68340
|
CPU32
|
-
|
2ТС
|
DUART
|
SIM40
|
Контроллер ПДП-2кан.
|
МС68341
|
CPU32 ^
|
-
|
2ТС
|
DUART, SPI DUART
|
SIM41
|
Контроллер ПДП-2кан., ТРВ
|
МС68349
|
CPU030
|
4К+2К
|
2ТС
|
|
SIM49
|
Контроллер ПДП-2кан., ТРВ
|
Большинство интегрированных микропроцессоров содержит два 16-разрядных таймера-счетчика, которые могут переключаться как тактовыми импульсами, так и внешними сигналами. Для последовательного обмена чаще всего применяются сдвоенные (DUART) или одиночные (UART) асинхронные приемо-передатчики (аналогичны микросхеме МС68681). В состав ряда моделей входят синхронные последовательные порты SPI или специальные синхронные порты SSI. В качестве модуля системной интеграции используются различные модификации SIM. Модуль интеграции MSB в модели МС68307 обеспечивает интерфейс с шинами семейств 68000, 8051 и M-bus, реализующей промышленный протокол обмена I2C.
Для интегрированных микропроцессоров и специализированных контроллеров характерно широкое использование таких дополнительных модулей, как контроллеры динамических ОЗУ, обеспечивающие периодическую регенерацию хранящейся в них информации, контроллеры прямого доступа к памяти (ПДП), обслуживающие обычно 2 канала обмена. Некоторые контроллеры содержат дополнительные RISC-процессоры, ориентированные на выполнение определенных функций. В модели МС68322 это графический процессор RGP, работающий совместно с контроллером принтера PVC. В моделях МС68302, 356, 360 это коммуникационные процессоры СР или СРМ, обеспечивающие управление сетями передачи информации с разными протоколами обмена. Контроллер МС68356 содержит в качестве дополнительного модуля 24-разрядный цифровой процессор сигналов (DSP) с памятью емкостью 10Кх24 бит, который аналогичен DSP5602, выпускаемому компанией МОТОРОЛА в качестве отдельного изделия. Модели МС68330, 356 имеют также контроллер интерфейса с широко используемой шиной PCMCIA. Модель 68328 содержит контроллер широкоформатного жидкокристаллического дисплея высокого разрешения.
Данные микропроцессоры функционируют с максимальной тактовой частотой 16,20 или 25 МГц (для различных модификаций). Модели МС68307, 328, 330, 340, 341, 349 имеют модификации, работающие при пониженном напряжении питания 3,3 В, которые используются в портативной аппаратуре.
Основной областью применения интегрированных микропроцессоров МС68306, 307, 322, 328 являются вычислительные и управляющие устройства, встраиваемые в различную аппаратуру. Там же находят применение и микропроцессоры МС68330, которые имеют более мощный процессор, но содержат ограниченный набор дополнительных блоков. Данная модель отличается более низкой стоимостью. Модель МС68340 имеет достаточно широкий набор дополнительных модулей и используется в устройствах, требующих быстрой передачи и обработки больших массивов данных, например, в контроллерах дисковых накопителей. Модель МС68341 разработана для управления накопителями на компакт-дисках (CD-ROM). Модель МС68349, имеющая наиболее широкие функциональные возможности, предназначена для реализации компактных и высокопроизводительных систем управления и обработки данных, встраиваемых в связную, контрольно-измерительную, медицинскую и другую аппаратуру. Контроллер МС68322 используется, главным образом, в лазерных принтерах и других высокопроизводительных печатающих устройствах. Контроллер МС68328 ориентирован на применение в сложнофункциональной портативной аппаратуре с широкоформатными жидкокристаллическими дисплеями.
Коммуникационные контроллеры МС68302, 356, 360 предназначены для использования в системах обмена информацией. Специфические особенности их функционирования и применения связаны с наличием коммуникационного процессора СРМ, обеспечивающего возможность подключения к линиям связи с различными протоколами обмена. В состав СРМ входят RISC-контроллер, двухпортовое ОЗУ и большой набор периферийных устройств, который включает:
- четыре связных последовательных контроллера SCC1 - SCC4;
- два управляющих последовательных контроллера SMC 1, SMC2;
- периферийный последовательный интерфейс SPI;
- блок последовательного обмена с временным разделением данных;
- параллельный порт, реализующий стандартный протокол обмена типа CENTRONICS;
- три параллельных порта, обеспечивающих различные протоколы квитированного и неквитированного обмена;
- четыре 16-разрядных таймера (могут конфигурироваться как два 32-разрядных);
- двухканальный блок независимого прямого доступа к памяти.
Кроме того можно дополнительно реализовать шестнадцать 16-разрядных таймеров и четырнадцать каналов
последовательного прямого доступа к памяти.
Модули СРМ в моделях МС68360 и MC68EN360, МС68МН360 имеют одинаковые структуры и режимы функционирования. Различие между ними состоит только в наборе протоколов обмена, реализуемых интерфейсами SCC. В MC68EN360 интерфейсы SCC могут обеспечивать протокол обмена по локальной сети Ethernet. В МС68МН360 реализуется протокол HDLC с многоканальным обменом, а для SCC1 также протокол сети Ethernet
Наиболее сложные протоколы последовательной пересылки реализуют связные контроллеры SCC 1-4, каждый из которых программируется путем загрузки соответствующего содержимого в регистр режима. В зависимости от этого SCC обеспечивает один из следующих протоколов обмена: HDLC/SDLC, UART, AppleTalk, BYSINC или транспарентный обмен.
Таблица 1.4
Тип контроллера
|
68360
|
68EN360
|
68МН360
|
CPU SIM
|
CPU32+ SIM60
|
CPU32+ SIM60
|
CPU32+ SIM60
|
SCC SMC SPI
|
4 2 1
|
4 2 1
|
4 2 1
|
Каналы ПДП
|
2+14
|
2+14
|
2+14
|
Таймеры
|
4+16,PIT,WDT
|
4+16,PIT,WDT
|
4+16,PIT,WDT
|
Ethernet
|
—
|
4
|
1
|
Отладка
|
JTAG, BDM
|
JTAG, BDM
|
JTAG, BDM
|
Дополнительные возможности
|
CENTRONICS, КДП*)
|
CENTRONICS, КДП*)
|
32*HDLC, КДП*)
| |
