Carte d'expérimentation pour 68HC11

Dans le n°209 d'ELECTRONIQUE PRATIQUE, V. MAURY décrit une minicarte pour 68HC11. Equipée de quelques organes d'entrée-sortie, elle permet la programmation et le test de programmes (jusqu'à 512 octets). Mais surtout, son faible encombrement et la gestion judicieuse du reset en mode bootstrap permet de l'intégrer dans une réalisation plus complète. Ce mois-ci, nous allons décrire et réaliser une carte qui procède d'une autre philosophie: complètement tournée vers l'expérimentation, ses ports d'E/S ne débouchent sur rien... autrement dit sur tout ce que vous voudrez y mettre !

Pour pouvoir y mettre ce que l'on souhaite, une zone pastillée a été dessinée. Elle correspond exactement à la plaque d'essai autocollante que vous avez sûrement eue avec votre abonnement à ELECTRONIQUE PRATIQUE il y a quelques mois. En quelques minutes, vous pourrez réaliser votre montage personnel autour du microcontrôleur.

Cette carte utilise un logiciel gratuit (PCBug11) fourni par Motorola, qui permet de façon aisée la mise au point de programmes ainsi que la programmation du microcontôleur. Enfin vous pourrez l'utiliser avec le 68HC11A1 (512 octets d'EEPROM) ou mieux passer directement au 68HC811E2, version qui possède 2Ko d'EEPROM (programmable et effaçable presque instantanément !). Il ne vous reste plus avec tout cela qu'à laisser libre cours à votre imagination.

Le microcontrôleur 68HC811E2

Il présente la même structure interne que le 68HC11A1 vu dans le n°209 mais possède comme on vient de le signaler une mémoire EEPROM de 2 Ko pouvant servir à stocker le programme lui même ainsi que des données capturées par le programme au cours de son fonctionnement. Cette différence de taille mémoire avec le 68HC11A1 nécessite que l'on s'y attarde un instant. La figure ci-dessous donne la cartographie mémoire du HC811E2 suivant le mode de fonctionnement utilisé.

Avec la carte décrite ici, vous pourrez utiliser le microcontrôleur en mode bootstrap ou en mode single chip (circuit seul). Le mode expanded correspond à l'utilisation du 68HC11 avec une mémoire de programme externe, ce qui supprime au passage la possibilité d'utiliser les ports B et C qui servent alors à communiquer avec cette mémoire externe pour véhiculer adresses et données.

Le mode single chip est un des deux modes normaux du 68HC11. Programmer le microcontrôleur pour une utilisation dans ce mode permettra un réinvestissement plus rapide des connaissances acquises pour l'utiliser sur d'autres systèmes. En effet, dans les modes normaux d'utilisation, que ce soit d'ailleurs en circuit seul ou étendu, les vecteurs d'interruption et de reset sont situés en fin d'espace mémoire adressable (entre $FFC0 et $FFFF) ce qui n'est pas le cas du mode bootstrap. En mode normal, le programme démarre aussitôt à la mise sous tension, à condition bien sûr d'avoir spécifié l'adresse de début de programmme au niveau du vecteur de reset et d'avoir initialisé la pile. En mode bootstrap, c'est un peu plus délicat (Cf astuce de V. Maury avec l'utilisation du CD4066). Pour éviter tout effacement accidentel de la mémoire EEPROM, il y a une protection écriture qui est systématiquement appliquée au microcontrôleur après chaque Reset. Cette protection se situe dans le registre BPROT (Block Protect) situé à l'adresse $1035:

Chaque bit BPRT permet la protection d'un bloc de 512 octets d'EEPROM lorsque ces bits sont mis à 1. BPRT0 protège le premier bloc et BPRT3 le dernier. Il est évident alors qu'avant de remplir l'EEPROM avec notre programme, il faudra autoriser l'écriture dedans, donc en remplaçant à l'adresse $1035 la valeur $1F (issue du reset) en $10. D'autres registres sont spécifiques au 68HC811E2: ceux qui souhaitent utiliser ce microcontrôleur (et ils ont raison !) pourront se reporter à l'ouvrage "M68HC11 E Series-Technical Data" de Motorola.

Description du schéma

Le schéma de principe

Le schéma de principe est plus que minimal ! Au coeur du schéma se trouve le 68HC11A1 ou le 68HC811E2. Tout autour, les connecteurs (K5 à K9) donnent accès aux ports d'entrée-sortie. Quelques résistances de rappel (réseaux R9, R11 et R13) sont connectés aux ports pouvant fonctionner en entrée selon les recommandations du fabricant. Un quartz de 8 MHz permet le cadencement du cicuit à la fréquence nominale. Rappelons qu'en interne cette fréquence se trouve divisée par quatre ce qui donne dans ce cas 2 MHz. Un cycle machine aura donc une durée T = 1/2E6 = 0,5 µs ( valeur à retenir lorsque l'on doit calculer la durée d'une portion de programme , un délai à générer par exemple).

Le montage doit être alimenté sous une tension continue de 5V. Préferez une alimentation fixe à une alimentation réglable... qui risquerait d'avoir la mauvaise idée de se dérégler subrepticement en cours de manip. Une LED rouge permet de vérifier la présence de la tension sur la platine.

A la mise sous tension, les niveaux présents sur les pattes MODA et MODB définissent le mode de fonctionnement du 68HC11. Le logiciel (PCBug11) qui communique avec la carte nécessite d'avoir le microcontrôleur dans le mode "Bootstrap" et donc d'avoir MODA=MODB=0. Ceux qui utiliseront le 68HC811E2 (après s'être familiarisés avec le 68HC11A1) auront certainement envie de tester leur programmme avec le microcontrôleur en mode circuit seul (single chip). Ce mode est obtenu avec MODA=0 et MODB=1.On a bien sûr prévu cette possibilité ici: un interrupteur simple DIL permet le choix MODB=0 ou 1. Les interrupteurs DIL simples étant plus difficiles à trouver que les doubles (l'auteur a dû faire plusieurs magasins avant d'en trouver un), il a été prévu sur la platine la possibilité de placer un interrupteur double. Le deuxième interrupteur sera alors commuté de façon à avoir constament MODA=0. Une bonne solution pourrait être de court-circuiter côté cuivre ce deuxième interrupteur. Ceux qui ne comptent pas utiliser le mode single chip peuvent tout simplement remplacer ces interrupteurs par deux ponts de cablage: la carte sera alors à coup sûr en mode bootstrap à chaque mise sous tension.

Le circuit de Reset est réduit au minimum, le bouton poussoir K3 permettant un Reset manuel. Remarquons que cette configuration, bien que largement répandue, n'est pas celle qui est recommandée par Motorola. Cela ne procure aucune gène à l'utilisation. Enfin la communication avec le PC se fait par une liaison série avec l'intermédiaire d'un circuit intégré convertisseur de niveau devenu bien classique: le MAX232.

Réalisation pratique

Circuit imprimé,

l'implantation des composants

Elle ne pose pas de diffficulté particulière, si ce n'est le soin que l'on doit apporter à la réalisation du cicuit imprimé, support PLCC oblige. On passera à en commençant par les quelques ponts de câblage, les résistances et en continuant ainsi avec les composants plus épais. On finira par le connecteur SUBD9 et la fixation de la plaque d'essai avec son double face autocollant. l'implantation des composants Attention à l'orientation des réseaux, des supports de circuit ainsi que des circuits intégrés eux-mêmes. On fera en particulier attention au support PLCC du 68HC11 : la petite flèche de repère qui indique la patte 1 pointera vers la partie "supérieure" de la platine. Le 68HC11 possède un point de repère correspondant également à sa patte 1. Si vous avez un doute, reportez-vous à la photo du circuit. Les connecteurs des ports d'entrée-sortie pourront être réalisés avec de la barrette femelle sécable type HE-14, la connexion à la plaque d'essai se faisant alors par du fil PTT par exemple. La zone pastillée cuivrée est reliée à l'alimentation, mais si on préfère travailler avec la plaque d'expérimentation, il faudra bien sûr la relier aux lignes de l'alimentation: deux pastilles à proximité permettent la connexion à l'aide de fils monobrin. Une dernière vérification à la loupe des soudures est comme toujours conseillée avant la mise sous tension du montage .