Motorola MC68HC705C8

Motorola MC68HC705C8

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.

[pic]

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.

[pic]

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:

|RAM0 |RAM1 |ОЗУ байт |ППЗУ байт |

|0 |0 |176 |7744 |

|1 |0 |208 |7696 |

|0 |1 |272 |7648 |

|1 |1 |304 |7600 |

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

|Назначение |RAM0 |RAM1 |0 |0 |SEC |- |IRQ/ |0 |

|Установка |0 |0 |0 |0 |* |- |1 |0 |

|после RESET | | | | | | | | |

*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

|Назначение |0 |0 |0 |0 |0 |LAT |0 |PGM |

|Установка |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |

|после RESET | | | | | | | | |

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.

[pic]

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.

Указатель стека (SP), как и программный счетчик, является 13-битным

регистром, содержащим адрес следующей (свободной) ячейки стека. Во время

начальной установки, либо при выполнении команды "Сброс указателя стека"

(RSP), в указатель записывается адрес 00FFH. Затем это значение уменьшается

по мере записи данных в стек. При обращении к памяти 7 старших бит

указателя постоянно имеют значение 0000011В. Эти 7 бит добавляются к шести

младшим битам для получения адреса от 00FFH до 00C0H. Подпрограммы и

прерывания могут, таким образом, использовать до 64 ячеек памяти под стек.

Если все ячейки заполнены, то указатель стека автоматически устанавливается

в исходную позицию и записанная в стек информация теряется. Вызов

подпрограммы использует 2 ячейки стека, прерывание-5 ячеек.

Регистр признаков (СС) содержит 5 флагов, устанавливающихся в

зависимости от результата выполнения арифметических и других команд. Этими

флагами являются: флаг полупереноса (Н), флаг отрицательного результата

(N), флаг нулевого результата (Z), бит маски прерываний (I) и флаг переноса

(С).

Флаг полупереноса (Н)-используется для операций с числами в двоично-

десятичном коде и изменяется при операциях сложения (ADD) и сложения с

флагом переноса (ADC). Бит Н устанавливается в 1 при возникновении переноса

из бита 3 в бит 4.

Бит маскирования прерываний (I)-запрещает все маскируемые прерывания

при установке его в 1. Бит I автоматически устанавливается при

возникновении любого прерывания сразу же после сохранения регистров в

стеке, но до передачи управления по вектору прерывания. Если внешнее

прерывание происходит в тот момент, когда ,бит I установлен в 1, то запрос

на прерывание фиксируется и обрабатывается после сброса бита I. После

обслуживания прерывания, команда возврата из прерывания (RTI)

восстанавливает содержимое регистров. Таким образом, после обработки

прерывания I-бит сбрасывается, а при начальной установке ОЭВМ бит I

устанавливается в 1 и может быть сброшен программно.

Флаг отрицательного результата (N) устанавливается в 1, если результат

последней операции является отрицательным числом, и сбрасывается в

противоположном случае.

Флаг нулевого результата (Z) устанавливается в 1, если результатом

последней операции является 0 и сбрасывается в противоположном случае.

Флаг Перенос (заем) (С) индицирует, что произошел перенос в результате

операции сложения, либо заем при вычитании. Операции сдвига и циклического

сдвига происходят через этот бит, что дает возможность осуществлять

операции сдвига с операндами из нескольких слов.

1.4. Режимы адресации.

ОЭВМ МС68НС705С8 использует восемь режимов адресации, определяющих

способ доступа к данным, требуемым для выполнения команд. Способы

адресации, поддерживаемые ОЭВМ МС68НС05С8, перечислены ниже:

неявная;

непосредственная;

прямая;

расширенная;

индексная без смещения;

индексная с 8-разрядным смещением;

индексная с 16-разрядным смещением;

относительная.

Команды с неявной адресацией либо не имеют операндов, либо содержат

указание на операнд в мнемонике команды. К таким командам относятся,

например, команды возврата из прерывания (RTI), останова (STOP) и т.д.

Неявный тип адресации имеют команды работы с данными в регистрах

микропроцессора, например, установить флаг переноса (SEC), увеличение

числа, хранящегося в аккумуляторе, на единицу (INCA), и другие. Команды с

неявной адресацией не требуют обращения к памяти и имеют длину один байт. В

Таблице 1-1 приведен список команд, которые используют неявную адресацию.

Таблица 1-1. Команды, использующие неявную адресацию.

|Команда |Мнемоника |

|Арифметический сдвиг влево |ASLA, ASLX |

|Арифметический сдвиг вправо |ASRA, ASRX |

|Сбросить флаг переноса |CLC |

|Сбросить флаг маскирования прерываний |CLI |

|Обнулить |CLRA, CLRX |

|Дополнение |COMA, COMX |

|Декремент на 1 |DECA, DECX |

|Инкремент на 1 |INCA, INCX |

|Логический сдвиг влево |LSLA, LSLX |

|Логический сдвиг вправо |LSRA, LSRX |

|Умножение |MUL |

|Изменить знак |NEGA, NEGX |

|Нет операции |NOP |

|Циклический сдвиг влево через флаг переноса |ROLA, ROLX |

|Циклический сдвиг вправо через флаг переноса |RORA, RORX |

|Инициализация указателя стека |RSP |

|Возврат из прерывания |RTI |

|Возврат из подпрограммы |RTS |

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7