【正文】 微控制器實驗開發(fā)系統(tǒng)項目設(shè)計方案第一章 微控制器S08AW60教學(xué)實驗系統(tǒng)1 實驗開發(fā)系統(tǒng)簡介微控制器實驗開發(fā)系統(tǒng)充分利用了微控制器的片上資源，為開發(fā)者提供了一套簡便、友好的微控制器實驗開發(fā)系統(tǒng)，本實驗系統(tǒng)支持在線實時調(diào)試，與基于仿真器的傳統(tǒng)微控制器開發(fā)方法有本質(zhì)不同。該系統(tǒng)采用“核心子板+母板”的設(shè)計形式，如圖1所示：把與微控制器直接相關(guān)的外圍電路設(shè)計成一塊單獨的子板使其成為基本系統(tǒng)，并將必要的引腳用歐式插座引出來；母板部分則擴(kuò)充了各種外圍電路，并通過歐式插座和子板連接。與把所有電路都做在一塊板子上的設(shè)計方案相比，子、母板的設(shè)計方案兼容性更好：只需更換子板而無需更改母板，便可實現(xiàn)多種微控制器的開發(fā)，具有更好的適應(yīng)性。同時，可以簡便地利用該系統(tǒng)來對芯片的各個外設(shè)模塊進(jìn)行一些實驗和測試。系統(tǒng)提供了良好的軟件和硬件模塊接口，可以直觀地從母板上觀察程序運行的結(jié)果，也可以從 PC機(jī)查詢微控制器當(dāng)前的狀態(tài)。該實驗系統(tǒng)適合高校微控制器教學(xué)，同樣也能給開發(fā)人員評估微控制器性能提供便利。圖1 實驗開發(fā)系統(tǒng)外觀2實驗開發(fā)系統(tǒng)特點微控制器實驗開發(fā)系統(tǒng)，不僅支持MC9S08GB\AW60基本系統(tǒng)（核心子板），也支持MC68HC908GP3 2基本系統(tǒng)（子板）以及其他一些 HC0S08 系列微控制器基本系統(tǒng)，也可用于 S12 等 16 位微控制器。該系統(tǒng)的特點是：(1) 該系統(tǒng)有“監(jiān)控程序”和“BDM”兩種開發(fā)方式；采用不同的核心子板時的調(diào)試方法也不盡相同。“監(jiān)控程序”開發(fā)方式采用RS232C串口與計算機(jī)相連（又稱仿真終端）；“BDM”開發(fā)方式（又稱后臺調(diào)試）采用USB接口與計算機(jī)相連。 (2) 監(jiān)控程序或者 BDM 方式均可以提供給各種基本的MCU開發(fā)和調(diào)試功能，包括程序的下載和運行、匯編和反匯編、斷點設(shè)置、單步執(zhí)行、內(nèi)存顯示修改等等。系列MCU核心子板與 HC08MCU系列核心子板最大的區(qū)別在于 S08 的核心子板具有 BDM（又稱后臺調(diào)試方式）接口，而 HC08 的核心子板則沒有只能采用“監(jiān)控程序”開發(fā)一種方式。S08系列MCU核心子板可以采用“監(jiān)控程序”和“BDM”有兩種開發(fā)方式。(3) 利用S08 系列微控制器的在線編程技術(shù)，可以實現(xiàn)對程序的在線寫入和對 Flash 存儲內(nèi)容的隨時修改，可以實現(xiàn)對自編程序的100%在線實時仿真與監(jiān)測。(4) 母板提供了基本的外圍功能模塊，可輔助完成對并行 I/O 口、鍵盤和外部中斷、A/D、SPI 等模塊的實驗和測試。3 S08 實驗開發(fā)系統(tǒng)(1) 核心子板（可選用 S08 或HC08系列微控制器的基本系統(tǒng)子板，如 MC9S08AW60或MC68HC908GP32核心子板）。(2) 應(yīng)用系統(tǒng)母板。(3) 5V 直流電源。(4) RS232 串口電纜。(5) PC 機(jī)終端串口調(diào)試、核心子板和母板原理圖（部分）。如圖2所示。圖2 S08實驗開發(fā)系統(tǒng)電路圖4 S08實驗開發(fā)系統(tǒng)與PC的連接S08實驗開發(fā)系統(tǒng)與PC的連接，如圖3所示。 該系統(tǒng)采用RS232串行總線與PC機(jī)通信，不需要安裝任何驅(qū)動程序。只需將核心子板扣在母板指定位置上，并配置好S08基本系統(tǒng)核心子板，再將其與電源和PC機(jī)簡單地連接起來便可使用。圖3 S08實驗開發(fā)系統(tǒng)與PC的連接示意圖S08實驗開發(fā)系統(tǒng)如采用BDM的調(diào)試方式，必須通過USB接口與計算機(jī)相連。通常需要安裝驅(qū)動程序，可用于調(diào)試較復(fù)雜的程序。用專用的編程接口下載用戶程序到目標(biāo)系統(tǒng)。詳見本書第十章。5 S08 實驗系統(tǒng)說明S08 實驗開發(fā)系統(tǒng)的硬件部分由核心子板與母板組成。核心子板包括了 MCU 正常工作的基本系統(tǒng)，包括 MCU 及其復(fù)位電路、時鐘電路、RS232 串行口電路等幾個部分。對于不同的 MCU 基本系統(tǒng)，功能略有不同。母板上提供了多個基本外圍硬件電路，包括：(1) 電源輸入與核心子板的接口定義。(2) 8位數(shù)字量輸入、輸出電路。(3) A/D模擬電平產(chǎn)生電路。(4) 數(shù)碼管顯示電路。(5) 鍵盤和 IRQ 中斷信號產(chǎn)生電路。(6) SPI 輸入、輸出電路。在學(xué)習(xí)了各外圍硬件電路的原理以后，應(yīng)用導(dǎo)線將這些外圍電路和微控制器相應(yīng)的 I/O口連接，便可以完成各種實驗。母板上提供了許多單孔插座（下文稱之為“導(dǎo)線接插點”）以方便導(dǎo)線的插拔，如圖4所示。圖4 母板上S08AW的單孔插座需要特別說明的是，在母板上提供了 MCU 接口插座模塊，其信號定義與 S08AWMCU 的端口定義一一對應(yīng)，并通過兩個歐式插座與核心子板上的 MCU 同名引腳直接相連（除 RESET、TXD、RXD外）。第二章 CodeWarrior認(rèn)識 (實驗 1)1 實驗?zāi)康?1) 學(xué)習(xí)使用Code Warrior建立工程的過程。 (2) 熟悉S08AW匯編語言，掌握S08匯編語言對各存儲器和寄存器的操作。(3) 對S08AW內(nèi)部寄存器和存儲器的結(jié)構(gòu)分布有一個明確的概念。2 實驗任務(wù)(1) 使用Code Warrior 建立工程文件，學(xué)會保存工程項目并能打開修改(2) 編寫匯編語言源程序，在$2000處放存放八位十六進(jìn)制數(shù)$A2，在$2100處存放八位十六進(jìn)制數(shù)$2B，將他們相加后存放于$2200處。(3) 將上一任務(wù)的第二個數(shù)改為$FB，重復(fù)實驗，觀察標(biāo)志寄存器的變化。3 實驗說明Freescale所有系列的微控制器都可以在Code Warrior IDE下進(jìn)行軟件開發(fā)。CodeWarrior是Metrowerk公司開發(fā)的軟件集成開發(fā)環(huán)境（簡稱IDE）。CodeWarrior IDE可以在不同的操作系統(tǒng)（包括Windows，Macintosh和Linux）下使用，而且在這些操作系統(tǒng)下的界面完全相同。CodeWarrior IDE不僅支持匯編語言，而且支持C、C++和Java高級語言。CodeWarrior IDE支持深入的C語言和匯編語言調(diào)試、啟動/停止、單步、設(shè)置跟蹤觸發(fā)器、校驗/修改存儲器和C變量、結(jié)構(gòu)與陣列、以及全功能的軟件模擬調(diào)試等仿真功能。4 預(yù)習(xí)要求(1) S08AW60的RAM存儲區(qū)從哪開始？到哪結(jié)束？(2) S08AW60的寄存器有哪些？各有什么用途？(3) 標(biāo)志寄存器有幾個有效位？分別代表什么含義？5 實驗步驟(1) 打開Code warrior 并建立工程項目。(2) 向工程項目中寫入程序并命名保存項目，能在再次打開Code warrior的時候找到自己建的項目進(jìn)行修改。(3) 在Full Chip Simulation 連接方式下調(diào)試編譯程序，查看相應(yīng)的Register和Memory。CodeWarrior CodeWarrior可以直接在Freescale 中下載到教育版CodeWarrior，它支持無限制匯編語言和32K的C語言代碼。這里使用的是CodeWarrior 。可以實現(xiàn)對S08系列芯片源程序編輯、編譯及在線仿真的功能， Chip Simulation功能。(1) CodeWarrior 從程序組中看到如圖5所示的界面，點擊Code Warrior IDE即可。圖5 啟動Code Warrior進(jìn)入編譯軟件界面，會出現(xiàn)如圖6 所示畫面，單擊“Create New Project”新建一個工程。圖6 新建工程選中相應(yīng)的CPU芯片，如圖7，圖8所示，這里應(yīng)選擇所對應(yīng)的微控制芯片MC9S08AW60。在右邊方框可選擇Full Chip Simulation(選此項時不能下載程序到微控制器中，只能進(jìn)行軟件仿真，仍可以查看相應(yīng)Register 和 Memory)。點擊下一步。當(dāng)完成基本實驗（實驗1—實驗5）之后，如果有BDM調(diào)試模塊，也可選擇S08 Open Source BDM，選此項可通過BDM下載程序到微控制器中進(jìn)行調(diào)試。 圖7 選擇Full Chip Simulation連接方式圖8 選擇Open Source BDM連接方式選擇編程語言，可以有3種可選擇的開發(fā)語言種類:匯編、C及C++語言。如果程序是用C語言編寫的應(yīng)選擇C， 存放路徑為D:\program\AW60，工程名為led_liushui如圖9所示。如果程序是用匯編語言編寫的應(yīng)選擇Absolute assembly，如圖10所示。 圖9 選擇C語言路徑圖10 選擇匯編語言路徑圖11 為工程填加文件繼續(xù)單擊“下一步”，如圖11所示，此窗口可以將已有的文件如子程序等添加到工程文件夾內(nèi)，選擇不填加時可直接點擊“下一步”。接下來如圖12～14所示，點擊“下一步”按默認(rèn)設(shè)置完成工程的創(chuàng)建。每個界面的正下方或左側(cè)的一段英文是對當(dāng)前選擇項的簡要說明。圖12 快速應(yīng)用開發(fā)選擇界面 圖13 程序模式選擇 圖14 工程完成單擊“完成”后，會出現(xiàn)如圖15所示畫面，在此窗口就可以開發(fā)微控制器程序了。在左邊下方小窗口內(nèi)常用的是Sources文件夾和Includes文件夾等四項。，后面的流水燈實驗程序就放在此文件下，如果是比較大的程序，還可以在Sources文件夾內(nèi)添加其它子程序；Includes文件夾內(nèi)則存放的是頭文件。，；，以及中斷向量號和地址等，可以在編寫程序時通過查詢此文件來方便、準(zhǔn)確地使用寄存器及各功能模塊。，如圖16所示。圖15 CodeWarrior程序開發(fā)界面圖16 C 程序編寫界面在IDE中，對每個創(chuàng)建的目標(biāo)(Target)，項目管理器會負(fù)責(zé)跟蹤文件、庫、鏈接順序、依賴關(guān)系、編譯器、鏈接器和其他設(shè)置的管理。，可以有軟件模擬和硬件仿真兩個目標(biāo)。(2) 軟件仿真Full Chip Simulation 應(yīng)用Codewarrior的軟件仿真Full Chip Simulation功能，可以在無需微控制器硬件的情景下，學(xué)習(xí)Codewarrior和S08微控制器的幾乎全部功能，通常用于初學(xué)者和提高用戶程序設(shè)計效率。這里先通過一個簡單程序（兩個16位無符號數(shù)相加的程序）熟悉軟件仿真的功能，以及如何在Full Chip Simulation的界面下查看MCU的Register和Memory。INCLUDE 39。39。 。頭文件，INCLUDE指定附加源文件XDEF _Startup 。定義一個可用的公共符號ABSENTRY _Startup 。當(dāng)一個絕對文件產(chǎn)生時，指定入口地址 ORG RAMStart 。RAM變量起始地址 ORG ROMStart 。設(shè)置程序的起始地址_Startup: LDHX RAMEnd+1 。初始化堆棧 TXS 。(H:X)$0001→SP CLI 。中斷使能。******************************主程序****************************************main:MOV $23，$70 。將加數(shù)和被加數(shù)放到指定的單元，為加法做準(zhǔn)備。將立即數(shù)。$23，送到地址為$70的單元中 MOV $8F，$71 。將立即數(shù)$23，送到地址為$71的單元中 MOV $56，$72 。將立即數(shù)$7B，送到地址為$72的單元中 MOV $AB，$73 。將立即數(shù)$56，送到地址為$73的單元中 LDA $71 。將$71單元中的內(nèi)容送到累加器A，為進(jìn)行低位字節(jié)的加法做。準(zhǔn)備ADD $73 。累加器A中的內(nèi)容與$73單元中的內(nèi)容相加，結(jié)果保存在累。加器A中，如果有進(jìn)位，進(jìn)位保存在CCR寄存器的C中 STA $75 。將累加器A中的內(nèi)容送到地址為$75的單元中，即將低位運。算的結(jié)果保存到$75的單元中 LDA $70 。將$70單元中的內(nèi)容送到累加器A，為進(jìn)行高位字節(jié)的加法做。準(zhǔn)備 ADC $72 。帶進(jìn)位加法，累加器A中的內(nèi)容與$72單元的內(nèi)容相加，在。低位相加時獲得的進(jìn)位數(shù)放在C中，結(jié)果保存在累加器A中。 STA $74 。將累加器A中的內(nèi)容送到$74單元中，第2字節(jié)相加的結(jié)果送 。 $74單元中，進(jìn)位放在C中，本例進(jìn)位位C=0 BRA * 。程序結(jié)束，暫停 通過前面的認(rèn)識Code Warrior編程環(huán)境打開匯編程序編寫界面，選擇如圖7所示的Full Chip Simulation連接方式及選擇圖10所示的Absolute assembly開發(fā)語言路徑。如圖17所示。圖17 CodeWarrior程序開發(fā)界面把程序?qū)懭肴鐖D18所示圖18 匯編程序編寫界面點擊Compile顯示無錯誤然后點Debug，出現(xiàn)調(diào)試窗口如圖19所示圖19 完全仿真下的調(diào)試窗口可以在Memory里查看相應(yīng)寄存器的值，可以用單步調(diào)試，當(dāng)調(diào)試完前4步也就是MOV $AB，$73這一步完成后看一下相應(yīng)寄存器的值，如圖20所示圖20 完全軟仿真下的調(diào)試窗口可以看到此時寄存器$70$73的值分別為$23，$8F，$56，$，可以看到寄存器$74$75的值為$7A，$3A，正是$238F與$56AB相加結(jié)果，如圖21所示圖21 完全仿真下的調(diào)試窗口第三章 匯編程序設(shè)計 (實驗 2)1 實驗?zāi)康模菏煜08AW實