MICROPROCESSADORES E MICRO-COMPUTADORES

UNIVERSIDADE DA MADEIRA

ENGENHARIA DE SISTEMAS E COMPUTADORES

MICROPROCESSADORES E MICRO-COMPUTADORES

2001/2002

3º ANO

1º SEMESTRE

Trabalho sobre microcontroladores

Motorola 68HC11D3

 

 Trabalho elaborado por:

Rui Barreiros n.º 2041099

Cláudia Sousa n.º 2007999

Filipe Santos n.º 2074199

 

 

 

 

 

 

MICROCONTROLADORES

68HC11D3

No presente trabalho, pretende-se fazer uma primeira abordagem ao que é um microcontrolador.

Para tal, foi escolhido pelo grupo de trabalho, o microcontrolador da MOTOROLA, o 68HC11D3.

O tema é repartido em duas partes, uma primeira de conceitos genéricos e uma segunda de carácter especifico.

1. O que é um microcontrolador?

Inicialmente, é importante frisarmos três conceitos:

1. Microprocessador: chip responsável pelo processamento em um micro-computador. É um elemento complexo, contendo, entre outras coisas, uma unidade lógica e aritmética (ULA) e diversos registros (registradores) especiais.
2. b) Micro-computador de um só chip: Como o nome indica, reúne no mesmo chip os diversos elementos de um micro-computador: microprocessador, RAM, ROM, temporizadores, contadores, canal de comunicação serial e portas de I/O.)
3. Microcontrolador: Circuito electrónico que, além das funções que normalmente existem num microprocessador, tem também outras funções e periféricos (por exemplo, memória e funções de entrada e saída);

1. É um micro-computador de um só chip que pode ainda conter elementos para uso industrial, tais como conversores A/D e D/A, PLL, PWM, etc.

 

1. O estudo do microcontrolador

1. O microcontrolador, hoje em dia, é um elemento indispensável para o engenheiro eléctrico ou electrónico, ou ainda para o técnico de nível médio da área, em função de sua versatilidade e da enorme aplicação. Entre algumas das aplicações de um microcontrolador podemos citar a automação industrial, os telefones celulares, os auto-rádios, os fornos de microondas e as videocassetes. Além disso, a tendência da electrónica digital é a de se resumir a microcontroladores e a chips, os quais concentram grandes circuitos lógicos, como os PLDs (Programmable Logic Devices). Para sistemas dedicados, o microcontrolador apresenta-se como a solução mais acessível, em função do baixo custo e da facilidade de uso.

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1.  Sistemas Microprocessados

1. Sistemas microprocessados são aqueles que têm por elemento central um microprocessador. O microprocessador funciona como um sistema sequencial síncrono, onde a cada pulso, ou grupos de pulsos de clock, uma instrução é executada. Entre os microprocessadores mais conhecidos podemos citar o 8080 e 8085, Z-80, 8088, 8086, 80286, 68000, 80386 e superiores.

1. Embora já existam microprocessadores que trabalhem a centenas de MHz, o 8051 utiliza tipicamente um clock de 12 MHz, com tempos de execução de cada instrução variando entre 1ms e 4ms.
2. O 8051, da Intel, é, sem dúvida, o microcontrolador mais popular actualmente. O dispositivo em si é um microcontrolador de 8 bits relativamente simples, mas com ampla aplicação. Porém, o mais importante é que não existe somente o CI 8051, mais sim uma família de microcontroladores baseada no mesmo. Entende-se família como sendo um conjunto de dispositivos que compartilha os mesmos elementos básicos, tendo também um mesmo conjunto básico de instruções.

1. O 68HC11D3

O grupo de trabalho escolheu o supracitado microcontrolador atendendo a múltiplas razões, passando então a enunciar as mesmas:

Razões para a sua escolha:

1. Realização vantajosa na implementação de aplicações de controlo, nesta família de microcontroladores;
2. Arquitectura tradicional - apresentando uma arquitectura mais tradicional que outros produtos competitivos do mercado (como o 8051 e o PIC), tornam-no mais simples de compreensão e de desenvolvimento de aplicações (especialmente para as situações de aprendizagem e ensino dos microcontroladores);
3. Mais características - um 68HC11 é tipicamente uma solução "one-chip", incluindo na generalidade itens como conversores A/D, PWM e muitas linhas de I/O;
4. Popularidade - amplamente usado dado ter um preço de mercado bastante acessível (custando cerca de 26.9 dólares US), e oferece um leque bastante variado de ferramentas de desenvolvimento (ambas freeware e comerciais);

 

 

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1. Especificações gerais:

1. O MC68HC11D3 é um microcontrolador (MCU) de 8 bits de elevada performance.
2. Os membros da série HC11D derivam todos do mesmo conceito arquitectural, onde foram aplicadas novas técnicas de desenho, conseguindo-se construir um bus multiplexado de elevada velocidade, o que permitiu passar a operar a 3 MHz.
3. Adicionalmente, o tipo de desenho concebido consente operar com frequências baixas, até dc, levando a uma redução significativa do consumo de energia.
4. A tecnologia HCMOS usada combina um reduzido tamanho e uma elevada velocidade com uma baixa potência e uma grande imunidade ao ruído.
5. No chip o sistema de memória inclui 4 Kbytes de read-only memory (ROM) e 192 bytes de random-access memory (RAM).
6. A maioria das funções periféricas estão contidas no próprio chip.
7. Possui 8 canais para o conversor A/D com 8 bits de resolução.
8. Inclui um interface de comunicação série assíncrono (SCI) e em separado, um interface série síncrono de periféricos (SPI).
9. O principal sistema de controlo de tempo funciona a 16 bit, com 3 linhas de captura de sinal de clock externo, 4 linhas de comparação de saída e um circuito de interrupção em tempo real.
10. Um subsistema acumulador de pulsos de 8 bit pode contar eventos ou medir períodos externos.
11. No chip é incluído um circuito de auto monitorização para a protecção de erros de sistema.
12. Possui um sistema watchdog para protecção de falhas de software para que o computador opere apropriadamente (computer operating properly - COP).
13. Quando o sinal de clock se perde ou corre muito lentamente, existe um sistema que monitoriza o clock, gerando um reset de sistema.
14. Quando um opcode ilegal é detectado, existe um circuito de detecção de opcode ilegal, que providencia uma interrupção não mascarada.
15. Estão disponíveis dois modos de poupança de consumo de energia, controlados por software, WAIT e STOP, para conservar energia adicional.
16. Estas características fazem esta família ser indicada para a automação e o uso em aplicações com dependência de baterias.

Quadro de resumo:

68HC11D3

ROM (KBytes)	RAM (Bytes)	Timer	I/O SC	I/O EXP	Serial	Operating Voltage (V)	Bus Frequency (Max) (MHz)
4	192	16-Bit, 3/4IC, 4/5OC, RTI, pulse accumulator	32	16	SCI, SPI	3.0, 5.0	3

 

Figura 1

Nomenclatura dos pins (o 68HC11D3 é vendido nos 2 seguintes formatos):

 

 

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Figura 2

Mostra os 7 registos de CPU disponíveis para o programador. O acumulador D pode ser usado por certas instruções como um simples acumulador de 16 bit, chamando 2 acumuladores de 8 bit (registos A e B) que permitem um conjunto de operações de 16 bit enquanto o processador é tecnicamente um processador de 8 bit.

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