MC9S12C128 микроконтроллерінің перифериялы модульдері

 

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ

 

Қазіргі заманда  микропроцессорларды қолданбайтын техника аймағын табу қиын. Олар есепетеулер жүргізу, басқару функцияларын жүргізу үшін, сонымен қатар дыбыстар мен бейнелерді  қолданған кезде де пайдаланылады. Қолдану аймағына қарай микропроцесоарларға деген талаптар да өзгере береді. Бұл микропроцессордың ішкі  құрылымына байланысты. Контроллер термині ағылшынның control – басқару сөзінен шыққан. Микроконтроллерлер әртүрлі жұмыс принциптарына негізделіп механикалық немесе оптикалық құрылғылардан бастап электронды аналогтық немесе цифрлық құрылғыларға дейін пайдаланылуы мүмкін. Қазіргі кезде кеңінен тараған басқару схемаларының бірі ол, сандық микросхема негізінде құрылғандар. Контроллерлерге қойылатын талаптар негізінен басқаруды керек ететін құрылғының өлшеміне байланысты болады. Контроллерлер тек үлкен жүйелер үшін ғана емес сонымен қатар өлшемі кіші құрылғылардада керек болады, мысалы радиоқабылдағыштар, радиостанциялар, магнитофондар немесе ұяшықты аппараттарда. Соңғы уақытта микропроцессорлық техникада аппараттарды және құрылғыларды программалауда микроконтроллерлер кеңінен қолданылады. Микроконтроллерлер негізіндегі шешімдер жүздеген немесе мыңдаған  құрылғы шығарылатын жерлерде және соңғы  қолданушыға басқару алгоритмдерін өзгерту қажетболмайтын жағдайларда  бағдарланатын логикалық контроллерге  қарағанда тиімдірек болады. Мысал ретінде көліктік автоматика жүйелерін алуға болады, мұнда жыл сайын миллиондаған құрылғылар шығарылады және тек солардың өндірушілері контроллерлерді бағдарламалаумен айналысады. МК негізгі қолдану аясы- өндірістік автоматика және автомобильдік электроника. Бұл жұмыста он алты разрядты МК МС9S12C128 перифериялы модулдері қарастырылады. Оның ішінде: таймер модулінің кірісін ұстап алу режимін, микроконтроллердің ШИМ (кең импульсті модуляция) модулін, аналогты-цифрлы түрлендіргіштің модулін зерттеу жұмыстарын жүргіземіз, сонымен қатар осы жұмыста МК-ді программалау үшін CodeWarrior программалау ортасын қолданамыз. CodeWarrior интеграцияланған өңдеу ортасымен танысу аспектісі өте қызықты. Себебі ассемблер, С, С++ тілдерінде программалауға да болады. Бұл CodeWarrior-ды әр түрлі оқу үдерісінде қолдануға мүмкіндік береді.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Дипломдық жұмыс 70 беттен, 49 суреттен, 14 пайдаланған әдебиеттен тұрады.

Негізгі ұғымдар: микроконтроллер, интерфейс, CodeWarrior, порт, программа, код, импульс, микропроцессор, перифериялы модуль.

Жұмыстың мақсаты: 16 разрядты микроконтроллердің перифериялы модульдерін терең зерттеу. Оның ішінде: таймер модулі кірісін ұстап алу режимін,микроконтроллердің ШИМ (кең импульсті модуляция) модулін,берілген параметрлері бар жекелеген импульстер генерациясын,аналогты-цифрлы түрлендіргіштің модулін,SPI тізбекті синхронды интерфейсін, SCI тізбекті асинхронды  интерфейсін зерттеу.

Зерттеу жұмыстарының өзектілігі: Қазіргі таңда микроконтроллерлер көптеген заманауи техникаларда кеңінен қолданылады, соның ішінде робототехникада, автоматикада, автомобильдік электроникада қарқынды қолданысқа ие. Микроконтроллерді программалау арқылы әртүрлі құрылғыларды басқаруға болады. Бұл жұмыстағы микроконтроллер бір кристаллда процессор функциясы мен перифериялы құрылғыларды байланыстырады.

Зерттеу объектісі: MC9S12C128 микроконтроллерінің перифериялы модульдері 

Жұмыстың нәтижелері: Келесідей зерттеу жұмыстары жасалынды:

1. Таймер модулінің кірісін ұстап алу режимі
2. Микроконтроллердің ШИМ (кең импульсті модуляция)   модулі
3. Берілген параметрлері бар жекелеген импульстер генерациясы
4. Аналогты-цифрлы түрлендіргіштің модулі
5. SPI тізбекті синхронды интерфейс
6. SCI тізбекті асинхронды  интерфейсі

Зерттеу жұмысының  нәтижелері құрылғыларды басқаруда және автоматтандыруда кеңінен қолданысқа ие бола алады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 HCS12 БІР КРИСТАЛДЫ МИКРОКОНТРОЛЛЕРЛЕР КЛАСЫ

1.1 Кластардың жалпы сипаттамасы

 

Freescale Semiconductor компаниясы (Motorola  компаниясының жартылай өткізгішті компоненттерінің бұрынғы секторы) бірнеше жылдар енгізілген қосымшаларға арналған жартылай өткізгішті компоненттер өндірісте көшбасшы болып келеді. Микроконтроллерлер және интегралданған процестер оның негізгі өнімдерінің бірі болып табылады. Freescale Semiconductor  әлемдік өндірушілер арасында микроконтроллерлер менмикропроцессорлардың толық портфеліне ие, және ол өзінің моделдік тізімін шығарады.

Қазіргі уақытта Freescale Semiconductor өндірушілерге микроконтроллерлердің және интегралданған микропроцессорлардың  көптеген түрін ұсынады және олардың әрбір класификацияланған микропроцессорлы элементтік база категориясының келесідей түрлері бар:

8 разрядты МК HCS08 класы бойынша ұсынылған;

16 разрядты МК HCS12(X) және DSP56800/E кластары бойынша

ұсынылған;

32 разрядты ColdFire, PowerPC және iMx кластары бойынша ұсынылған.

Freescale Semiconductor портфеліндегі  МК-дің кең таралған әр түрлілігіне  және қарамастан алты шығысты 8 разрядты МК мен мықты 32 разрядты PowerPC қуатты, 406 шығысы бар корпустағы МК-дің арасындағы айырмашылығына қарамастан Freescale Semiconductor-дың барлық микроконтроллерлік өнімдеріне тиесілі бір қасиетке назар аударған жөн:

Әрбір кластың  құрамындағы МК-дің моделдерінің көпшілігі автомобильдік сұранысқа  ие, яғни ішкі электромагниттік кедергілерге төзетін қасиетке және әр түрлі қиын климаттық жағдайларда жұмыс істеу мүмкіншілігіне ие.

Freescale Semiconductor компаниясының  оналтыразрядты МК-лері қазіргі  уақытта екі түрлі класпен  көрсетілген: архитектурасы жағынан  өте қызық, екі процессорлы  микроконтроллелердің HCS12(X) клас және DSP микроконтроллерлері ( DSP – Digital Signal Processor – Сигналдарды Цифрлық Өңдеу(СЦӨ)). Бұл лабораториялық практикумда S12 класының МС9S12C128 микроконтроллері зерттеледі [1].

HCS12(X) класының  МК негізгі қолдану аясы- өндірістік  автоматика және автомобильдік  электроника. Қолданылу облыс  спецификасы осы клас сипатталатын үш ерекшелікті анықтайды:

МК-дің классы үдестірілген басқару жүйелерінің  интелектуалды түйіндері ретінде  жұмыс істеуге арналғандықтан, кристалға  интегралданған, тізбектік интерфейстердің  әр түрлі контроллерлерінің үлкен  санының болуы; Тұтынушының қайта программаланатын тұрақтыларды сақтауға арналған

EEPROM маңызды  облысындағы көптеген МК-лер моделдерінің құрамында болуы, автомобилдік қолданыста электрлік сәйкестікті қамтамасыз ете алатын, кластың көптеген моделдерінің кернеуі – 5.0 В.

HCS12(X) класы негізінде CPU12 процессорлы ядро жатыр. CPU12 жалпы аты ретінде орталық процессордың программалы-логикалық моделін түсінген жөн, әйтсе де тактілеу жүйесі, энергия сақтау режимі және   процессорлық ядро құрамындағы ішкі схемалық түзету модулі тұрақты түрде іске асырылып отырады. CPU12 адресациялау әдістерінің алуан түрлігі, ЖЕСҚ-ның толық адрестік кеңістігінде биттерді манипуляция жасау мүмкіндігі, минималды және максималды мәндер адресі бойынша таңдау және орналастыруға қатысты көптеген салыстыру командалары қолданбалы программаның орындалу кодының жинақылығын қамтамасыз етеді [1].

CPU12 процессорлық  ядросы тактілеу жиілігінің жиілігінің  жоғарлауын алып жүруші технологиялық  процесті іске асыру және жаңа  түп нұсқалы сол прцессордың  ядросының құрамында пайда болуға алып келген архитектураның жүзеге асу бағыттарында дамуын жалғастыруда. Қазіргі уақытта HCS12(Х) класында процессорлық ядроның 3 модификациясы бар:

Кластың  басты  секторы – ішкі шинаның жиілігі 8 МГц болатын  HC12 процессоры;

Қазіргі уақытта  белсенді түрде қолданылатын HCS12  процессоры – 25 МГц;

Freescale Semiconductor компаниясының  МК тұтынушылары процессорлық  ядро типіне сәйкес үш кластың  терминологиясын жиі қолданады,  олар: HC12 класы, HCS12 класы, HCS12X класы.

Процессорлық  ядроның техникалық сипаттамаларының айырмашылығына қарамастан HCS12(X) класы МК-нің барлық моделі сипатты ерекшеліктерге ие:

8 және 16 разрядты  операндылармен операциялар жүргізуге  мүмкіншілік беретін, үнемді, 16 разрядты CISC процессорлы ядро бар. HC12 класы үшін ішкі шиналардың максимал жиілігі 8 МГц, 25 МГц -  HCS12 үшін, 50МГц - HCS12(X) үшін. Тактілеу жиілігінің төменгі шекарасы жоқ, және ол енгізілген аз жиілікті тактілеу генераторының процессорлы ядрода бар болуна мүмкіндік береді. Бұл тактілеу генераторы ішкі жоғары жиілікті тактілеу генераторы істен шығып қалған жағдайда жүйенің жұмыс істеу қабілетін сақтап қалуға арналған. CPU12 командалар жүйесі ассемблер тілінің 208 нұсқаулығына ие, оның ішінде белгісі бар және белгісі жоқ он алты разрядты операдыларды бүтін санды көбейту командалары, бүтін санды және бөлшек түріндегі 16:16, 32:16 бөлу командаларының бес түрі, максималды және минималды сандарды таңдау командалары, көмескі логикалық операцияларды жүзеге асыру командалары бар.екі байтты сандарды қосу және азайту операциялары МК-дің ішкі шинасының 4 тактісінде іске асырылады. CPU12-да  адресациялаудың 16 тәсілі бар, логикалық және арифметикалық командалар тобының әрбір командасының орындалуы ең аз дегенде адресациялаудың 12 тәсілін қолдану арқылы мүмкін болады. Адресациялаудың барлық тәсілдері мүмкін болатын командалары бар процессорларды ортогоналды деп атау қабылданған. Сондықтан CPU12 өзінің қасиеттеріне байланысты ортогоналдыға өте жақын. CPU12 екі жад ұяшықтары немесе екі арнайы функциялы регистрлер арасындағы 8 және 16 разрядты мәліметтерді тасымалдауға мүмкіндік беретін екі адресті командаларға ие [3].

Программаның flash - жадысының енгізілген модулі бар. HCS12 және HCS12Х кластарының МК-лерінің 0.25 мкм технологиясы бойынша дайындалған үшінші буынның flash-жадысының модулі (Freescale Semiconductor компаниясының классификациясы бойынша) бар. Үшінші буынның flash-жадысының модулдері температураның толық диапазонында (-40⁰С-тан +125⁰С-қа дейін) ішкі жоғарылатқыш кернеу регуляторын қолдану арқылы өшіру/программалау операцияларын орындайды. Flash ТЕСҚ модулінің құрамындағы басқару блогында мәліметтерді жазудың және оларды алдағы уақытта сақтаудың жоғары қауіпсіздігін қамтамасыз ететін уақытша кешігулерді құрастыру міндетін қоса алғандағы программалау іс-әрекеттерінің барлық тізімін қамтамасыз ететін, кірістірілген түпкі автоматы бар. Бұдан басқа ішкі схемалық програмалау оңайланады, соның нәтижесінде программалау алгоритмі қысқарады. Температураның толық диапазонында программалау циклдерінің кепілденген саны – 10000, 256 КБ-ты жазу уақыты 5 сек шамасында. МК-дің резидентті flash-жадысы төрт сегментке бөлінген, бір сегменттен екінші сегментті программалау мүмкін болады, яғни, ЖЕСҚ-на басқару программасының фрагментін жүктеу қажет етілмейді [2].

HSC12(X) класының  көптеген моделдерінің кристалында flash ТЕСҚ-ның арнайы, EEPROM эмуляция функциясына ие модулі бар. Әдетте ол 16 разрядты сөздермен оқылуға арналған көлемі 4КБ немесе 2КБ болатын жад ұяшығының массиві болып табылады. Өшіру және программалау екі сөзден тұратын блок арқылы, яғни, әрбір блокта 4 байт бойынша жүзеге асады. Өшіру операциясын орындау барысында жад ұяшығының санының EEPROM модулінің толық көлеміне дейін үлкеюі рұқсат етіледі.

HCS12(X) класының  МК-нің көлемі үлкен (512КБ-қа  дейін) резидентті ТЕСҚ-сы бар  болғанына қарамастан, көптеген моделдер өздерінің кристалында программалардың және мәліметтердің қосымша жадын адрестеуге мүмкіндік беретін EBUS ішкі жадының интерфейс модуліне ие [4]. Көптеген моделдерде ішкі шинамультиплексорланға, яғни 8 разрядты порттардың үш желісінің «орнын алады». Ішкі жадыға мәліметтердің 16 разрядты және дәл сол секілді мәліметтердің 8 разрядты магистралін қолдану арқылы жүгінуге болады.

Клас модульдерінің  кітапханасының екі жаққа бағытталған  жеке программаланатын желілері бар енгізу-шығару порттары бар; ішкі оқиғалардың қосымша санағышы және сегіз IC/OC каналдары бар 16 разрядты уақытша базаға ие көпфункционалды таймер; тізбекті жылжитын 8 каналды 10 разрядты АЦТ модулі; 8 немесе 16 бит қасиетін рұқсат етіп программаланатын және уақытша база таймеріне тәуелсіз жалпы тағайындау КИМ модулі; ЦАТ модулі; өзге де арнайыландырылған модульдер.

HSC12(X) класының  барлық МК-лері кристалда BDM ішкі  схемалық дұрыстау модулінің  бар болғандығынан жүйеде дұрыстау  және програмалау режимдерін  жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Қазіргі уақытта Freescale Semiconductor компаниясы HCS12 процессорлы ядросы бар 40-тай МК-лер шығарады. Стандартты периферияның әр түрлі жиынтығының (таймерлер, АЦТ, тізбектік енгізу-шығару контроллерлері,КИМ модуляторлары) негізінде модельдік қатарды жасау процесі тоқтатылды деп есептеуге болады. HCS12 класының соңғы модельдері арнайыландырылған периферияларымен шығарылуда. HCS12 процессорлық ядросының алғашқы нұсқасы бар МК-лер өзінің шығарылуын жалғастыруда. Оқушы модельдік қатармен   http://www.freescale.com сайтында таныса алады. Freeescale Semiconductor үшін әдеттегідей бір клас ішіндегі микроконтроллерлерді бір серияға топтастыру келісілген. Бір сериялы МК-лер перифериялардың сол бір жиынтығына ие, бірақ олардан резидетті жад көлемімен және енгізу/шығару порттарының желілер санымен ерекшеленеді. HCS12 класының модельдік қатарын өңдеу барысында өңдеушілер МК сәйкестігіне мұқият қарады [1].

 

2 ELVIS_S12C128ЭКСПЕРИМЕНТАЛДЫ – ЛАБОРАТОРИЯЛЫҚ ҚОНДЫРҒЫСЫ

2.1 Қондырғының жалпы сипаттамасы

 

ELVIS_S12C128 эксперименталды қондырғының сыртқы көрінісі 2.1 суретте көрсетілген. Қондырғы электронды компоненттері бар 3 тақшадан тұрады [1].   CSMB12С128 тақшасы Freescale Semiconductor компаниясының 16  разрядты микроконтроллерінде микропроцессорлық техниканың негізін үйретуге негізделген. Осы тақшада зерттеліп отырған MC9S12C128 типінің ИС орнатылған, сондай-ақ интерфейсті дұрыстау және Turbo BDM Light USB бағдарламауы жинастырылған. CSMB12С128 тақшасында енгізу-шығару ақпаратының құрылғысы бар. Бұл үйренудiң бастапқы кезеңiнде осы тақшаны екі басқа тақшалардан бөлек зертханалық тәжiрибелер үшiн қолдануға мүмкiндiк береді.