МС68НС705С8 61

Однокристальная микроЭВМ

МС68НС705С8

Введение

Однокристальная микроЭВМ (далее ОЭВМ) МС68НС705С8 входит в серию М68НС05 относительно дешевых ОЭВМ, использующих КМОП-технологию, сочетающую малые размеры и высокое быстродействие с низким потреблением энергии и высокой устойчивостью к помехам.

Дополнительным преимуществом КМОП-структуры является то, что компоновка схемы полностью статична, т.е. ОЭВМ может работать при любой частоте синхронизации, меньшей, чем гарантированный максимум. Эта особенность может использоваться в целях экономии энергии, так как ее потребление возрастает с увеличением частоты синхронизации. Кроме того, для снижения потребления энергии используются еще два программно-управляемых режима работы с экономией энергии: Ожидание (WAIT) и Останов (STOP). Благодаря этим режимам ОЭВМ MC68HC705C8 находит особо широкое применение в автомобильной технике, а также в аппаратуре, питающейся от батарей.

Индекс "705С8" в названии говорит о принадлежности данной ОЭВМ к серии С, в которую входят микросхемы общего назначения с наиболее гибкими параметрами. Цифра 8 в названии говорит о том, что это наиболее быстродействующая версия, допускающая частоту внешней синхронизации 8 МГц. Цифры 705 говорят об отличии от базовой модели МС68НС05С8 в конфигурации памяти, состоящее в том, что в базовой модели предусмотрено 8К ПЗУ, а в ее модификации МС68НС705С8 ПЗУ заменено на ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием либо однократно программируемым ППЗУ.

Кроме упомянутых ОЭВМ, серия М68НС05 включает в себя ОЭВМ с драйверами жидкокристалических, вакуумных и других дисплеев, ЦАП и АЦП, таймерами, ОЭВМ с различными конфигурациями памяти, быстродействием и другими отличительными особенностями.

СОДЕРЖАНИЕ

Страница

Введение 1

СОДЕРЖАНИЕ 2

1. Программная модель ОЭВМ МС68НС705С8. 3

1.1 Внутренняя структура. 3

1.2 Память. 5

1.3 Регистры. 6

1.4. Режимы адресации. 9

1.5. Набор команд. 15

2. Аппаратные средства 28

2.1 Линии (порты) параллельного ввода-вывода. 28

2.2 Система прерываний. 29

2.3 Таймер и связанные с ним устройства. 33

2.4 Последовательный интерфейс 36

3. Специальные режимы работы. 47

3.1 RESET. 47

3.2 Режимы с пониженным энергопотреблением. 49

Приложение 1.

Расположение и назначение выводов МС68НС705С8. 51

Приложение 2.

Типовая схема подключения МС68НС705С8. 54

1. Программная модель ОЭВМ МС68НС705С8.

1.1 Внутренняя структура.

ОЭВМ имеет ряд отличительных особенностей в аппаратном и программном обеспечении, которые перечислены ниже:

Особенности аппаратного обеспечения:

· КМОП-структура с высокой плотностью компоновки;

· 8-разрядная архитектура;

· режимы малого потребления энергии (Ожидание, Останов, и режим сохранения данных);

· 24 двунаправленные линии ввода-вывода.

· 7 однонаправленных линий (только ввод).

· 2 линии ввода-вывода таймера.

· тактовая частота при питании 5В - до 2.1 МГц, при питании 3В - до1 Мгц;

· встроенный 16-битовый таймер;

· последовательный интерфейс связи;

· последовательный периферийный интерфейс;

· программируемое ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, либо однократно программируемое ПЗУ;

· возможность конфигурирования памяти;

· система слежения за временем выполнения программы;

· диспетчер тактовой частоты;

· записанная в ПЗУ программа самозагрузки для программирования;

· программируемый режим обнаружения внешних прерываний;

· возможность прерываний от внешнего устройства, таймера и последовательного интерфейса;

· начальная установка по включению и по внешнему сигналу;

· одно питающее напряжение 3-6 В (режим сохранения данных при 2 В);

· встроенный генератор тактовой частоты;

· 40-выводной корпус с двумя рядами выводов либо 44-выводной квадратный пластиковый корпус.

Особенности программного обеспечения:

· совместимость снизу вверх в программном обеспечении с M146805 КМОП серией;

· эффективный набор команд;

· гибкость в управлении с помощью прерываний;

· режимы индексной адресации для организации массивов и таблиц;

· обмен с внешними устройствами, включенными в адресное пространство;

· два режима низкого потребления энергии.

Внутренняя структура ОЭВМ представлена на рисунке 1-1. Блок центрального процессора содержит 8-битовое арифметико-логическое устройство (АЛУ), аккумулятор, индексный регистр, регистр признаков, указатель стека, программный счетчик и управляющую логику. На кристалле также расположены системы памяти: загрузочное ПЗУ, программируемое ПЗУ и ОЗУ.

В состав систем ввода-вывода входят асинхронный последовательный интерфейс связи (SCI), последовательный периферийный интерфейс (SPI) и 16-битовый программируемый таймер. Диспетчер синхронизации и таймер времени выполнения программы следят, соответственно, за наличием сигнала синхронизации на внутренней шине (в противном случае происходит RESET), а также за временем выполнения прикладной программы, которая должна периодически сбрасывать таймер, в противном случае система считает, что произошел сбой программы и формирует RESET. Тактовый генератор может функционировать как с использованием внешнего сигнала синхронизации, так и с помощью кварцевого резонатора. Схемы подключения для обоих случаев приведены в Приложении 2.

Рис. 1-1. Внутренняя структура ОЭВМ.

24 линии ввода-вывода объединены в порты А, В и С, которые могут быть запрограммированы либо на ввод, либо на вывод информации. 7 линий порта D работают только в режиме ввода информации, но могут программно переключаться на работу в режиме обслуживания последовательного интерфейса связи (Serial Communication Interface, далее SCI), либо в режиме последовательного периферийного интерфейса (Serial Periferal Interface, далее SPI).

Выводы TCAP и TCMP позволяют с помощью таймера реализовывать функции фиксации времени внешнего события (например, для измерения длительности внешнего импульса), и выполнения какой-либо операции в определенный момент времени (например, для формирования выходного сигнала в реальном времени).

Вывод Vpp используется для программирования ППЗУ, и при нормальной работе соединяется с выводом питания Vdd. Рассмотрим подробнее каждый из элементов ОЭВМ.

1.2 Память.

Память ОЭВМ MC68HC705C8 включает в себя от 176 до 304 байт ОЗУ, 240 байт ПЗУ и от 7600 до 7744 байт программируемого ПЗУ. МС68HC705C8 имеет 4 различных типа конфигурации памяти, как показано на рис. 1-2.

Рис. 1-2 Карта памяти ОЭВМ

Конфигурация задается записью в биты RAM0 и RAM1 регистра конфигурации OPTION, находящегося по адресу 1FDFH. При начальной установке эти биты сбрасываются. Состояние битов RAM0 и RAM1 определяет объем ОЗУ и ПЗУ, который может быть выбран из следующей таблицы:

Таким образом, конфигурация памяти может быть изменена в любой момент в ходе выполнения программы.

1.3 Регистры.

Как видно из структурной схемы, ОЭВМ содержит следующие регистры: 5 регистров ЦП, регистр конфигурации, программный регистр (регистр команд программирования). Назначение и структуру этих регистров мы рассмотрим в этом разделе. Кроме того, в состав ОЭВМ входят регистры портов, регистры таймера, последовательных интерфейсов и другие, все эти регистры будут рассмотрены в соответствующих разделах.

Регистр конфигурации ( OPTION ), имеющий адрес 1FDFH во встроенной памяти, используется для задания режима обнаружения внешних прерываний (IRQ), разрешения/запрета доступа к ППЗУ, а также конфигурации памяти.

Регистр конфигурации

*бит SEC является ячейкой ППЗУ.

Ниже приводятся функции каждого бита регистра конфигурации.

RAM0-бит конфигурации памяти.

при RAM0=1 32 байта с адреса 0030H становятся равными 0. Адреса с 0020 по 002F резервируются. Таким образом, удаляется 48 байт ППЗУ, которые были расположены по этим адресам. Этот бит может быть записан и прочитан в любой момент, таким образом, конфигурация памяти может быть изменена во время выполнения программы.

при RAM0=0 добавляется 48 байт ППЗУ по адресам 0020H-004FH.

RAM1-бит конфигурации памяти.

при RAM1=1 96 байт, начиная с адреса 0100H, становятся равными FFH. Бит может быть записан и прочитан в любой момент.

при RAM1=0-добавляется 96 байт ППЗУ c адреса 0100H.

SEC-бит блокировки загрузчика. Он показывает, откуда будет производиться начальная загрузка ОЭВМ: из ППЗУ либо из внешнего источника по последовательному интерфейсу.

при SEC=1 загрузчик блокирован. ОЭВМ работает в однокристальном режиме.

при SEC=0 загрузчик разблокирован, управление после RESET передается встроенной программе, осуществляющей начальную загрузку встроенной памяти из внешнего устройства по последовательному интерфейсу. Бит SEC физически расположен в ППЗУ и не изменяется при общем сбросе.

IRQ -режим обнаружения запросов на прерывание от внешних устройств.

при IRQ=1 вывод IRQ/ микропроцессора реагирует как на низкий уровень сигнала на этом выводе, так и на перепад из высокого уровня в низкий.

при IRQ=0 ОЭВМ реагирует только на перепад из высокого в низкий уровень на входе IRQ.

Регистр команд программирования (PROG), расположенный по адресу 001СН, используется для установки режима при программировании ППЗУ.

Регистр команд программирования

LAT-бит определяет доступ к триггеру программирования ППЗУ.

при LAT=1-разрешен доступ к данным ППЗУ и адресной шине для программирования на следующем цикле записи байта.

при LAT=0-доступ запрещен.

Бит LAT может быть записан и прочитан.

PGM-разрешение/запрет программирования.

при PGM=1 напряжение программирования подается на ППЗУ.

при PGM=0 напряжение программирования отключено.

Если бит LAT сброшен, PGM не может быть установлен в 1.

Центральный процессор содержит 5 регистров, показанных на рис. 1-3. Регистры центрального процессора не являются частью карты памяти.

Рис. 3 Регистры ЦП.

Аккумулятор (A)-это 8-битный регистр общего назначения, в котором хранятся операнды, результаты арифметических операций, а также данные, с которыми производятся какие-либо операции. Аккумулятор также используется и для логических операций.

Индексный регистр (X)-используется либо при индексном режиме адресации, либо как вспомогательный аккумулятор. Этот регистр может быть загружен как непосредственно, так и из памяти, может быть сохранен в ячейке памяти или сравнен с ее содержимым.

Программный счетчик (PC)-это 13-битовый регистр, содержащий адрес команды, следующей за выполняемой, либо адрес операнда, входящего в код программы. Шина адреса MC68HC705C8 имеет разрядность 13 бит, что позволяет адресовать 8 Кб памяти.