http://www.motorola.com/

Безусловный лидер в области производства 8-разрядных микроконтроллеров, американская компания MOTOROLA уступает первенство на полях сражений за 16-разрядные архитектуры японским корпорациям Hitachi и Mitsubishi. Производимые MOTOROLA 16-разрядные микроконтроллеры представлены сегодня двумя семействами HC12 и HC16, являясь прямыми потомками (через линию 8-разрядных HC11) прадедушки MC6800, анонсированного в 1974 го-ду. МК HC16 и HC12 интересны прежде всего тем, что позволяют разработчику, имеющему опыт работы с семействами HC05 и HC11, без дополнительных умственных усилий перейти на 16-разрядную архитектуру вместе со всем накопленным программным обеспечением.

HC12

Процессор CPU12 повторяет регистровую модель 8-разрядного M68HC11, имея, в отличие от последнего, внутренние шины 16-бит ширины. Процессорное ядро содержит 16-разрядный регистр-аккумулятор (регистровая пара АВ), дополнительный 16-разрядный аккумулятор D, используемый при некоторых операциях, два 16-разрядных индексных регистра, 16-разрядный указатель стека и 8-разрядный регистр состояния программы.

К имеющимся способам адресации CPU12 добавляет возможность индексной адресации по указателю стека, адресации со смещением по регистрам-аккумуляторам, адресации с пре- и постинкрементом и декрементом (от -8 до +8), косвенно-индексной адресации с 16-бит смещением (записанным в теле команды или хранящимся в дополнительном регистре-аккумуляторе).

Система команд процессора, состоящая из 208 команд, включает подмножество команд HC11, добавляя к ним несколько классов новых инструкций. Сформирован полный набор команд, поддерживающих 16-бит сдвиговые и арифметические операции, такие как быстрое знаковое и беззнаковое умножение 16x16 (3 цикла процессора) и деление 32/16 (12 циклов), дробное знаковое и беззнаковое деление 16/16, а также умножение 16x16 с накоплением. Появился новый класс инструкций по поддержке операций нечёткой логики (4 команды), которые заменяют собой целые по-следовательности обычных команд.

Формат команд составляет от 1 до 6 байт. Большинство команд выполняются за 1–8 циклов процессора (при внутренней тактовой частоте 8 МГц). Более 50 команд выполняются за 1 процессорный цикл. 6-байт очередь команд позволяет заносить в буфер следующую инструкцию во время выполнения текущей. Основной выигрыш в производительности по сравнению с HC11 дают повышенная внутренняя тактовая частота, сокращение числа циклов процессора при выполнении большинства инструкций и, естественно, использование 16-бит шины данных для загрузки и выполнения команд.

Поскольку счётчик команд ограничен 16 разрядами, объём адресуемой им памяти составляет только 64 Кбайт, что не так уж и много для 16-разрядного микроконтроллера. Для преодоления этого барьера микроконтроллеры HC12 имеют встроенную схему переключения страниц памяти. Расширенная память объёмом до 4 Мбайт доступна через 16-Кбайт выделенное окно.

Особенностью HC12 является наличие встроенного отладчика, с помощью которого возможно получение доступа к внутренним ресурсам процессора для внешнего хост-контроллера, отладки программы, задания точек останова.

К настоящему времени известны две основных модели НС12 — 16-разрядные микроконтроллеры MC68HC812 и MC68HC916B32, модификации которых отличаются только наличием и размером встроенного ПЗУ и ОЗУ.

MC68HC812A4, выпускаемый в 112-выводном корпусе, содержит 4 Кбайт ПЗУ EEPROM, 1 Кбайт ОЗУ, 8-разрядный 8-канальный АЦП, 8-канальный 16-разрядный многофункциональный таймер, сторожевой таймер, 2 канала асинхронного SCI и 1 канал синхронного SPI.

MC68HC916B32 имеет встроенное FLASH ПЗУ ёмкостью 32 Кбайт, 768 байт EEPROM, 1 Кбайт ОЗУ, 10-разрядный 8-канальный АЦП, 8-канальный 16-разрядный таймер, 8-разрядный 4-канальный ШИМ, по-следовательный асинхронный, синхронный и CAN интерфейсы.

HC16

В дополнение к регистровой модели CPU11, центральное процессорное устройство 2 новых 16-разрядных индексных регистра и расширенный до 16 бит регистр состояния программы. Кроме этого, индексные регистры, 16-разрядные счётчик команд и указатель стека имеют дополнительные 4-разрядные расширения, позволяющие адресовать до 1 Мбайт памяти программ и данных. Для поддержки быстрых операций сложения с накоплением дробных чисел MAC в процессорный модуль введён набор из 5 специальных регистров, включая 36-бит регистр-аккумулятор. При внешней тактовой частоте 25 МГц цикл MAC требует на выполнение операции всего 480 нс.

Процессор может адресовать либо 1 Мбайт совместной памяти программ и данных или 2 Мбайт раздельных памяти программ и памяти данных.

В дополнительные способы адресации входят индексная адресация с постмодификацией и индексная с 16-бит знаковым смещением.

Набор команд включает в себя инструкции НС11, дополнительно поддерживая полный набор команд 16-бит операций, включая дробное умножение и деление, а также команд поддержки операций цифровой обработки сигналов (пересылка, сложение, умножение с накоплением и сдвиг дробных чисел). Инструкции имеют фиксированную длину 2, 4, 6 байт и выполняются в большинстве своём за 2–8 циклов процессора. Ряд команд требует на выполнение несколько большего времени, — это, в частности, инструкции умножения (10 циклов процессора), целочисленного деления 32/16 (24 цикла), дробного деления 32/16 (38 циклов), умножения с накоплением (18 циклов для первой операции и 12 для каждой последующей). Трёхступенчатый конвейер команд осуществляет в течение одного процессорного цикла занесение, декодирование и выполнение до 3 последовательно идущих инструкций.

Особенностью HC16 также является наличие встроенных средств для контроля программы в специальном режиме отладки, позволяющих также программировать встроенное FLASH ПЗУ.

В настоящее время выпускается более десятка основных моделей 16-разрядных микроконтроллеров 68HC16, из которых 4 модели имеют встроенное FLASH ПЗУ объёмом 48 и 96 Кбайт. Емкость внутреннего ОЗУ для МК 68НС16 составляет от 1 до 4 Кб.

Внешняя тактовая частота МК составляет 16 МГц. Самые производительные модели работают на частоте 20 и 25 МГц.

Все микроконтроллеры имеют встроенный 10-разрядный 6- или 8-канальный аналогово-цифровой преобразователь.

Таймерный блок, в зависимости от версии, может быть построен на базе модулей CTM7, GPT и TPU.

Основа CTM7 состоит из двух 16-разрядных free-running таймеров, на базе которых построены подмодули для реализации различных режимов, включающих счёт, входной за-хват и выходное сравнение (в общей сложности, до 10 каналов), 16-разрядную широтно-импульсную модуляцию (2 канала).

Модуль GPT (таймер общего назначения) включает в свой состав 8-разрядный счётчик событий, 16-разрядный free-running таймер с 8 каналами (3 канала захвата, 4 — совпадения, 1 — захвата и совпадения), и конт-роллеры ШИМ (2 канала по 16-бит).

Кроме этого, ряд микроконтроллеров имеют в своём составе специализированный таймерный процессор TPU — довольно сложное устройство, содержащее блок управления и интерфейса, два 16-разрядных таймера, 16 независимых каналов (каждый с соответствующим регистром событий для реализации функций захвата/сравнения). Специальный планировочный блок определяет порядок обслуживания запросов, поступающих от таймерных каналов в соответствии с установленным приоритетом.

Для последовательного обмена данными с внешним миром МК 68НС16 используют 2-канальный асинхронный SCI и синхронный SPI.

Микроконтроллеры выпускаются в многовыводных корпусах типа QFP.

Стандартное напряжение питания МК составляет 5 В. Модель MC68C16Z1 может успешно работать и при напряжении 3 В.

Для семейств MC68HC12/16 предлагается разнообразное ПО, включающее интегрированные отладочные среды, ассемблеры, С-компиляторы, отладчики, программные симуляторы от множества третьих поставщиков.

На сегодняшний день в ряде крупных городов России сформировано более 10 учебно-методических и консультационных центров, где можно получить исчерпывающую техническую информацию относительно продукции компании.

Создано по материалам Chip News