I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN
I.1 Microcontroller Motorola MC68HC11
I.1.1 Các thành viên thuộc họ MC68HC11
Vào năm 1985, Motorola đã phát triển bộ vi điều khiển 68HC11 tương thích với bộ vi xử lý 6800. Bộ vi điều khiển 68HC11 là đơn vị điều khiển 8 bit sử dụng cơng nghệ bán dẫn đế oxit kim loại mật độ cao HCMOS (High Density Complementary Metal Oxide Semiconductor) cĩ cấu tạo phức tạp với nhiều dạng bộ nhớ và ngoại vi on-chip. Với cơng nghệ cao đĩ, MC68HC11 cĩ kích thước nhỏ bé, tốc độ cao, tiêu thụ năng lượng thấp và khả năng chống nhiễu cao.
I.1.2 Cấu trúc phần cứng và cấu tạo chân của MC68HC11
! Cấu trúc phần cứng:
Họ vi xử lý 68HC11 cĩ nhiều phiên bản khác nhau cĩ cấu trúc phần lớn tương tự nhau chỉ khác nhau ở bộ nhớ ROM,RAM.
• MC68HC11 CPU (đơn vị xử lý trung tâm).
• Cĩ EEPROM on-chip (512byte, 640 byte,2K,4K,8K,12K và 32K tuỳ loại ).
• Cĩ RAM on-chip (0.5-1Kbyte).
• Hệ thống thời gian 16 bit.
• Mạch ngắt quãng thời gian thực (Real-Time Interrupt).
• Hệ thống COP (Computer Operation Property Watchdog).
• Giao tiếp ngoại vi nối tiếp đồng bộ SPI (Sychronous Serial Pripheral Interface).
• Giao tiếp ngoại vi nối tiếp bất đồng bộ SCI (Asynchronous Serial Communication Interface).
• Hệ thống chuyển đổi A/D 8 kênh với độ phân giải 8 bit.
• Các Port xuất nhập đa dụng.
Mơ tả chân
• Chân cấp nguồn (VDD và VSS)
Nguồn được cung cấp cho MCU thơng qua các chân này. VDD là chân nguồn vào dương cĩ thể tuỳ chọn, thơng thường là nguồn 5V và chân VSS được nối mass. MC68HC11 thường sử dụng nguồn điện cung cấp đơn.
MCU sẽ chọn Mode hoạt động cho phần cứng từ các mức logic trên các chân MODA và MODB khi MCU đang ở trạng thái reset và nĩ sẽ hoạt động như một tín hiệu ngõ ra khi MCU khơng ở chế độ reset.
Sau khi đã chọn chế độ hoạt động, chân LIR(Load Instruction Register) là ngõ ra tích cực mức thấp. LIR ở trạng thái tích cực chỉ ra rằng việc thực hiện lệnh đã bắt đầu. Mỗi lệnh được CPU thực hiện trong nhiều chu kỳ xung clock. LIR sẽ xuống mức thấp trong chu kỳ E-clock đầu tiên của mỗi lệnh, trong chu kỳ này mã lệnh được nạp vào thanh ghi lệnh.
VSTBY dùng để cung cấp nguồn dự phịng để duy trì nội dung của RAM khi mất nguồn VDD.
• Chân RESET: (RESET)
Chân RESET: tính hiệu điều khiển 2 chiều, tích cực mức thấp.
Khi hoạt động như tín hiệu vào, RESETsẽ khởi động lại MCU (reset bên ngồi).
Khi hoạt động như là tín hiệu ra, mức tích cực của RESET chỉ ra rằng cĩ sai hỏng xảy ra bên trong MCU. Sai hỏng này được phát hiện bởi mạch kiểm tra xung clock (clock monitor) hay hệ thống COP.
• Các chân dao động thạch anh và clock: (EXTAL, XTAL, E):
Các chân dao động EXTAL và XTAL cĩ thể sử dụng với mạch dao động bộ lái tinh thể thạch anh bên ngồi hoặc nối với 1 nguồn phát xung clock tương thích với họ CMOS. Dao động đưa vào hai chân này sẽ điều khiển một mạch phát xung clock bên trong MCU, xung clock này gọi là E-clock. Tần số được cấp cho các chân này bằng 4 lần tốc độ xung E-clock mong muốn.
Ngõ ra E-clock (E): chân E này được nối các ngõ ra với E-clock được phát từ bên trong. Tín hiệu từ chân E được dùng làm chuẩn thời gian. Tần số ngõ ra bằng ¼ lần tần số ngõ vào các chân XTAL và EXTAL. Khi ngõ ra E-clock ở mức thấp, một cơng việc xử lý đang diễn ra ở bên trong. Khi nĩ ở mức cao, dữ liệu đang được truy xuất.
Tất cả các xung clock, kể cả E-clock đều ngừng hoạt động khi MCU ở chế độ STOP.
• Chân ngắt:
Hệ thống ngắt của MC68HC11 cĩ 2 đường ngắt ngoại vi là XIRQ và IRQ: Chân yêu cầu ngắt (IRQ): IRQ là ngõ vào yêu cầu ngắt quãng bất đồng bộ với MCU, tác động sườn xuống hoặc tác động mức thấp tuỳ theo ta lập trình thanh ghi OPTION. IRQ luơn tác động theo mức sau reset.
Chân ngắt quãng khơng che được: (XIRQ): XIRQ là ngõ yêu cầu ngắt quãng khơng che được. Trong lúc reset, bit X (Nonmaskable Interrupt Flag) trên thanh ghi mã điều kiện được đặt và yêu cầu ngắt quãng ở chân này bị che đến khi bit X được xố bằng phần mềm. Sau xố ta khơng thể đặt lại, do đĩ XIRQ gọi là ngắt quãng khơng che được. XIRQ là yêu cầu ngắt cĩ độ ưu tiên cao nhất, khi
XIRQ xuống mức thấp lập tức MCU phục vụ ngắt quãng ngay. XIRQ thường dùng để dị tìm sự mất nguồn.
• Điện áp chuẩn cho bộ biến đổi A/D: (VREFH và VREFL)
Chân VREFH và VREFL : là hai ngõ ra vào tạo điện áp chuẩn cho mạch chuyển đổi A/D (analog to digital). VREFL là chuẩn mức thấp giá trị đặc trưng là 0V, VREFH
là chuẩn mức cao.
Để hoạt động chuyển đổi A/D được chính xác. VREFH nên lớn hơn VREFL tối thiểu là 3V và cả hai nên nằm trong khoảng VSS và VDD.
• Các chân STRA/AS và STRB/R/W :
Chân STRA/AS: chân này cĩ hai chức năng riêng biệt phụ thuộc vào chế độ hoạt động. Trong chế độ đơn chip, STRA thi hành chức năng bắt tay ngõ vào (strobe input). Trong chế độ mở rộng, AS cho ta chức năng giữ địa chỉ.
Chân STRB/R/W: chân giữa B và đọc/ viết cũng cĩ thể hoạt động như ngõ ra hoặc chỉ phương truyền trên data bus, tuỳ thuộc vào chế độ hoạt động. Trong chế độ đơn chip, STRB hoạt động như ngõ giữa cĩ thể lập trình để bắt tay với các thiết bị song song khác. Trong chế độ mở rộng multiplex, tín hiệu R/W dùng để chỉ phương truyền dữ liệu trên data bus. Khi chân R/W ở mức thấp nĩ cho thấy rằng dữ liệu đang được viết lên data bus. Khi ở mức cao, chu kỳ đọc đang thực hiện.
• Các Port xuất nhập đa dụng:
Các chân tín hiệu Port cĩ các chức năng khác nhau trong các chế độ hoạt động khác nhau. Các chức năng của các port A, D và E là độc lập với các chế độ hoạt động. Chức năng của Port B và C bị tác động bởi chế độ hoạt động.
Port A: gồm 3 chân nhập, 4 chân xuất và 1 chân cĩ thể nhập hoặc cĩ thể
xuất phụ thuộc vào bit định hướng DDRA7.
Port B: là ngõ output khi hoạt động ở chế độ đơn chip cịn ở chế độ mở rộng
các chân port B là 8 đường địa chỉ cao.
Port C: mang cả hai chức năng nhập và xuất phụ thuộc vào bit định hướng
DDRC0 đến DDRC7.
Port D: PDO – PD5 cũng tương tự như port C nhưng phụ thuộc vào các bit
DDRD0 đến DDRD5. Ngồi ra cịn dùng cho giao diện ngoại vi nối tiếp SPI nếu được phần mềm cài đặt trong thanh ghi điều khiển.
Port E: mang chức năng như các ngõ vào của bộ chuyển đổi ADC.