Freescale MC68HC16Z1CEH25

Отличный выбор! Freescale MC68HC16Z1CEH25 — это мощный 16-битный микроконтроллер семейства HC16, который был очень популярен в промышленной и автомобильной электронике в 90-х и начале 2000-х годов. Вот подробное описание.

Общее описание

MC68HC16Z1 — это высокопроизводительный 16-битный микроконтроллер с модульной архитектурой, построенный на базе процессорного ядра CPU16 (усовершенствованная 16-битная версия ядра CPU12). Он ориентирован на сложные приложения, требующие высокой вычислительной мощности, большого объема памяти и развитой периферии: системы управления двигателями, промышленные контроллеры, телекоммуникационное оборудование, сложные автомобильные системы (трансмиссия, подвеска).

Ключевая особенность — системный модуль (System Integration Module — SIM) и модульная архитектура, позволяющая конфигурировать набор периферии. Модель "Z1" является одной из самых насыщенных в семействе.

Спецификация суффикса в названии CEH25:

• C – Температурный диапазон: коммерческий (0°C до +70°C). Существует вариант V для расширенного/автомобильного (-40°C до +85°C или +105°C).
• E – Корпус: 144-выводной CQFP (Ceramic Quad Flat Pack). Был также вариант F — 144-выводной QFP (пластиковый).
• H25 – Тактовая частота: 25 МГц (максимальная для процессорного ядра).

Ключевые технические характеристики

1. Ядро и производительность:

• Архитектура: 16-битная, с 16-битной шиной данных и 24-битной шиной адреса.
• Ядро: CPU16.
• Тактовая частота: до 25 МГц (один машинный цикл — 40 нс).
• Производительность: ~4-6 MIPS (миллионов инструкций в секунду), в зависимости от типа инструкций.
• Регистры: Богатый набор 16-битных регистров, включая два аккумулятора (D0, D1), несколько индексных регистров.

2. Память:

• Внутренняя ОЗУ (SRAM): 2 КБ (в некоторых документах указывается 1.5 КБ, зависит от конфигурации).
• Внутренняя ПЗУ (Mask ROM или OTP): 48 КБ (в данной заводской маскированной версии). Существовали версии без ПЗУ (например, Y1).
• Адресное пространство: Линейное 16 МБ (24-битная адресация).
• Внешняя шина: Полноценная 16-битная мультиплексированная шина адреса/данных с поддержкой до 8 банков памяти (через модуль Chip Select — CS).

3. Периферия и модули (наиболее важные):

• System Integration Module (SIM): Управление сбросом, тактированием, прерываниями, watchdog-таймером, чип-селектами.
• General Purpose Timer (GPT): Многофункциональный 16-битный таймер с 8 каналами (входы захвата, выходы сравнения, ШИМ).
• Queued Serial Module (QSM): Объединяет:
  • QSPI (Queued Serial Peripheral Interface) — высокоскоростной SPI с очередью команд.
  • SCI (Serial Communications Interface) — два асинхронных последовательных порта (UART).
• Analog-to-Digital Converter (ADC): 8-канальный, 10-битный АЦП с возможностью сканирования последовательности каналов.
• Clock Synthesis Module (CSM): Генератор тактовых частот (PLL) для умножения частоты от кварцевого резонатора.
• 16-битная шина (IMB): Внутренняя модульная шина для подключения дополнительных модулей.

4. Электрические характеристики:

• Напряжение питания: 5.0 В ±10% (типичное для техпроцесса того времени).
• Потребление: Зависит от частоты и активности, порядка 100-200 мА на максимальной частоте.

5. Корпус: 144-выводной CQFP (керамический Quad Flat Pack). Требует аккуратного монтажа.

Парт-номера (Part Numbers) и совместимые модели

Семейство HC16Z1 имело множество модификаций. Основные отличия: тип памяти, корпус, температурный диапазон, тактовая частота.

Прямые аналоги и варианты MC68HC16Z1:

• MC68HC16Z1CEH25 – (как у вас) 48 КБ Mask ROM, CQFP-144, коммерческая температура, 25 МГц.
• MC68HC16Z1VEH25 – То же, но для расширенного температурного диапазона (-40°C...+85°C).
• MC68HC16Z1CFH25 – Пластиковый корпус QFP-144, коммерческая температура, 25 МГц.
• MC68HC16Z1CEH20 / CFH20 – Версия на 20 МГц.
• MC68HC16Z1CEH16 / CFH16 – Версия на 16 МГц.
• MC68HC16Y1CEH25 / Y1VEH25 – Версия без внутренней Mask ROM (0 КБ ПЗУ). Предназначена для работы с внешней памятью или для эмуляции при разработке.

Совместимые/Аналогичные модели в семействе HC16: Семейство делилось на серии по набору периферии:

• MC68HC16Z Family (High-End): Полный набор, включая QSM, GPT, ADC, CSM. Модели: Z1, Z2, Z3 (отличались объемом Mask ROM/OTP).
• MC68HC16Y Family (ROMless): Те же характеристики, что и Z-семейство, но без внутренней ПЗУ.
• MC68HC16L Family (Low-Cost): Урезанная периферия (например, нет QSM, вместо него стандартный SPI+SCI), меньший объем памяти. Пример: MC68HC16L1.
• MC68HC16P Family (Peripheral): Специализированные версии.

Совместимость по коду:

• Прямая совместимость снизу вверх: Код, написанный для более младших моделей (например, HC16L1), как правило, будет работать на HC16Z1 при условии корректной настройки периферии и адресации памяти.
• Совместимость с предшественником: Архитектурно и на уровне ассемблера имеет значительное сходство с 8/16-битными микроконтроллерами MC68HC11/12, но не является прямой бинарной заменой. Портирование кода требует усилий.
• Преемники от Freescale/NXP: Прямого 16-битного преемника не было. Компания перешла на 32-битные архитектуры:
  • ColdFire V1 (например, MCF51QE) — частично унаследовали идеи, но это уже 32-битное ядро.
  • MPC5xx (PowerPC) — для высокопроизводительных автомобильных применений.
  • S12X/S12Z — современные 16-битные микроконтроллеры, которые можно считать духовными наследниками HC11/HC16, но с иной архитектурой и периферией. Не являются pin-to-pin или binary совместимыми.

Области применения (исторические и текущие)

• Автомобильная электроника: Управление двигателем (ECU), антиблокировочная система (ABS), системы контроля тяги.
• Промышленная автоматика: Программируемые логические контроллеры (ПЛК), приводы, станки.
• Сетевые устройства: Контроллеры модемов, маршрутизаторы начального уровня.
• Сложные системы управления.

Важное примечание: MC68HC16Z1 является устаревшим (End-of-Life) продуктом. Его производство прекращено много лет назад. Компоненты доступны только на вторичном рынке (б/у, снятые с плат, или остатки на складах). При разработке новых изделий необходимо рассматривать современные аналоги от NXP, Infineon, STMicroelectronics, Microchip и других производителей.