Freescale MC68HC11DO

Отличный выбор! MC68HC11D0 — это классический 8-битный микроконтроллер (МК) семейства HC11 от Freescale Semiconductor (ныне часть NXP Semiconductors), который был невероятно популярен в 1990-х и начале 2000-х годов благодаря своей надежности, богатой периферии и архитектуре, удобной для обучения.

Общее описание MC68HC11D0

MC68HC11D0 — это полнофункциональный член семейства HC11 в компактном 52-контактном пластиковом корпусе PLCC. Его ключевая особенность — внутренняя шина адреса/данных, что позволяет подключать внешнюю память (RAM, ROM, EEPROM) и периферийные устройства, создавая на его основе более сложные системы. Это отличает его от "однокристальных" моделей HC11 (как A8 или E9), которые в большей степени ориентированы на встроенные приложения без внешней памяти.

Он идеально подходил для применений, где требовалось больше памяти, чем было доступно on-chip, или для прототипирования и обучения, так как позволял использовать внешнюю ПЗУ-память с программами.

Основные сферы применения (исторические):

• Промышленные контроллеры
• Сетевые устройства (модемы, маршрутизаторы)
• Автомобильная электроника (до появления специализированных семейств)
• Обучающие стенды и университетские курсы по микропроцессорной технике
• Различные встраиваемые системы средней сложности.

Технические характеристики

1. Ядро и производительность:

• Архитектура: 8-битная, CISC
• Тактовая частота: До 3.0 МГц (версия -3) от внешнего кварцевого резонатора.
• Системная шина: Полная 16-битная адресная шина (64 КБ адресного пространства) и 8-битная шина данных, выведенные на порты.
• Режимы работы: Одиночный чип (Single Chip), расширенный мультиплексированный (Expanded Multiplexed), специальные тестовые и режим начальной загрузки (Bootstrap).

2. Память (On-Chip):

• ОЗУ (RAM): 256 байт.
• ППЗУ (EEPROM): 512 байт. Может быть использовано для хранения данных, конфигурационных параметров или кода.
• Встроенное ПЗУ (ROM): Отсутствует. Это главная особенность модели D0 — она всегда требует внешней памяти для хранения программы.
• Регистры: 64 байта регистров ввода/вывода и системных регистров (расположены в начале адресного пространства).

3. Периферия:

• Таймеры: Мощный 16-битный таймер-счетчик с:
  • 3 каналами ввода/захвата (Input Capture)
  • 5 каналами вывода/сравнения (Output Compare), один из которых может использоваться для генерации ШИМ (PWM).
• Последовательные интерфейсы:
  • Асинхронный порт (SCI): Один канал, для связи типа UART (RS-232).
  • Синхронный порт (SPI): Один высокоскоростной синхронный последовательный интерфейс.
• АЦП (Аналого-цифровой преобразователь): 8-канальный, 8-битный АЦП.
• Порты ввода/вывода: 38 линий ввода/вывода общего назначения (организованы в порты A, B, C, D, E), часть из которых в расширенном режиме мультиплексирована с шиной адреса/данных.
• Сторожевой таймер (COP): Для защиты от зависаний программы.
• Схема сброса (RESET): Встроенная.

4. Электрические характеристики:

• Напряжение питания: +5 В ±10%.
• Потребление тока: ~15-25 мА в активном режиме (на 3 МГц).

5. Корпус: 52-Pin PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier).

Парт-номера (Part Numbers) и варианты

Парт-номер формируется по маске: MC68HC11D0[Скорость][Тип корпуса]

• По скорости (частоте):
  • MC68HC11D0CFN3 или MC68HC11D0FN3 – версия на 3.0 МГц (наиболее распространенная).
  • MC68HC11D0CFN2 – версия на 2.1 МГц.
  • MC68HC11D0CFN – базовая версия, часто на 2.0 МГц.
• По корпусу:
  • FN – 52-Pin PLCC (стандартный корпус для этой модели).

Пример полного парт-номера: MC68HC11D0CFN3 (3 МГц, 52-PLCC).

Совместимые и аналогичные модели

Совместимость можно рассматривать на нескольких уровнях:

1. Прямые аналоги и модификации в семействе HC11:

• MC68HC11D3 – Более продвинутая версия. Имеет 4 КБ EEPROM и 4 КБ ROM с монитором-отладчиком BUFFALO. Идеальная замена для D0 в большинстве проектов, так как может работать как в режиме с внешней памятью, так и в одиночном чипе.
• MC68HC11F1 – Модель с 1 КБ EEPROM, но без внутреннего ROM. Имеет 1024 байт RAM и более богатую периферию (дополнительные таймеры). Более мощный аналог.
• MC68HC11A8/A0/E9 – Более известные "однокристальные" версии. Не имеют выведенной внешней шины в стандартных корпусах, поэтому прямое замещение на плате невозможно. Однако они программно совместимы на уровне исходного кода (ASM/C). Если вы переписываете проект, можно перейти на них.
• MC68HC811E2 – Версия с 2 КБ EEPROM вместо ROM, что позволяет перепрограммировать ее на месте. Популярна для обучения.

2. Совместимые по выводам (Pin-to-Pin):

• MC68HC11D0 и MC68HC11D3 – Практически полная совместимость по выводам в одинаковых корпусах (52-PLCC). D3 часто может заменить D0 на плате без изменений, если не используются абсолютные адреса памяти, уникальные для D0.
• Некоторые версии MC68HC11F1 также выпускались в 52-контактном корпусе, но распиновка могла отличаться. Требуется проверка даташита.

3. Современные аналоги (от NXP и других): Прямых современных pin-to-pin аналогов с 5В питанием почти нет. Для новых разработок рассматривают 32-битные ARM Cortex-M ядра. Однако, если нужна совместимость по архитектуре и коду:

• NXP HC08/HCS08 семейства – Эволюционное развитие 8-битных МК от Freescale/NXP. Выше тактовая частота, больше периферии, но другой набор инструкций. Требуется портирование кода.
• Микроконтроллеры на ядре 6800/6801 от других производителей (например, некоторые модели от Renesas, Microchip) — могут иметь похожую архитектуру, но не прямую совместимость.

4. Эмуляторы и симуляторы: Для обучения и поддержки старых проектов часто используют:

• Системы на ПЛИС, эмулирующие ядро HC11.
• Программные симуляторы (например, в среде NoICE, SIMHC11).

Вывод

MC68HC11D0 — это исторически важный микроконтроллер, который сыграл ключевую роль в обучении целого поколения инженеров. Его главная сила — возможность работы с внешней памятью в расширенном режиме. Для поддержки существующего оборудования лучшей заменой является MC68HC11D3. Для новых проектов целесообразно рассмотреть современные 32-битные платформы.