Moduł uruchomieniowy mikrokontrolera MC68HC912B32

Instytut Cybernetyki Technicznej
Systemy Mikroprocesorowe
Moduł uruchomieniowy
mikrokontrolera MC68HC912B32
Grzegorz Cielniak
Wrocław 1999
1. Informacje ogólne
Moduł
uruchomieniowy jest tanim i prostym narzędziem używanym
przy
projektowaniu i uruchamianiu oprogramowania dla mikrokontrolera MC68HC912B32.
Możliwość dołączania dodatkowych modułów sprzętowych pozwala na konstruowanie
prototypów urządzeń, co jest szczególnie przydatne w laboratorium.
Prezentowane tu rozwiązanie modułu, bazuje na fabrycznym produkcie EVB
(Evaluation Board) firmy Motorola, a rozszerzenie jego możliwości polega na
dostosowaniu wyprowadzeń złączy do standardów obowiązujących w laboratorium s. 010
Instytutu Cybernetyki Technicznej Politechniki Wrocławskiej. Dodatkowo istnieje
możliwość wykorzystania urządzenia do komunikacji w standardzie MIDI (Musical
Instrument Digital Interface) z urządzeniami i instrumentami muzycznymi.
Opisywany moduł zawiera:
• mikrokontroler MC68HC912B32 firmy Motorola,
• asynchroniczny interfejs szeregowy RS 232C,
• asynchroniczny interfejs szeregowy w standardzie MIDI (opcjonalnie),
• interfejs SPI (Serial Peripheral Interface),
• interfejs wyświetlacza ciekłokrystalicznego LCD,
• złącze portu przetwornika analogowo-cyfrowego AD PORT,
• złącze interfejsu BDM (Background Debug Mode),
• złącza wszystkich wyprowadzeń mikrokontrolera,
• zasilacz stabilizowany (napięcia 5-15 V AC/DC).
Do
zmontowania
całości
zaprojektowano
płytkę
drukowaną
o
wymiarach
13,1 x 8,64 cm. Można pominąć montaż nie wykorzystywanych części układu (złącza
wszystkich wyprowadzeń mikrokontrolera (P1-P4), czy też interfejs MIDI). Schemat
urządzenia, oraz rozmieszczenie elementów na płytce zamieszczono w rozdziale
„Schematy i rysunki”.
2
2. Opis wyprowadzeń
mikrokontroler MC68HC912B32
MC68HC912B32
jest
16-bitowym
mikrokontrolerem
firmy
Motorola.
Jest
rozwinięciem wcześniejszych, bardzo popularnych, mikrokontrolerów z rodziny HC11 i
jest z nimi całkowicie zgodny programowo.
Ważniejsze zasoby sprzętowe mikrokontrolera:
• 16-bitowa jednostka centralna (CPU12),
• multipleksowana magistrala wewnętrzna,
• pamięć: 32 kB Flash EEPROM, 768 B EEPROM, 1kB RAM,
• 8-bitowy, 8-kanałowy przetwornik analogowo-cyfrowy,
• 8-kanałowy układ timera,
• synchroniczny interfejs transmisji szeregowej (SPI),
• asynchroniczny interfejs transmisji szeregowej (SCI),
• interfejs BDM,
• funkcja Watchdog,
• obudowa QFP 80.
interfejs szeregowy RS 232C
Aby umożliwić podłączenie komputera wyposażonego w złącze szeregowe, lub też
zewnętrznego terminala do urządzenia wyposażono je w interfejs szeregowy standardu
RS 232C. Numeracja końcówek złącza P51 odpowiada numeracji w typowym złączu
DB-9, które należy podłączyć kablem taśmowym 10-żyłowym. Można zastosować
również złącze DB-25.
Tabela 1: Złącze interfejsu RS 232C (P51)
GND
TxD
RxD
-
*
1
3
5
7
9
2
4
6
8
10
[NC] - nie podłączone
3
-
[NC]*
[NC]
interfejs szeregowy MIDI
Urządzenie można wykorzystać również do transmisji w standardzie MIDI. Jest to
transmisja szeregowa, w której dane są przesyłane z prędkością 31250 (+/- 196) bitów na
sekundę. Słowo ma długość osiem bitów z bitem startu i jednym bitem stopu, bez bitu
parzystości.
Standard definiuje trzy rodzaje złącz:
• MIDI IN – przeznaczone do odbierania komunikatów,
• MIDI OUT – przeznaczone do wysyłania komunikatów,
• MIDI THRU – będące powieleniem sygnału MIDI IN, a tym samym umożliwiające
przesyłanie sygnału do innego urządzenia, bez konieczności wykonywania
dodatkowych przejściówek.
Złącza te są gniazdami typu DIN-5. Połączenia z portem P52 należy dokonać kablem
taśmowym 8-żyłowym (rys. 2. 1).
Rys. 2.1. Sposób podłączenia gniazd interfejsu MIDI do złącza P52
Tabela 2: Złącze interfejsu MIDI (P52)
MIDI IN_1
MIDI OUT_1
MIDI THRU_1
VCC
1
3
5
7
2
4
6
8
MIDI IN_2
MIDI OUT_2
MIDI THRU_2
GND
interfejs SPI
Złącze SPI służy do szeregowej synchronicznej wymiany danych pomiędzy
mikrokontrolerami i urządzeniami zewnętrznymi. Dzięki niemu, do opisywanego
urządzenia, można podłączyć istniejące już moduły laboratoryjne SPI (m. in. pamięć
EEPROM, przetwornik AC).
4
Sygnały wykorzystywane w transmisji:
• SCK – zegar synchronizujący transmisję,
• MOSI – przesyłanie danych od jednostki nadrzędnej do podporządkowanej,
• MISO – przesyłanie danych od jednostki podporządkowanej do nadrzednej,
• PCSx – linie wyboru urządzenia zewnętrznego.
Tabela 3: Złącze interfejsu SPI (P7)
GND
PCS0
PCS2
SCK
MOSI
1
3
5
7
9
2
4
6
8
10
VCC
PCS1
PCS3
MISO
GND
interfejs wyświetlacza ciekłokrystalicznego LCD
Do złącza tego interfejsu można podłączyć typowy alfanumeryczny wyświetlacz LCD
wyposażony w sterownik HD44780A00 firmy Hitachi.
Tabela 4: Złącze wyświetlacza LCD (P9)
GND
CV
R/W
D0
D2
D4
D6
1
3
5
7
9
11
13
2
4
6
8
10
12
14
VCC
RS
E
D1
D3
D5
D7
złącze portu przetwornika AD PORT
Mikrokontroler
MC68HC912B32
posiada
8-bitowy,
8
kanałowy
przetwornik
analogowo-cyfrowy. Dostęp do tego portu jest realizowany poprzez złącze AD PORT
(P8).
Tabela 5: Złącze przetwornika ADC (P9)
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
5
AIN0
AIN1
AIN2
AIN3
AIN4
AIN5
AIN6
AIN7
[NC]
[NC]
Napięcie odniesienia dla przetwornika można dostarczyć wprost ze źródła zasilania, lub
też z układu zewnętrznego. Służy do tego zwora J10. W przypadku wykorzystania napięcia
zasilania należy połączyć końcówki 1-2 i 5-6. W przypadku korzystania z zewnętrznego
napięcia odniesienia do jego doprowadzenia służą końcówki 2, 4, 6.
Tabela 6: Zwora napięcia odniesienia (J10)
VCC
VCC
GND
1
3
5
2
4
6
REF+
GND
REF-
złącza interfejsu BDM
Komunikacja w trybie BDM jest możliwa poprzez złącza BDMIN (P5) i BDMOUT
(P6).
Interfejs BDM w module uruchomieniowym może pracować w dwóch trybach:
• obsługiwany jest mikrokontroler modułu (konieczne jest wykorzystanie SDI (Serial
Debug Interface) firmy Motorola)
• moduł obsługuje inne urządzenie zawierające mikrokontroler z rodziny HC12
Tabela 7: Złącze BDMIN (P5)
BKGD IN
[NC]
[NC]
1
3
5
2
4
6
VCC
RESET
VCC
Tabela 8: Złącze BDMOUT (P6)
BKGD OUT
[NC]
[NC]
1
3
5
2
4
6
6
VCC
RESET
VCC
złącza wszystkich wyprowadzeń mikrokontrolera
Wszystkie wyprowadzenia mikrokontrolera MC68HC912B32, są dostępne poprzez
złącza P1-P4. Takie rozwiązanie miało na celu umożliwienie budowy własnych urządzeń
opartych na tym mikrokontrolerze.
Tabela 9: Złącze wyprowadzeń mikrokontrolera (P1)
PP5
PP3
PP1
PT0
PT2
VSS11
PT4
PT6
BKGD
PB1
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
PP4
PP2
PP0
PT1
VDD10
PT3
PT5
PT7
PB0
PB2
Tabela 10: Złącze wyprowadzeń mikrokontrolera (P2)
PA2
PA4
PA6
VDD47
VRH
PAD0
PAD2
PAD4
PAD6
VDDAD
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
PA3
PA5
PA7
VSS48
VRL
PAD1
PAD3
PAD5
PAD7
VSSAD
Tabela 11: Złącze wyprowadzeń mikrokontrolera (P3)
PS0/RX
PS2
PS4/MISO
PS6/SCK
VFP
PDLC5
PDLC3
PDLC1
VSSX77
PP7
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
PS1/TX
PS3
PS5/MOSI
PS7/SS
PDLC6
PDLC4
PDLC2
PDLC0
VDDX78
PP6
Tabela 12: Złącze wyprowadzeń mikrokontrolera (P4)
PB3
PB5
PB7
PE6/MODB
PE4
VDDX31
EXTAL
PE3
PE1
PA0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
7
PB4
PB6
PE7
PE5/MODA
VSSX30
RESET
XTAL
PE2
PE0
PA1
zasilacz stabilizowany
Zasilacz stabilizowany dostarcza napięcie +5V do układów urządzenia. Jego
konstrukcja umożliwia dostarczenie zewnętrznego napięcia 9–15V prądu stałego, lub
zmiennego, przy czym polaryzacja napięcia stałego jest bez znaczenia. Rozwiązanie takie
bardzo dobrze zabezpiecza urządzenie w przypadku zastosowania nieodpowiedniego
zasilacza zewnętrznego.
3. Konfiguracja modułu
Moduł uruchomieniowy mikrokontrolera MC68HC912B32 może pracować w czterech
trybach pracy:
• EVB – wykonywany jest program znajdujący się w pamięci Flash EEPROM (program
użytkownika, D-Bug12),
• skok do EEPROM – wykonywany jest program znajdujący się w pamięci EEPROM,
• POD – moduł obsługuje urządzenie zewnętrzne poprzez interfejs BDM,
• BOOTLOAD – tryb programowania pamięci Flash EEPROM, EEPROM.
Poniżej zamieszczono opis wszystkich zwór modułu konfiguracyjnego
Tabela 13: Opis zwór konfiguracyjnych
Połączenia
Opis
J 51 – wybór trybu pracy wyjścia portu szeregowego TxD
1-2 [def.]*
RS 232C OUT
2-3
MIDI OUT
J 52 – wybór trybu pracy wejścia portu szeregowego RxD
1-2 [def.]
RS 232C IN
2-3
MIDI IN
J 1 – RESET generowany z powodu niskiego napięcia zasilania
1-2 [def.]
włączony
przerwa
odłączony
J 2 – wybór źródła taktującego podawanego na EXTAL mikrokontrolera
1-2 [def.]
wewnętrzny (16 MHz)
przerwa
zewnętrzny
J 3 – włączenie napięcia programowania VPP pamięci EEPROM
1-2 [def.]
VPP odłączone
2-3
VPP podłączone (programowanie)
J 4, J 5 – tryb pracy modułu
J 4: 1-2, J 5: 1-2
tryb BOOTLOAD
J 4: 1-2, J 5: 2-3
tryb POD
J 4: 2-3, J 5: 1-2
tryb skoku do EEPROM
J 4: 2-3, J 5: 2-3 [def.] tryb EVB
*
[def.] – ustawienie domyślne
8
Połączenia
Opis
J 6, J 7 – tryb pracy mikrokontrolera
J 6: 1-2, J 7 1-2 [def.] tryb Single Chip
inne połączenia
tryby nie zalecane
J 8 – podłączenie VCC do BDMOUT
1-2 [def.]
VCC podłączone
przerwa
VCC odłączone
J 9 – podłączenie RESET do BDMOUT
1-2 [def.]
RESET generowany
przerwa
RESET odłączony
J 10 – wybór napięcia odniesienia VREF dla ADC
1-2, 5-6 [def.]
VREF = VCC
brak połączeń
VREF zewnętrzne
4. Oprogramowanie
Do pracy z urządzeniem zalecane jest wykorzystanie istniejącego oprogramowania dla
mikrokontrolerów z rodziny MC68HC12, w tym:
• D-Bug 12 – rezydentny program monitora i debugera (umieszczany w pamięci Flash
EEPROM mikrokontrolera),
• asembler dla mikrokontrolerów z rodziny HC12,
• pakiet oprogramowania MCUez – zunifikowane środowisko zawierające asembler,
kompilator języka C, linker, monitor i debuger.
9
5. Schematy i rysunki
Rys. 5.1. Schemat modułu uruchomieniowego.
10
Rys. 5.2. Schemat zasilacza.
Rys. 5.3. Schemat interfejsu szeregowego.
11
Rys. 5.4. Rozmieszczenie elementów.
12
6. Literatura
• „M68EVB912B32 User Manual”, Motorola Inc. 1997
• „M68HC912B32 Technical Summary”, Motorola Inc. 1997
• „CPU 12 Reference Manual”, Motorola Inc. 1997
• „Systemy Mikroprocesorowe - materały pomocnicze”, M. Wnuk, Wrocław 1999
• „MIDI – muzyczny standard dla komputerów”, W. Nowak, W. Homan, DMM
Kraków 1994
Większość informacji dotyczących mikrokontrolerów z rodziny HC12 jest dostępnych na
stronie firmy Motorola http://www.mcu.motsps.com.
13