S08QD firmy Freescale: mikrokontrolery za grosze

 

Znaczenie mikrokontrolerów dla przemysłu elektronicznego rośnie nieprzerwanie od momentu pojawienia się pierwszych masowo produkowanych komercyjnych konstrukcji tego typu, a więc przede wszystkim 8-bitowych układów z serii 8051 firmy Intel.

 

 

 

 

Upowszechnianie mikrokontrolerów w urządzeniach elektronicznych wynika z licznych zalet ich stosowania, co w ogólnej postaci można sprowadzić do możliwości wykorzystania pojedynczego układu scalonego do wykonywania wielu różnorodnych funkcji i zadań, których realizacja za pomocą innych elementów elektronicznych byłaby trudna, mało efektywna lub wręcz niemożliwa.

 

 

 

 

 

Uproszczony schemat blokowy mikrokontrolerów S08QD, które są dostępne wyłącznie w obudowach z 8 wyprowadzeniami. Na rysunku zaznaczono najważniejsze peryferia wbudowane w prezentowane mikrokontrolery.

 

Tak duże zainteresowanie mikrokontrolerami ze strony producentów sprzętu elektronicznego stymuluje ich ciągły i intensywny rozwój, czego efektem jest wprowadzanie na rynek kolejnych rodzin mikrokontrolerów. Zaowocowało to najpierw rozpowszechnieniem układów o architekturze 8-bitowej (np. układy PIC firmy Microchip, AVR firmy Atmel), a następnie opracowaniem układów o architekturze 16-bitowej (np. MSP430 firmy Texas Instruments) oraz 32-bitowej (głównie układy oparte na różnych rdzeniach ARM).
Nowe, zaawansowane mikrokontrolery znajdują zastosowanie w wielu współcześnie projektowanych urządzeniach, jednak należy jednocześnie zwrócić uwagę na fakt niesłabnącego zainteresowania prostymi mikrokontrolerami 8-bitowymi, które niejednokrotnie korzystniej jest zastosować w aplikacjach o małym stopniu skomplikowania, gdzie małe gabaryty układu, niski pobór energii oraz niska cena są większymi atutami niż duża moc obliczeniowa. Wychodząc naprzeciw tym oczekiwaniom producenci układów półprzewodnikowych nieustannie rozwijają będące w ich ofertach rodziny 8-bitowych mikrokontrolerów. Jedną z takich firm jest Freescale, producent szerokiej gamy układów o wspólnej nazwie HCS08.

 

Podstawowy schemat aplikacyjny mikrokontrolerów S08QD ze złączem interfejsu BDM (do programowania Flash i debugowania pracy układu)

 

Jedną z podgrup tej rodziny jest seria układów S08QD. Składa się ona z czterech mikrokontrolerów: MC9S08QD2, MC9S08QD4, S9S08QD2 oraz S9S08QD4. Pierwsze dwa układy przeznaczone są do wykorzystania w zastosowaniach przemysłowych i urządzeniach codziennego użytku, natomiast dwa kolejne układy dedykowane są do aplikacji motoryzacyjnych. Mikrokontrolery S08QD cechują się najprostszą budową spośród całej rodziny HCS08. Szczegółowy schemat blokowy struktury wewnętrznej serii S08QD przedstawiono na rys. 1.

 

 

Rys. 1. Schemat blokowy 
mikrokontrolerów S08QD

Rys. 1. Schemat blokowy mikrokontrolerów S08QD

 

 

Podstawowym elementem każdego mikrokontrolera S08QD jest jednostka centralna, która opracowana została na bazie rdzenia HCS08. Jej częstotliwość taktowania zależy od konfiguracji bloku zegarowego i może wynosić do 8 MHz (przy zewnętrznej częstotliwości taktowania 16 MHz). Umożliwia to wykonywanie pojedynczej instrukcji kodu źródłowego w czasie minimum 125 ns. Jednostka obliczeniowa jest połączona ze wszystkimi zasobami mikrokontrolera i odpowiada za ich odpowiednią konfigurację i sterowanie zgodnie z wykonywanym kodem źródłowym. Ponadto umożliwia ona obsługę przerwań (32 źródła przerwań) oraz kontroli trybów pracy (RUN – normalna praca, WAIT – praca z wyłączoną jednostką obliczeniową, STOP – praca z wyłączoną jednostką obliczeniową oraz wybraną częścią zasobów).
Kolejnym elementarnym komponentem mikrokontrolera jest pamięć. W rodzinie S08QD zastosowano dwa podstawowe typy pamięci – Flash oraz RAM. Ilość wbudowanej pamięci zależy od układu i wynosi 2 kB lub 4 kB w przypadku pamięci Flash oraz 128 B lub 256 B w przypadku pamięci RAM.
Do zintegrowanych w serii S08QD bloków peryferyjnych należą:

  • przetwornik A/C: 4 kanały pomiarowe, 10-bitowa rozdzielczość skonwertowanego sygnału, możliwość konfiguracji jako czujnik temperatury,
  • układy licznikowe: 1-kanałowy o rozdzielczości 16 bitów oraz 2-kanałowy o rozdzielczości 16 bitów (oba z możliwością pracy w trybie zliczania, porównania, PWM) oraz Watchdog,
  • kontroler klawiatury: obsługa do 4 przycisków, możliwość konfiguracji rodzaju zbocza i poziomu logicznego sygnału informującego o wciśnięciu przycsiku,
  • linie ogólnego przeznaczenia: do 6 wyprowadzeń (każde o wydajności prądowej do 10 mA), możliwość podłączenia do każdej z linii wewnętrznych rezystorów typu pull-up,
  • interfejs programowania pamięci i debugowania kodu za pomocą jednej linii mikrokontrolera.

O autorze

Szymon Panecki

SZYMON PANECKI urodził się 17 lutego 1985 roku w Milanówku. Tytuł inżyniera Elektroniki i Telekomunikacji, a następnie magistra inżyniera na Wydziale Elektroniki Politechniki Wrocławskiej uzyskał kolejno w roku 2008 i 2010. Ponadto tytuł inżyniera Informatyki na Wydziale Elektroniki Politechniki Wrocławskiej uzyskał w roku 2011.

Szymon Panecki jest doświadczonym elektronikiem-konstruktorem, który w trakcie swojej zawodowej kariery koncentruje się na definiowaniu i projektowaniu (zarówno w warstwie sprzętowej jak i programowej) systemów wbudowanych opartych na mikrokontrolerach z rdzeniem ARM od różnych producentów, w tym przede wszystkim Infineon Technologies (rodzina XMC1000 i XMC4000), STMicroelectronics (STM32 i STR7), Freescale Semiconductor (Kinetis L) oraz Silicon Labs (EFM32 i Precision32). Obszarem jego szczególnego zainteresowania są systemy wykorzystujące czujniki środowiskowe (wilgotności, ciśnienia, temperatury) oraz przemysłowe i motoryzacyjne interfejsy komunikacyjne, głównie CAN.

Szymon Panecki od wielu lat współpracuje z czasopismem “Elektronika Praktyczna” oraz portalem Mikrokontroler.pl, na łamach których publikuje liczne artykuły dotyczące swoich projektów, jak również nowości produktowych firm z branży półprzewodnikowej.