MC68300系列微控制器的特點(diǎn)和應(yīng)用

隨著各相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需求的拉動(dòng)，微控制器出現(xiàn)了強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭和廣泛應(yīng)用。據(jù)悉，1999年微控制器的市場(chǎng)將比1998年增長21%，2000年的增長率可能達(dá)到21.6%。Motorola是世界上最大的微控制器生產(chǎn)廠商，其產(chǎn)品具有種類全、可選擇余地大、新產(chǎn)品多等特點(diǎn)，市場(chǎng)占有率達(dá)27%以上。MC68300系列是第一個(gè)推出的高性能微控制器，現(xiàn)已達(dá)幾十個(gè)品種，近期又有了新的發(fā)展，適合于更廣泛的應(yīng)用范圍。

MC68300系列微控制器的特點(diǎn)

MC68300系列微控制器采用模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)用戶的要求，選擇不同的模塊，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。現(xiàn)在廣泛使用的已有十余種產(chǎn)品，一般其組成如圖1所示。

它們具有以下共同的特點(diǎn)或模塊：

⑴ 中央處理單元（CPU）：采用在MC68020基礎(chǔ)上形成的32位CPU，稱作CPU32。它與MC68020的指令系統(tǒng)基本相同，并且還增加了多條適合于微控制器應(yīng)用的指令，這樣，在開發(fā)過程中就可以充分利用已有的成果。最高工作頻率已達(dá)25MHz。

⑵ 由于采用了全靜態(tài)設(shè)計(jì)、高速互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（HCMOS）工藝制造，所以MC68300系列微控制器都具有較低的功耗。工作頻率可以從131kHz到25.17MHz變化。當(dāng)使用低功耗停機(jī)指令完全停止系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，仍可保存所有寄存器的內(nèi)容不變。

⑶時(shí)鐘頻率較其它微控制器低很多。它采用32.768kHz的石英晶體，由片內(nèi)的鎖相環(huán)（PLL）電路產(chǎn)生所需的時(shí)鐘頻率，這就使得高頻噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)，容易滿足電磁兼容性（EMC）的要求。

⑷ MC68300系列微控制器均有系統(tǒng)集成模塊（SIM）。該模塊由外部總線接口（EBI）、片選控制、系統(tǒng)保護(hù)子模塊、測(cè)試子模塊和系統(tǒng)時(shí)鐘組成。

外部總線基于MC68020總線，提供24根地址線、16根數(shù)據(jù)線及用于數(shù)據(jù)傳送和中斷請(qǐng)求等功能的控制信號(hào)線。數(shù)據(jù)總線允許8位或16位訪問方式，并允許動(dòng)態(tài)改變總線寬度。

片選控制具有12根獨(dú)立的可程控的片選信號(hào)輸出，用于系統(tǒng)擴(kuò)展、增加外部設(shè)備和外部芯片。

⑸ 一般均有隊(duì)列串行模塊（QSM）。該模塊為MC68300系列微控制器提供兩個(gè)獨(dú)立的串行通信接口，它們分別是隊(duì)列串行外圍接口QSPI和串行通信接口SCI。

除具有上述共同特點(diǎn)或模塊外，MC68300系列微控制器的主要產(chǎn)品還分別有如下特點(diǎn)或模塊：

⑴ MC68331

除包括CPU32、SIM和QSM模塊外，還含有通用定時(shí)（GPT）單元。GPT可以實(shí)現(xiàn)輸入捕捉（IC）、輸出比較（OC）、脈沖寬度累加（PAI）、脈沖寬度調(diào)制（PWM）、輔助定時(shí)器時(shí)鐘輸入（PCLK）等功能。

近期Motorola還公布了MC68331的低電壓（工作電壓2.7V-3.6V）芯片MC68CK331。它的工作頻率仍可達(dá)16MHz，但功耗已大大降低，特別適合于由電池供電的便攜式產(chǎn)品。

⑵ MC68332

MC68332除包括MC68300系列共有的模塊外，還包括2KB RAM、半智能化的定時(shí)處理單元（TPU）。

TPU是MC68332最具特色的模塊之一。它有自己的執(zhí)行單元、3級(jí)優(yōu)先級(jí)控制器、數(shù)據(jù)RAM、雙定時(shí)基準(zhǔn)和微程序ROM等。它可獨(dú)立于CPU之外，執(zhí)行各種定時(shí)、脈沖生成、電機(jī)（特別是步進(jìn)電機(jī)）控制、頻率測(cè)量等與時(shí)間有關(guān)的操作，可大大減輕CPU的負(fù)擔(dān)。

Motorola最近已可提供MC68332的低電壓（工作電壓3.0V-3.6V）版本產(chǎn)品MC68LK332，在實(shí)現(xiàn)低功耗的同時(shí)，其工作頻率仍可達(dá)16MHz，適合便攜式產(chǎn)品。

⑶ MC68336
除具有MC68332的所有模塊和功能外，還有5.5k BRAM、可重構(gòu)定時(shí)器模塊4（CTM4）、16通道的10位隊(duì)列化模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（QADC）。

MC68336共有7.5kB RAM，分為4kB和3.5kB兩個(gè)部分，均具有MC68332的2kB RAM的全部特性。

⑷ MC68376
除具有MC68336全部功能外，還包括8k BROM模塊、CAN2.0B控制器模塊（TouCAN）兩個(gè)部分。

⑸ MC68CK338
MC68CK338與MC68331相比，主要區(qū)別為：把MC68331中的GPT改為可重構(gòu)定時(shí)模塊6（CTM6）；中央處理單元CPU32和系統(tǒng)集成模塊SIM均為低功耗模塊，工作電壓為2.7V-3.6V，工作頻率上限為14.4MHz，所以較適合于用電池供電的便攜式產(chǎn)品。

⑹ MC68F333
MC68F333與上述產(chǎn)品相比，主要區(qū)別為：增加了64k E2PROM。

⑺ MC68334
MC68334與前述的微控制器相比，其主要差別是：把2kB RAM改為1kB RAM；去掉了串行外圍接口（QSM）模塊；但輸入輸出引腳增加到47。

⑻ MC68360
MC68360適合于通信類產(chǎn)品應(yīng)用。與其它產(chǎn)品相比，它有較大變化：使用增強(qiáng)型CPU32，即CPU32+；帶4個(gè)高速同步HDLC接口，2個(gè)異步串行口，14路DMA，32條地址線；4個(gè)定時(shí)器，8個(gè)片選端。

除上述產(chǎn)品外，還有MC68340、MC68349、MC68328、MC68356等產(chǎn)品，在此不再一一列舉。

MC68300系列微控制器的開發(fā)

MC68300系列微控制器普遍采用了流水線結(jié)構(gòu)、24位地址線和16位數(shù)據(jù)線，尋址能力可達(dá)16M～32M。有些片內(nèi)的各種存儲(chǔ)器可做到68kB以上。所以，程序復(fù)雜程度和開發(fā)難度都有較大的增加。為此，開發(fā)工具和開發(fā)手段都必須相應(yīng)變化。

用于開發(fā)MC68300系列微控制器的開發(fā)工具主要有如下幾種：

⑴ CDS32高性能仿真系統(tǒng)

CDS32包括仿真器和總線狀態(tài)分析器，可對(duì)MC68300系列微控制器的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。在PC機(jī)上開發(fā)的目標(biāo)碼能裝入到CDS32上運(yùn)行。它有1M字節(jié)以上的仿真存儲(chǔ)器，8k×64位分析器緩沖器具有跟蹤實(shí)時(shí)事件的能力。CDS32還具有斷點(diǎn)操作靈活、硬件調(diào)試簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，仿真速度高達(dá)33MHz。CDS32有一個(gè)仿真頭，用該仿真頭取代目標(biāo)系統(tǒng)上的MCU。

⑵ MMDS1632
它是一種較高級(jí)的仿真器，提供了高速、實(shí)時(shí)的軟件和硬件仿真，可以完全替代MCU。

⑶ M68MEVB1632

該系統(tǒng)的硬件由底板M68MPFB1632和名片卡計(jì)算機(jī)M68MPB33X組成，軟件包括ICD32、IASM32、PROG32等部分。ICD32是在線調(diào)試程序，界面友好，可同時(shí)顯示6個(gè)窗口，系統(tǒng)運(yùn)行情況一目了然。支持多種運(yùn)行方式和豐富的調(diào)試命令，并可進(jìn)行反匯編，對(duì)調(diào)試程序很方便。IASM32是針對(duì)CPU32的交叉匯編程序，具有豐富的匯編命令、宏指令和控制運(yùn)算，支持多窗口程序編輯和多層子程序嵌套，可以進(jìn)行模塊化程序設(shè)計(jì)。PROG32是對(duì)MCU片內(nèi)的E2PROM進(jìn)行編程，利用程序也可對(duì)片外的EPROM進(jìn)行編程。

在實(shí)際開發(fā)時(shí)，首先在開發(fā)器上進(jìn)行程序編寫和調(diào)試，然后利用事先在目標(biāo)板上設(shè)置的BDM（10Pin）插座和開發(fā)器所帶的扁平電纜，把目標(biāo)系統(tǒng)和PC機(jī)連接起來就可以用ICD32對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。我們?cè)谟肕C68332研制經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)時(shí)就采用了這種方法和工具，完成了項(xiàng)目的開發(fā)。

基于MC68332的經(jīng)濟(jì)型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)

以MC68332為主組成的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)如圖2所示。

在這個(gè)系統(tǒng)中，64K RAM采用非易失RAM，128K ROM選用EPROM，它們與MC68332的SIM模塊相連，各種接口控制信號(hào)均由SIM產(chǎn)生。ROM中存放各種系統(tǒng)程序，RAM中存放系統(tǒng)參數(shù)和用戶編寫的加工程序。

I/O口是該系統(tǒng)的離散輸入輸出口，它由MC68B21實(shí)現(xiàn)。鍵盤由8279鍵盤專用控制電路控制，它由48個(gè)薄膜鍵組成。LCD采用256×128點(diǎn)陣的圖形液晶顯示器，其控制器為SED1330。MC68B21、8279和LCD均連接到SIM模塊，所需片選信號(hào)和其它接口信號(hào)由SIM產(chǎn)生。

驅(qū)動(dòng)電路連接到TPU模塊，由TPU模塊根據(jù)CPU32寫入的數(shù)據(jù)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)方向進(jìn)行控制。TPU可以同時(shí)控制4臺(tái)4相步進(jìn)電機(jī)，提供的信號(hào)最高頻率為22.5kHz，而且加減速度、旋轉(zhuǎn)方向和速度都可以編程控制，應(yīng)用十分方便。

通信接口由QSM模塊實(shí)現(xiàn)。電平轉(zhuǎn)換分別由MAX3232和MAX487完成，前者是TTL/232電平轉(zhuǎn)換電路，后者是TTL/485電平轉(zhuǎn)換電路，這樣就使系統(tǒng)具有RS－232C和RS－485通信能力，可以方便的與上位計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備通信，提高了系統(tǒng)的性能。

復(fù)位電路由IMP811等組成，可以接受面板上的手動(dòng)復(fù)位信號(hào)。由于MC68332的RESET信號(hào)是雙向信號(hào)，所以IMP811的輸出經(jīng)過74HC03隔離。IMP811可以提供可靠的上電和手動(dòng)復(fù)位信號(hào)，因此可以提高系統(tǒng)的可靠性。

結(jié)束語

MC68300系列微控制器采用全靜態(tài)設(shè)計(jì)、模塊化結(jié)構(gòu)、HCMOS工藝制造，因此，具有結(jié)構(gòu)清晰、功耗低、功能強(qiáng)、抗干擾性能好、可靠性高、開發(fā)簡(jiǎn)單、容易滿足電磁兼容性、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)，值得推廣應(yīng)用。

由于MC68300系列微控制器具有許多優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用范圍十分廣泛。例如，使用較普遍的惠普激光打印機(jī)中就采用了這類微控制器；在汽車及其發(fā)動(dòng)機(jī)控制、數(shù)控系統(tǒng)和智能測(cè)硫儀中采用了MC68332；在機(jī)器人中，可以采用MC68376或MC68332，利用其CAN或QSM模塊實(shí)現(xiàn)多MCU控制,提高控制系統(tǒng)并行處理能力、控制性能和可靠性；在通信領(lǐng)域，廣泛采用了MC68356、MC68360等。