eingebettete systeme
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1M.Milushev
EINGEBETTETE SYSTEME
Vorlesungen WS2010
2M.Milushev
Aufbau des Microkontrollers MC68HC11
PROZESSORKERN
Erweiterungsbus Adressen (8-15) Daten/Adressen (0-7)
EEPROM(Tabelle)
ROM oder EPROM(Tabelle)
RAM(Tabelle)
ParalleleSchnittstelle A
ParalleleSchnittstelle B
ParalleleSchnittstelle C
ParalleleSchnittstelle D
ParalleleSchnittstelle E
Synchrone serielle
SchnittstelleSPI
Asynchrone serielleSchnittstelle SCI
Analog/DigitalWandler
Zähler/Zeitgeber
Capture/Compare
Betriebasrt-Steuerung Takt
Unterbrechungs-Steuerung
Analoge EParallele E
Sync.&Async.serielle E/A Parallele E/A
Erweiterungsbus Parallele E/A
Erweiterungsbus Parallele A
Capture/Compare Parallele E/A
Wat
chd
og
Pu
ls.A
kku
mu
lato
r
MODA MODB Quarz IRQ XIRQ Reset
Single Chip Mode, Expanded Mode, Test Mode, Bootstrap Mode
3M.Milushev
MC68HC11- ein einfacher Mikrocontroller
Eigenschaften der MC68HC11- FamilieProzessorkern
• CISC-Architektur• Taktfrequenz bis 8MHz• 8 Bit Datenbus, 16 Bit Adressbus• 2 x 8 Bit oder 1 x 16 Bit Akkumulatorrregister• 2 x 16 Bit Indexregister• 6 Adressierungsarten
Unmittelbar, Adressdirekt, Adressdirekt mit verkürzter Adresse, Registerindirekt mit Displacement, Relativ zum PC und Inhärent.
4M.Milushev
MC68HC11- ein einfacher Mikrocontroller
• Gemeinsame Adressierung (Memory mapped IO)• 16/16 Bit Division• 8 x8 Bit Multiplikation
Speicherstatisches RAMROM oder EPROM, EEPROM
Typ RAM ROM EPROM EEPROM
MC68HC11E0 512 Bytes - - 512 Bytes
MC68HC11E1 512 Bytes - - 512 Bytes
MC68HC11E9 512 Bytes 12 KBytes - 512 Bytes
MC68HC711E9 512 Bytes - 12 KBytes 512 Bytes
MC68HC11E20 768 Bytes 12 KBytes - 512 Bytes
MC68HC711E20 768 Bytes - 20 KBytes 512 Bytes
MC68HC811E2 256 Bytes - - 2 KBytes
5M.Milushev
MC68HC11- ein einfacher Mikrocontroller
Zeitgeber und Ein-/Ausgabeeincheiten
• 5 parallele Ein-/Ausgabeeincheiten, insgezamt 38 Bit• 1 synchrone serielle Ein-/Ausgabeeincheit• 1 asynchrone serielle Ein-/Ausgabeeincheit• 1 Watchdog• 1 Zähler-/Zeitgebereinheit mit einem 16-Bit-Zähler• 8 Digital/Analog-Wandlerkanäle, jeweils 8 Bit• 8 Bit Erweiterungsbus im Daten-/Adressmultiplexing, 16 Bit Adressen
6M.Milushev
MC68HC11 Mikrocontroller- Komponenten
0000
1000
RAM256 – 768 Bytes
Ein-/AusgabeZähler/Zeitgeber
64 Bytes
EEPROM512 -2048 Bytes
EPROM/ROM12 – 20 KBytes
103F
8600
FFFF
A B
D
IX
IY
SP
PC
PSW
16 Bit Akkumulator D oder
8 Bit Akkumulatoren A und B
16 Bit Indexregister IX
16 Bit Indexregister IY
16 Bit Kellerzeiger SP
16 Bit Programmzähler PC
8 Bit Prozessorstatuswort
Programmiermodel des MC68HC11
C - Carry, V - Overflow, Z - Zero, N - Negative,H - Half Carry, S - Stop Disable,X,I – Interrupt Masken
7M.Milushev
Speicherabbild des MC68HC11
P
APB
PC
PE
P D
RS232
SCI
FFFF
8600
1000
0000 RAM256-768 Bytes
Ein-/AusgabeZähler/Zeitgeber 64 Bytes
EEPROM512-2048 Bytes
ROM/EPROM 12-20KBytes
Interrupt Vektortabelle64 Bytes
MC68HC11
Single Chip und Bootstrap MODE
8M.Milushev
9M.Milushev
Erweiterrungsbus des MC68HC11
R/W Port C AS Port B
Latch
D0-D7A0-A7 A8-A15
10M.Milushev
Speicherabbild des MC68HC11
FFFF
8600
1000
0000 RAM256-768 Bytes
Ein-/AusgabeZähler/Zeitgeber 64 Bytes
EEPROM512-2048 Bytes
ROM/EPROM 12-20KBytes
Interrupt Vektortabelle64 Bytes
P
APB
PC
PE
P D
RS232
SCI
MC68HC11
87FF
8000
4000
RAMmax 16 KB
EPROMmax 32 KB
PB
PC
MC68HC24
Latch
D0-D7
A8-A15
A0-A7
EPROM RAM
Expanded Mode
11M.Milushev
Register / Ports
0 PORTA 30
1 reserviert 5B
2 PIOC 03
3 PORTC 10
4 PORTB F7
5 PORTCL 00
6 reserviert 00
7 DDRC FF
8 PORTD 01
9 DDRD 3E
10 PORTE 00
11 CFORC 00
12 DC1M 00
13 DC1D 00
14 TCMT BE
15 TCNT 96
16 TIC1 FF
17 TICI FF
18 TIC2 FF
19 TIC2 FF
20 TIC3 FF
21TIC3 FF
22TOC1 FF
23 TOC1 FF
24 TOC2 DD
25 TOC2 00
26 TOC3 FF
27 TOC3 FF
28 TOC4 FF
29 TOC4 FF
30 TOC5 FF
31 TOC5 FF
32 TCTL1 3C
33 TCTL2 00
34 TMSK1 40
35 TTFLG1 98
36 TMSK2 00
37 TFLG2 C0
38 PACTL 00
39 PACMT 00
40 SPCR 00
41 SPSR 00
42 SPDR 00
43 BAUD 30
44 SCCR1 00
45 SCCR2 0C
46 SCSR 90
47 SCDE 00
48 ADCTL 07
49 ADR1 00
50 ADR2 00
51 ADR3 00
52 ADR4 00
53 reserviert 5B
54 reserviert 5B
55 reserviert 5B
56 reserviert 5B
57 OPTION 90
58 COPRST 5B
59 PPROG 00
60 HPRIO D5
61 IMIT 00
62 TEST1 08
63 COMFIG 0D
12M.Milushev
Parallele Schnittstelle B
1004h PORTB
PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7
Interner Datenbus 8 - Bit
PORTB - Senzen der Ausgänge von Port B
13M.Milushev
Parallele Schnittstelle C
1007h DDRC
1003h PORTC
PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7
Interner Datenbus 8 - Bit
PORTC - I/O-Portzugriff auf Port CDDRC - Data-Direction-Register für Port C
14M.Milushev
A/D – Wandler des MC68HC11
Parallele Schnittstelle E
8 analoge Eingänge,
Oder TTL-Eingänge
Arbeitet nach dem Wägeverfahren
Eine Messung dauert 32 E-Ziklen pro kanal, also 16 Mikrosekunden bei 8MHz
Zwei Betribsarten werden unterstützt:Single Chanel OperationMultiple Chanel Operation
15M.Milushev
8-Kanal-8-Bit A/D – Wandler des MC68HC11
Ausgangsregister 1 Ausgangsregister 4Ausgangsregister 3Ausgangsregister 2
Digital DEMUX
8-Bit A/D-Wandler
Analog MUX
Analog In 0Analog In 7
Interner Datenbus 8 - Bit
16M.Milushev
Parallele Schnittstelle E
1031hADR1
1032hADR2
1033hADR3
1034hADR4
100AhPORTE
CCF
SCAN
MULT
CA
CB
CC
CD
Conversions Complete Flag
1039h OPTION – System-Configuration-Options
Bit7
ADPU
CSEL
Input-Port E
A/D-Meßwert 1
A/D-Meßwert 2
A/D-Meßwert 3
A/D-Meßwert 4
1030h ADCTL – A/D Control-Register
Bit0
Bit7
Bit6
Continuous-Scan-Control
Multille-Channel-Control
Channel- Select
ADWandler ausgeshaltet, wenn ADPU=0 ist
CSEL = 0, gemessen wird mit E-Takt
17M.Milushev
Parallele/Serielle Schnittstelle D
1008h - Port D
1009h - DDRD
PD0
SPISCI
MOSI MISO SCK SS TxD RxD
1028h SPCR
1029h SPSR
102Ah SPDR
102Eh SCSR
102Dh SCCR2
102Ch SCCR1
102Bh BAUD
102Fh SCDE
PD5 PD4 PD3 PD2 PD1
SCI Serial Communication InterfaceSPI Serial Peripheral Intraface
18M.Milushev
Serial Peripheral Interface - SPI
MOSI
MOSI
MOSI
MOSI
MOSI
MISO
MISO
MISO
MISO
MISO
PCSO/SS
PCSO/SS
PCSO/SS
PCSO/SS
PCSO/SS
PCS1 PCS2 PCS3SCK
SCK
SCK
SCK
SCK
19M.Milushev
Das Zähler- und Zeitgebersystem
Taktgenarator
Prog. Vorteiler÷2,4,16,32
Prog.Vorteiler÷1…..1664
Prog.Vorteiler÷2/13-16
Vorteiler÷2/6
Capture- undCompare-Einheit
Vorteiler÷2/15
Prog.Vorteiler÷1,4,8,16
Watchdog÷1,4,16,64
Puls-Akkumulator
Interner Prozessortakt
Takt für SPI
Takt für SCI
Periodische Unterbrechung
Puls-Akkum. UnterbrechungExterner Eingang
Prozessor rücksetzen
Lebenszeichen
20M.Milushev
Die Capture- und Compare- Einheit
Compare-Register1
Compare-Register4
Capture-Register1
Capture-Register3
Compare-Register5Capture-Register4
Freilaufender Zähler16 Bit
Compare 1/Unterbrechung
Compare 4/Unterbrechung
Capture 1
Capture 3
4/5
Takt aus Vorteiler
Inte
rner
Dat
enbu
s Zäh
lerb
us
21M.Milushev
Eigenschaften der 8051
8-Bit-CPU 8-Bit- Multiplikation und Division Bitverarbeitungsbefehle Boolscher Prozessor 5 Interuptquellen mit zwei Prioritätsebenen 4 Kbyte ROM, bis 64 Kbyte extern erweiterbar 128 Byte RAM, zusätzlich 64 Kbyte extern erweiterbar 128 direkt adressierbare Bit im RAM 21 direkt adressierbare Special-Function-Register (SFR) 48 direkt adressierbare Bit in den SFR zwei 16-Bit-Zähler / Zeitgeber Voll-duplex-serielle Schnittstelle
22M.Milushev
Anschlüsse der 8051 CPU
23M.Milushev
8051- Speicheradressierung
24M.Milushev
Externer Speicher
25M.Milushev
8051 - Befehlssatz
Datentypen: Bit, Byte und Doppelbyte
Bytetransport
Logik- und Arithmethikoperationen– Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division– Inkrement, Dekrement, BCD-Dezimalkorrektur– Vergleiche, Rotieren, Logische Befehle
Bit-Verarbeitung (Carry-Flag, bitadressierbarer Speicher)– Setzen, Löschen, Invertieren– bedingte Sprungbefehle– Transport vom und zum Carry– UND, ODER
Bedingte Sprünge
26M.Milushev
Charakterisierung eingebettete Systeme
Datenspeicher (RAM):
00h - 1Fh: 4 Registerbänke 20h - 2Fh: Bit-adressierbarer Speicher 30h - 7Fh: interner Speicher 80h - FFh: SFR 0100h - 0FFFh: Lücke beim 8051 1000h - FFFFh: externer Speicher
27M.Milushev
Die MC8051-Familie
28M.Milushev
ENDE
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