Microcontroladores MOTOROLA

Introducción ENGITRONIC S.A.C

Diagrama de Bloques de un Sistema de Control DISPOSITIVO DE MEDICIÓN CONVERSOR ANÁLOGO DIGITAL CONTROLADOR CONVERSOR DIGITAL ANÁLOGO ACTUADOR Controlar Temperatura de un Tanque ENGITRONIC S.A.C

Objetivo General Obtener conocimientos básicos sobre el manejo y programación de la familia de microcontroladores Motorola 68HC08. ENGITRONIC S.A.C

Reseña - Microcontroladores. Desde el desarrollo del transistor, la tecnología ha ido integrando circuitos tanto analógicos como digitales en pequeños paquetes llamados CI´s y la tendencia es reducir aún mas el tamaño del transistor. Esto ha permitido colocar todo un sistema digital basado en una unidad de proceso (CPU), memoria y puertas de entrada / salida en un solo encapsulado. Un C es un CI que incluye los componentes necesarios para tener un sistema de control completo. ENGITRONIC S.A.C

Organización de los Microcontroladores Digitales UNIDAD DE CONTROL UNIDAD DE ENTRADA - SALIDA MEMORIA ALU DATOS INSTRUCCIONES SEÑALES DE CONTROL ENGITRONIC S.A.C

El Microcontrolador (Uso) Usamos uC principalmente donde la potencia de procesamiento no es importante. Los uC son pequeños y consumen muy poca energía, esto los hace ideales para sistemas portátiles y autónomos. Aplicaciones de: - Aparatos electrodomésticos. - Equipos informáticos, comunicaciones. - Fábricas , Automóviles - Instrumentación, etc. ENGITRONIC S.A.C

Entonces un Microcontrolador es ... un circuito integrado de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador. Su reducido tamaño minimiza el número de componentes y por lo tanto, el costo final del producto en desarrollo. ENGITRONIC S.A.C

FAMILIA 68HC08 ENGITRONIC S.A.C

FAMILIA 68HC08 La línea de microcontroladores HC08 de MOTOROLA aparece como una evolución de la línea HC05, una de las familias de micros de 8 bits más populares. Los HC08 mantienen compatibilidad de código con los HC05 al mismo tiempo que agregan nuevas instrucciones y tiene una CPU más potente. ENGITRONIC S.A.C

Algunos Integrantes de la Familia 68HC08 ENGITRONIC S.A.C

Descripción y Periféricos más comunes. Todo microcontrolador consta básicamente de: * CPU * RAM / ROM * I/O (input/output). Además pueden contener periféricos programables, como: * Temporizadores / Contadores * Controlador de interrupciones. * Módulo de Protección del Sistema * Módulo de Exploración de teclado KBI * Comunicación (RS232, I2C, USB, ESI). Los modelos más potentes incluyen además: * Conversores: A/D , D/A. * Reloj de Tiempo Real. * Bus CAN. * Comunicación: Transmisor de RF en UHF ENGITRONIC S.A.C

Características Generales de los Microcontroladores MOTOROLA. La arquitectura del procesador sigue el modelo Von Neumann Formato de instrucciones. Los tamaños de las instrucciones para la familias HC05 y HC08 son de 8 y 16 bits, es decir, ocupan 1 y 2 posiciones de memoria respectivamente Procesador RISC (Procesador con conjunto reducido de instrucciones) Todos los microcontroladores Motorola, con excepción de la familia 68HC12, tienen procesadores RISC (Procesador con un conjunto reducido de instrucciones), esta última tiene procesador CISC (Complex Instruction Set Computers). Todos los objetos del sistema (puertos de E/S, temporizadores, posiciones de memoria, etc.) están implementados físicamente como registros. Diversidad de modelos de microcontroladores Herramientas de soporte WinIDE Development Environment, para el desarrollo en Assembler. Grabador Debbuger para todos los modelos. Code Warrior, para la programación en Lenguaje C. ENGITRONIC S.A.C

Características Principales de la familia 68HC08 Modelo de programación 68HC05 mejorado. Control de bucles optimizado 16 modos de direccionamiento Registro de índice y puntero de pila de 16-bits Transferencia de datos de memoria a memoria Rápidas instrucciones de multiplicación de 8x8 Rápidas instrucciones de división  de 16/8 Instrucciones BCD (Binario codificado en decimal) Optimización para aplicaciones de control Soporte eficiente del lenguaje C. ENGITRONIC S.A.C

Partes del Microcontrolador Memoria RAM Datos a trabajar: A=34 B=15 C=49 ............ CPU Memoria ROM Programa a ejecutarse: Ingresa A, B Opera C=A+B Visualiza C ............ I O A, B C C H E 7 8 9 F 4 5 6 1 2 3 7 6 5 4 3 2 1 CP Pantalla LCD Teclado ENGITRONIC S.A.C

Arquitectura del C Arquitectura Von – Neumann ENGITRONIC S.A.C

CLASIFICACIÓN DE LOS MICROCONTROLADORES MOTOROLA a. Por la capacidad de acceso externo 1a.- Microcontrolador Incrustado (embedded controller) No admite variaciones ni ampliaciones como también es el caso National, Microchip, etc. 2a .- Modo P/C Es posible ampliar la memoria y las E/S con circuitos integrados externos, tenemos entre ellos a Intel, etc. b. Por el conjunto de Instrucciones CISC (Conjunto de Instrucciones Complejas) RISC (Conjunto de Instrucciones Reducidas) ENGITRONIC S.A.C

Otras Características: Actualmente los microcontroladores se fabrican con tecnología CMOS, por lo que consumen baja corriente y pueden ser alimentados por baterias. Tienen un modo de bajo consumo SLEEP. (Algunos contienen un modo WAIT) Pueden trabajar con un rango de voltaje de alimentación y tienen alta inmunidad al ruido. Posee un Módulo de Protección del Sistema (COP, LVI). Reloj de tiempo real que, a partir de un cristal de 32.768 KHz, genera información de hora, día de la semana, mes y año. ENGITRONIC S.A.C

Algunas Aplicaciones del Microcontrolador. Inicialización del sistema. Manejo de un teclado para el ingreso de información. Control de una pantalla LCD para la visualización de mensajes. Control de diversas variables. Digitalización de señales analógicas. Transmisión de señales/datos con establecimiento de un protocolo de comunicaciones. ENGITRONIC S.A.C

Algunas Aplicaciones. C 68HC908X ENGITRONIC S.A.C Reset Xtal Entradas análogas C 68HC908X 7 6 5 4 3 2 1 CP Pantalla LCD RS232 C H E 7 8 9 F 4 5 6 1 2 3 Teclado Relé Buzzer ENGITRONIC S.A.C

Qué C usar?... La selección del tipo de C debe ser estudiada de forma que se elija el más adecuado para nuestra aplicación. Tener en cuenta la disponibilidad inmediata así como el soporte necesario, tales como equipos de programación, entorno de desarrollo (ensambladores o compiladores) y la información necesaria que permitiese un rápido conocimiento del funcionamiento de dicho C. ENGITRONIC S.A.C

Las tres gamas de Microcontroladores Motorola Las tres gamas de Motorola más difundidas son: Las familias de microcontroladores de 8 bits como son: 68HC05, 68HC08 y 68HC11. Las familias de microcontroladores de 16 bits como son: 68HC12, 68HCS12 y 68HC16. Las familias de microcontroladores de 32 bits como son: MC683XX, MAC71XX Y MPC500. ENGITRONIC S.A.C

Líneas de entrada y salida para los controladores de periféricos   MC68HC908QY4 MC68HC908GP32

Características del CPU (Unidad Central de Proceso ) Stack Pointer de 16 bits con instrucciones de manipulación. Registro de Indice de 16 bits con instrucciones de manipulación de parte alta y parte baja. Frecuencia de bus interno de 8Mhz. Espacio de memoria de 64Kb. 16 modos de direccionamiento. ENGITRONIC S.A.C

Características del CPU Movimiento de datos entre posiciones de memoria sin usar el acumulador. Multiplicación rápida de números de 8 bits y división rápida de números de 16 bits. Manejo de datos BCD. Modos de bajo consumo, stop y wait.

Arquitectura del CPU La CPU08 posee 5 registros que no están considerados dentro del mapa de memoria ENGITRONIC S.A.C

Arquitectura del CPU08 El Acumulador : Es un registro de propósito general de 8 bits y es utilizado por la CPU para almacenar operandos y resultados de las operaciones.

Arquitectura del CPU08 Registro de Índice: Está conformado por la concatenación de los registros H y X, H corresponde a la parte alta y X a la parte baja. Es usado por la CPU en el direccionamiento indexado para determinar la dirección del operando.

Arquitectura del CPU08 El Puntero de Pila : Es un registro de 16 bits que contiene la dirección de la próxima posición del stack. Durante un reset el SP se ajusta al valor predeterminado $00FF. La dirección de la pila se decrementa cuando se guardan datos en la pila (push) y aumenta cuando se recuperan (pop). 0X56 ENGITRONIC S.A.C

Arquitectura del CPU08 La CPU usa el SP como registro índice a las variables almacenadas en el stack en los modos de direccionamiento de pila. ENGITRONIC S.A.C

El Contador de Programa (PC) : Arquitectura del CPU08 El Contador de Programa (PC) : Contiene permanentemente la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar. Durante un reset el PC se carga con el contenido del vector de reset que está en $FFFE y $FFFF. ENGITRONIC S.A.C

Registro de Códigos de Condición: Arquitectura del CPU08 Registro de Códigos de Condición: Contiene la máscara de interrupción y cinco banderas que indican el resultado de la instrucción ejecutada. Los bits 5 y 6 permanecen en un 1 lógico. ENGITRONIC S.A.C

... Registro de Códigos de Condición C: Acarreo, toma un 1 lógico cuando una operación aritmética desborda la capacidad de almacenamiento del acumulador. Z: Cero, Se pone a 1 si el resultado de la operación es 0 N: Resultado negativo, se pone a 1 si el resultado de la operación es negativa. I: Máscara de Interrupción, se pone a 1 para deshabilitar todas las interrupciones. H: Acarreo intermedio, es puesto a 1 por la máquina cuando ocurre un acarreo entre el bit 3 y el bit 4 del acumulador. V: Sobreflujo, es puesto a 1 por la CPU cuando ocurre un sobreflujo complemento a dos como resultado de una operación.

Características Importantes del Mapa de Memoria Como hemos observado toda la memoria está mapeada en un único espacio. La memoria de programa y de datos puede almacenarse en cualquier espacio permitido. Otra característica importante es que la memoria RAM retiene sus datos en modo de bajo consumo. ENGITRONIC S.A.C

Mapa de Memoria del uC 68HC908GP32 ENGITRONIC S.A.C

Modos de Direccionamiento Inherente. Inmediato. Directo. Extendido. Relativo(±128). Indexado. Sin desplazamiento. Con desplazamiento de 8 bits. Con desplazamiento de 16 bits. ENGITRONIC S.A.C

Modos de Direccionamiento Stack Pointer con desplazamiento de 8 bits. Stack Pointer con desplazamiento de 16 bits. Memoria a memoria. Inmediato a directo. Directo a directo. Indexado a directo con post incremento. Directo a indexado con post incremento. ENGITRONIC S.A.C

Modos de Direccionamiento Indexado con post incremento. Indexado con desplazamiento de 8 bits y post incremento. ENGITRONIC S.A.C

Direccionamiento Inherente Ejemplos de Direccionamiento: Direccionamiento Inherente El código operacional implica automáticamente a uno o más registros de la CPU. El código operacional es fijo y no tiene campos variables de tal forma que la instrucción siempre ejecuta la misma operación. Ejemplo: CLRA Pone a $00 el acumulador. CLI Pone a cero el bit de máscara de interrupción.

Direccionamiento Inmediato El operando está inmediatamente después del código de operación Este tipo de direccionamiento incluye el dato del operando y la instrucción. Se utiliza en instrucciones que involucran el acumulador y el Registro de Índice. Ejemplo: LDA #$40 Cargar $40 en el acumulador. LDX #$78 Cargar $78 en el Registro X. ENGITRONIC S.A.C

Direccionamiento Directo El dato se encuentra en la posición de memoria indicada detrás del código de operación. Acceden directamente a los primeros 256 bytes de la memoria. Ejemplo: LDA $20 Cargar en el acumulador el valor almacenado en la posición de memoria $20. STX $32 Poner en la posición de memoria $32 el contenido del registro X.

Direccionamiento Relativo Este modo de direccionamiento se utiliza sólo para las instrucciones de bifurcación. Sirve para indicar a la CPU que efectúe un salto de cierto número de bytes hacia delante o hacia atrás. Tiene signo y es de un byte por lo que las bifurcaciones sólo se pueden realizar de 128 bytes hacia atrás ó 127 bytes hacia delante. Ejemplo: BEQ Salto Saltar hasta la etiqueta Salto si (z) = 1.

Direccionamiento Indexado Son claves para direccionar tablas y otras estructuras de datos de una manera eficaz. En el direccionamiento indexado sin offset, el valor en el Registro de Índice es la dirección o puntero del operando. Ejemplo: LDA ,X Carga el acumulador con el contenido de la posición de memoria apuntada por el Registro de Índice (H:X).

Programación I Ver Instrucciones. Todos los microcontroladores de la Familia 68HC08 presentan el mismo juego de instrucciones, siendo los tamaños de estas de 8 y 16 bits, es decir, ocupan 1 y 2 posiciones de memoria respectivamente.     Ver Instrucciones.

Registros Importantes   ENGITRONIC S.A.C

Registro de Estado y Control del Módulo Interfase del Timer (TIM) : TSC Register Descripción de bits: TOF: Bit que indica el desbordamiento del Timer. 1 = Cuando el contador del TIM a alcanzado el valor del módulo 0 = Cuando el contador del TIM no a alcanzado el valor del módulo TOIE: Escribiendo un 1 lógico en este bit activa la interrupción por desbordamiento del Timer TSTOP: Bit de stop del timer 1 = Contador del TIM detenido 0 = Contador del TIM Activo TRST: Bit de reset del TIM 1: Pre-escalador y contador de TIM borrados. 0: Sin efecto. PS[2:0]: Bit Prescalador del TIM   ENGITRONIC S.A.C

PORTA Algunos de los puertos de E/S son multiplexados para algunas otras funciones, como es el caso del Puerto A, que puede ser empleado como entradas digitales o analógicas. ENGITRONIC S.A.C

Registro de Estado y Control Interrupción Externa (IRQ) : INTSCR Register Descripción de bits: IRQF: Bit de solo lectura, esta en alto cuando una interrupción del pin IRQ está pendiente. 1 = Interrupción pendiente en IRQ 0 = Ninguna interrupción pendiente en IRQ ACK: Escribiendo un 1 lógico en este bit de solo escritura se borra el latch del módulo IRQ. IMASK: Máscara para las interrupciones IRQ. Este pin es de lectura/escritura. 1 = Solicitud de interrupción IRQ deshabilitada 0 = Solicitud de interrupción IRQ habilitada MODE (b0): Bit de lectura/escritura. Controla la sensibilidad del pin IRQ. 1 = Flancos de bajada y niveles bajos 0 = Solo flancos de bajada ENGITRONIC S.A.C

Programación Flujo de operaciones al programar un microcontrolador Motorola ENGITRONIC S.A.C

PÁGINAS DE CONSULTA: www.freescale.com www.pemicro.com engitronic@infonegocios.com.pe