Freescale MC68HC16Z1CAG25

Отличный выбор! MC68HC16Z1 — это мощный и гибкий 16-битный микроконтроллер от Freescale (ныне NXP Semiconductors), который был очень популярен в промышленных и автомобильных приложениях в 90-х и начале 2000-х годов.

Вот подробное описание и технические характеристики для модели MC68HC16Z1CAG25.

Общее описание

MC68HC16Z1 — это представитель семейства MC68HC16, построенного на базе процессорного ядра CPU16. CPU16 — это 16-битное расширение знаменитого 8-битного ядра M68HC11, обеспечивающее обратную совместимость на уровне исходного кода и значительный прирост производительности (за счет 16-битной шины данных, конвейера и расширенного набора команд).

Модель Z1 является одной из самых оснащенных в семействе, содержащей максимальное количество периферии на кристалле. Она предназначена для сложных встроенных систем, требующих высокой вычислительной мощности, большого объема памяти и разнообразных интерфейсов связи.

Ключевые особенности:

• Архитектура: Гарвардская (раздельные шины для программ и данных) с конвейерной обработкой.
• Цель применения: Промышленная автоматизация, автомобильная электроника (двигатели, трансмиссии, подвеска), сложные системы управления, телекоммуникационное оборудование.
• Основное преимущество: Уникальное сочетание мощности 16-битного CPU, огромного адресного пространства, богатой периферии и наследия HC11.

Технические характеристики MC68HC16Z1CAG25

• Обозначение модели: MC68HC16Z1CAG25
  • MC — Motorola (производитель).
  • 68HC16 — семейство.
  • Z1 — модель с максимальной периферией.
  • C — температурный диапазон (Commercial: 0°C to +70°C). Существовали версии V (расширенный: -40°C to +85°C) и M (военный: -55°C to +125°C).
  • A — корпус. В данном случае, вероятно, CQFP (Ceramic Quad Flat Pack). Также были варианты в пластиковом QFP.
  • G25 — тактовая частота 25 МГц (на кварцевом резонаторе). Внутренняя тактовая частота CPU равна внешней.

1. Ядро и производительность

• Ядро: CPU16.
• Тактовая частота: до 25 МГц.
• Разрядность: 16-битная шина данных, 24-битная шина адреса.
• Адресное пространство: 16 МБ (24-битная адресация).
• Производительность: До ~6.25 MIPS (Million Instructions Per Second) при 25 МГц.
• Системный таймер (GPT): 8-канальный программируемый таймер.

2. Память на кристалле

• ОЗУ (RAM): 1 КБ.
• ПЗУ (ROM): 48 КБ маскированное (программируется на заводе). В некоторых версиях (суффикс F) могла быть Flash-память.
• ЭСППЗУ (EEPROM): 1 КБ (в некоторых источниках указывается 2 КБ для Z1).

3. Периферийные модули (Богатейший набор)

• Модуль последовательной связи (QSM): Объединяет:
  • SCI (UART): 2 канала асинхронного последовательного интерфейса (RS-232/485).
  • QSPI (Queued SPI): Очередной последовательный периферийный интерфейс с очередью команд, идеален для работы с LCD, ADC, памятью.
• Модуль временных процессоров (TPU): Time Processor Unit — 16-канальный, высокоскоростной, автономный процессор для генерации/измерения сложных временных сигналов (PWM, захват, сравнение, управление двигателями). Одна из самых сильных сторон HC16.
• Модуль аналого-цифрового преобразователя (ADC): 10-битный, 8-канальный.
• Модуль последовательного канала связи (SCM): Поддерживает протоколы HDLC/SDLC, используется для сетевых применений.
• Структурированный модуль ввода-вывода (SIOP): Управляет стандартными портами ввода-вывода.

4. Системные характеристики

• Напряжение питания: +5В.
• Корпус: 132-контактный CQFP (керамический) или PQFP (пластиковый). CAG в маркировке указывает на керамический корпус.
• Температурный диапазон: 0°C to +70°C (коммерческий).

Парт-номера (Part Numbers) и совместимые модели

Семейство HC16 имело несколько масок (версий silicon) и вариантов исполнения. Вот основные парт-номера и совместимые модели.

Прямые аналоги и варианты MC68HC16Z1:

• MC68HC16Z1CAG16 — версия на 16 МГц.
• MC68HC16Z1CAG20 — версия на 20 МГц.
• MC68HC16Z1CAG25 — версия на 25 МГц (максимальная).
• MC68HC16Z1VCAG25 — версия с расширенным температурным диапазоном (-40°C to +85°C).
• MC68HC16Z1CFC25 / MC68HC16Z1CFC16 — версия с Flash-памятью вместо маскированного ROM (суффикс F). Это наиболее ценные и гибкие для разработки версии.
• MC68HC16Z1CPV25 — версия в пластиковом корпусе (P — Plastic QFP).

Совместимые модели из того же семейства (с меньшим набором периферии):

• MC68HC16Y1 — Урезанная версия Z1 (меньше памяти, нет SCM).
• MC68HC16Z2/Z3/Z4 — Последующие, более совершенные версии. Z3 и Z4 имели улучшенное ядро CPU16+ и часто работали на более высоких частотах (до 33 МГц). Они были пин-совместимы с Z1, что позволяло легко модернизировать систему.
  • MC68HC16Z3CAG33 — Прямой и более мощный аналог с CPU16+ и частотой 33 МГц.
  • MC68HC16Z4CAG33 — Аналогично Z3.
• MC68HC16Z1ECAG — Специальная Engineering Sample версия для разработчиков.

Совместимость и замена:

• Прямая замена: В рамках одной маркировки (например, Z1CAG25 на Z1CAG25 от другого производителя) проблем нет.
• Апгрейд в рамках семейства: Модели Z3 и Z4 являются лучшей и рекомендуемой заменой для Z1 в новых разработках или при модернизации, благодаря полной пин-совместимости и более высокой производительности.
• Современные аналоги от NXP: Прямого современного аналога с той же периферией и pin-to-pin совместимостью не существует. Ближайшими по духу и архитектуре являются:
  • Семейство S12(X) (например, MC9S12XE): 16-битные контроллеры, наследники HC12/HC16, с похожей периферией (включая ATD вместо ADC) и обратной совместимостью на уровне кода. Имеют модуль XGATE для обработки прерываний.
  • Семейство MPC56xx/57xx (Power Architecture): Уже 32-битные контроллеры для высокопроизводительных автомобильных применений, пришедшие на смену HC16 в задачах управления двигателем и шасси.
  • Семейство Kinetis (ARM Cortex-M): Современные 32-битные микроконтроллеры NXP на ядрах ARM. Для миграции требуется полный редизайн.

Важно: При поиске замены или аналога необходимо обращать внимание не только на вычислительную мощность, но и на наличие критически важной периферии, такой как TPU (в современных аналогах его роль выполняют FlexTimers или eTPU) и SCM (заменяется специализированными коммуникационными контроллерами).