Подсистема реального времени

 

Особенностью подсистем синхро­низации рассматриваемых МК явля­ется использование внутреннего за­дающего генератора. Таким образом, подсоединение внешних времязадающих элементов не требуется, и тем самым экономятся выводы корпуса МК. Рассматриваемые МК обладают тремя типами модулей внутреннего тактирования ICS (Internal Clock Source).

В первой части статьи была рассмотрена номенклатура и технические характеристики 8-разрядных МК в корпусах с малым числом выводов. Однако выбор маловыводного МК для конкретного проекта определяется не только его производительностью, но и качеством периферийных модулей. В данной статье мы рассмотрим таймерные модули в составе рассматриваемых МК, а также пример применения маловыводного МК для управления автономным дизельным агрегатом.

Все рассматриваемые МК с про­цессорным ядром НС08 (модели HC908QB4/QB8, HC908QT1A/QT2A/QT4A, HC908QY1A/QY2A/QY4A) име­ют возможность тактирования от од­ного из четырёх источников:

• внутренний генератор с програм­мно выбираемой частотой систем-

ной шины: 1, 2 или 3,2 МГц. Точ­ность установления частоты гене-­ ратора без специальной подстрой­ки составляет ±25%, при исполь­зовании алгоритма подстройки точность составит ±0,4%, при этом в полном диапазоне температур га­рантируется стабильность частоты шины в пределах ±5%;

• внешний кварцевый резонатор с внутренней цепью генератора, при этом возможен программный выбор трёх диапазонов частоты резонатора: 32...100 кГц, 1...8 МГц, 8...32 МГц;
• внутренний генератор с внешней R-цепью (конденсатор С времяза-дающей цепи - встроенный);
• внешний генератор.

Кроме того, модуль AWU в составе этих МК имеет собственный генера­тор 32 кГц с невысокой стабиль­ностью.

МК с процессорным ядром RS08 (модели MC9RS08KA1/KA2) и MC9S08QD4 могут тактироваться только от внутреннего источника ге­нератора с частотой 32 кГц ± 25%. Этот генератор используется в каче­стве опорного для умножителя час­тоты с постоянным коэффициентом 512. В результате частота системной шины составит 8...10 МГц. При ис­пользовании алгоритма подстройки точность установления будет состав­лять 8 МГц ± 0,2%, при этом в полном диапазоне изменения температур и напряжения питания гарантируется стабильность частоты шины в пре­делах ±2%. Для синхронизации про­цессорного ядра и периферийных модулей может быть программно выбран один из двух источников: не­посредственно генератор 32 кГц или умножитель частоты с программи­руемым коэффициентом деления 1, 2, 4 или 8. Отклонение частоты тактирования для рассматриваемых МК вдвое меньше, чем для МК с процессорным ядром НС08.

И, наконец, модуль тактирования МК типа MC9S08QG4/QG8. По техни­ческим характеристикам он практи­чески не отличается от модуля МК ти­па RS08, однако обладает возмож­ностью подключения в качестве опорного сигнала умножителя часто­ты внешнего генератора.

Перейдём к рассмотрению собствен­но таймерных модулей. Основные тех­нические характеристики модулей таймеров в составе 8-разрядных МК се­мейства HC08/HCS08/RS08 представле­ны в таблице 2.

Модуль упрощённого таймера MTIM (Modulo Timer) представляет собой свободно считающий 8-раз­рядный счётчик. Коэффициент счёта программно регулируется от 1 до 256. Достижение кодом счётчика коэф­фициента счёта рассматривается как событие переполнения, по которому устанавливается триггер переполне­ния. Этот триггер в активном режиме работы МК MC9RS08KA1/KA2 может быть только программно опрошен, а в МК MC9S08QG4/QG8 этот триггер генерирует запрос на прерывание с собственным вектором обслужива­ния. Счётчик может быть остановлен и сброшен в 0 под управлением про­граммы.

Счётчик имеет три источника так­тирования: сигнал внутреннего гене­ратора 32 кГц, сигнал импульсной последовательности с частотой шины ƒ_bus и внешний источник, подклю­чаемый к одному из выводов МК. При этом максимальная частота внешне­го источника не должна превышать 1/4 ƒ_bus. На входе счётчика имеется программируемый делитель с де­вятью коэффициентами от 1 до 256. В режиме ожидания типа WAIT мо­дуль упрощённого таймера сохраня­ет работоспособность и может быть использован для перевода МК в ак­тивный режим. В режиме останова этот модуль не работает, для перево­да МК в активный режим работы сле­дует использовать модули RTI или AWU, которые сохраняют работоспо­собность в режиме полного останова STOP.

Модуль меток реального времени RTI (Real Time Interrupt) имеется в составе процессорных ядер RS08 и HCS08. Различия между модулями незначительны. Модуль представля­ет собой счётчик, который допуска­ет два опорных источника: соб­ственный нестабильный генератор 1 кГц и генератор 32 кГц модуля внутреннего тактирования МК. Последний сразу делится на 32, та­ким образом, частота обоих источ­ников равна 1 кГц, но второй источник может оказаться более точным по частоте, если в проекте осущес­твлялась подстройка частоты син­хронизации межмодульных маги­стралей. Три бита регистра управ­ления используются для выбора частоты переполнения счётчика RTI. В результате пользователь МК может выбрать один из семи перио­дов следования меток реального времени в диапазоне от 8 до 1032 мс или просто отключить этот модуль.

Сигналы меток реального времени устанавливают триггер, который мо­жет быть программно опрошен или генерирует запросы на прерывание. Модуль RTI сохраняет работоспо­собность в режимах WAIT и STOP и может использоваться для вывода МК из этих режимов. Модуль RTI в составе МК с процессорным ядром HCS08 имеют дополнительный ис­точник синхронизации - внешний генератор, который подключается к одному из внешних выводов МК. Од­нако следует помнить, что обычно этот же вывод предназначается для внешней синхронизации счётчика временной базы процессора собы­тий ТРМ.

Модуль AWU (Auto Wakeup Module) предназначен для периодического вывода МК из режима останова STOP без использования внешних сигна­лов и внешних источников синхронизации. Известно, что в режиме STOP основная система тактирова­ния МК отключается, поэтому сторо­жевой таймер СОР прекращает свою работу. Однако многие приложения требуют, чтобы МК периодически са­мостоятельно «просыпался», выпол­нял определённые действия и снова «засыпал». Именно для реализации такого режима работы создан модуль AWU. Этот модуль входит в состав МК с процессорным ядром НС08 (модели MC908QB4/QB8, MC908QT1A/QT2A/QT4A, MC908QY1A/QY2A/QY4A и 908QL2/QL3/QL4), в которых мо­дуль типа RTI отсутствует.

В основном режиме работы и ре­жиме ожидания WAIT модуль тайме­ра пробуждения AWU автоматичес­ки отключается. При переходе МК в режим STOP таймер пробуждения автоматически запускается, если его работа была предварительно разрешена программистом. Период работы таймера пробуждения опре­деляется частотой дополнительно­го внутреннего генератора и уста­новкой бита COPRS в регистре кон­фигурации CONFIG 1. Частота этого генератора существенно зависит от напряжения питания МК и темпера­туры окружающей среды. Поэтому использовать таймер пробуждения для точного отсчёта меток времени не рекомендуется. При

проектировании следует ориентироваться на сле­дующие паспортные данные для пе­риода работы таймера пробужде­ния, приведённые для комнатной температуры:

• 650 мс при VDD = 5,0 В, 875 мс при VDD = 3,0 В, COPRS = 0;
• 16 мс при VDD = 5,0 В, 22 мс при VDD = 3,0 B, COPRS =1.

По истечении работы таймера про­буждения автоматически устанавли­вается бит переполнения AWUL, кото­рый способен генерировать запрос на прерывание и тем самым вывести МК из состояния низкого энергопо­требления типа STOP.

Модули таймеров TIM (Timer Inter­face Module) и TPM (Timer/PWM Mo­dule) значительно богаче по своим возможностям, чем рассмотренные выше модули. Они по сути своей яв­ляются полнофункциональными процессорами событий.

Модуль TIM состоит из 16-разряд­ного таймера-счётчика временной базы и некоторого числа полностью идентичных каналов захвата/сравне­ния или широтно-импульсной моду­ляции (ШИМ). Эти каналы в процессе инициализации могут быть настрое­ны на один из пяти режимов работы:

• входного захвата (IС);
• небуферированного выходного сравнения (ОС);
• буферированного выходного срав­нения (ОС);
• небуферированной ШИМ (PWM);
• буферированной ШИМ (PWM).

Каждый модуль захвата/сравнения связан с одним из выводов МК.

Шестнадцатиразрядный таймер-счётчик с программируемым коэф­фициентом счёта служит временной базой для модулей захвата/сравне­ния. При переполнении таймера-счётчика устанавливается флаг пе­реполнения и генерируется запрос на прерывание, если бит разреше­ния прерывания установлен в 1, т.е. прерывания по переполнению тай­мера-счётчика разрешены. В качест­ве источника синхронизации счёт­чика используется импульсная по­следовательность с частотой ƒ_bus или внешний генератор. И тот, и другой источник тактовых импульсов под­ключается к внутреннему делителю частоты с коэффициентами деления от 1 до 128 (всего 8 значений). Все каналы модуля TIM универсальны, т.е. могут быть запрограммированы на любую из перечисленных пяти функций. Среди этих функций осо­бо следует отметить ШИМ (PWM) с 16-разрядным коэффициентом за­полнения.

Модуль процессора событий ТРМ обладает тремя отличиями по срав­нению с модулем TIM:

• счётчик временной базы может тактироваться от внутреннего гене­ратора 32 кГц;
• аппаратные средства всех его кана­лов выполнены с функцией буфе-рирования входных кодов управле­ния, поэтому вместо пяти режимов работы каждого канала реализует­ся всего три;
• для всех каналов одновременно введён дополнительный режим центрированной ШИМ с 15-раз­рядными периодом и коэффици­ентом заполнения.

Итак, мы убедились, что в корпусе с 8 или 16 выводами могут быть разме­щены микроконтроллеры, сущест­венно различающиеся по набору пе­риферийных модулей и их функцио­нальным возможностям. При этом МК с несложной периферией (на­пример, модели MC9RS08KA1/KA2) ориентированы на очень простые применения, в то время как МК с достаточным количеством встро­енных периферийных модулей (например, модели MC908QY4A, MC9S08QG4/QG8, MC908QB4/QB8) могут быть использованы для созда­ния достаточно развитых промыш­ленных контроллеров.