【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （6）低功耗也許Freescale系列的單片機(jī)具有全靜態(tài)的“等待”和“停止”兩種模式，從總體上降低了功耗。（7）多種引腳數(shù)和封裝選擇 可以說(shuō)Freescale系列單片機(jī)具有的MCU種類(lèi)是最多的了，有些MCU本身就有幾種不同的引腳數(shù)和封裝形式，這樣就可以滿足用戶的各種需求。 Freescale單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖Freescale 系列中都包含了一個(gè)MCU（微控制器），它的基本含義是：在一塊芯片上集成了中央處理器、存儲(chǔ)器（RAM/ROM等）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及多種輸入/輸出接口的比較完整的數(shù)字處理系統(tǒng)。 Freescale HCS12系列單片機(jī)Freescale公司的HCS12系列MCU型號(hào)有很多種，其工作電壓一般為5V，時(shí)鐘頻率最高可達(dá)25MHz。在這些不同型號(hào)的MCU中，資源各有不同，即使是同一種型號(hào)的MCU，也有多種封裝形式，其中I/O口數(shù)目也不盡相同，MC9S12DG128就有80引腳的QFP、112引腳的LQEF兩種封裝形式。Freescale HCS12系列MCU的型號(hào)數(shù)量龐大，為了方便實(shí)際應(yīng)用選型，需要了解Freescale HCS12系列MCU的命名方法。下面是MC9S12Dx128B為例介紹起基本命名規(guī)則：MC 9 S12 Dx 128B x　　xx E① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧① 為產(chǎn)品狀態(tài)。MC——Fully Qualified，在實(shí)際應(yīng)用中，通常都選用MC類(lèi)型的產(chǎn)品。② 為存儲(chǔ)器類(lèi)型標(biāo)志。無(wú)表示內(nèi)帶ROM或者片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器；7表示片內(nèi)帶有EPROM或者一次可編程ROM；8表示片內(nèi)帶EPROM；9表示片內(nèi)帶flash EPROM。③ 為CPU標(biāo)志。HCS12表示其中央處理器使用CPU12核。④ 為系列標(biāo)志。Dx表示為D系列產(chǎn)品。⑤ 為存儲(chǔ)空間的大小及版本。256為FLASH版本，表示256KB的FLASH存儲(chǔ)空間。⑥ 為工作溫度范圍標(biāo)志?！盁o(wú)”表示商用溫度范圍0~70℃；C表示40~85℃；V表示40~105℃；M表示40~125℃。⑦ 為封裝標(biāo)志位。它表示芯片的封裝形式：FU表示80引腳的QEP封裝，PV表示112引腳的LQFP封裝。⑧ 為無(wú)鉛組裝標(biāo)志。E表示芯片生產(chǎn)過(guò)程無(wú)鉛化，是綠色電子組裝技術(shù)的發(fā)展方向。第四章 硬件設(shè)計(jì) 整體電路設(shè)計(jì)結(jié)晶器振動(dòng)控制系統(tǒng)主要可分為6大部分：數(shù)字量輸入/輸出模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、閥芯反饋拉速、D/A轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、CAN總線模塊。本次設(shè)計(jì)四人主要負(fù)責(zé)D/A轉(zhuǎn)換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、PID控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和CAN總線模塊。本文主要討論A/D轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)和調(diào)試，其它部分有其他同學(xué)分工完成。 總體設(shè)計(jì)框圖 A/D采集模塊原理圖A/D轉(zhuǎn)換模塊主要完成位移數(shù)據(jù)的采集功能，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的整理運(yùn)算。硬件選擇MC9SDG128型單片機(jī)，AD7367作為AD轉(zhuǎn)換芯片。傳感器發(fā)出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為0~10V電壓信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器件AD7367接收此電壓信號(hào)（本設(shè)計(jì)中由于設(shè)備的原因，采用模擬的電壓信號(hào)作為輸入信號(hào)），轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量在Freescale HCS12系列單片機(jī)HC9S12DG128進(jìn)行處理后，重新變?yōu)槲灰屏?，并通過(guò)串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)顯示所接收到的位移量。為了實(shí)現(xiàn)這些功能。 MC9S12DG128單片機(jī)簡(jiǎn)介MC9S12DG128微控制器采用增強(qiáng)型16位S12CPU，片內(nèi)總線時(shí)鐘頻率最高可達(dá)25MHZ；片內(nèi)資源包括8KB RAM、128KB FLASH、2KB EEPROM；SCI、SPI、PWM串行接口模塊；PWM模塊可設(shè)置成4路8位或2路16位，可寬范圍選擇邏輯時(shí)鐘頻率；它還提供2個(gè)8路10位精度A/D轉(zhuǎn)換器、控制器局域網(wǎng)模塊CAN和增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器，并支持背景調(diào)試模式（BDM）。具體S12微控制器特點(diǎn)如下：*S12的核心：—16位S12CPU：20位ALU，指令隊(duì)列，增強(qiáng)型索引地址；—多種外部總線接口（MEBI）；—模塊映射控制機(jī)制（MMC）；—斷點(diǎn)（BKP）；—背景調(diào)試模塊（BDM）。*CRG時(shí)鐘和復(fù)位發(fā)生器：—鎖相環(huán)（PLL）；—看門(mén)狗（COP watchdog）；—實(shí)時(shí)中斷（RTI）；—時(shí)鐘監(jiān)視器（CM）。*帶中斷功能的8位和4位端口：—可編程的上升沿或下降沿觸發(fā)。*存儲(chǔ)器：—128KB FLASH；—2KB EEPROM；—8KB RAM。*2個(gè)8通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換器：—10位精度；—外部觸發(fā)轉(zhuǎn)變功能。*3個(gè)1Mbps的CAN總線模塊，：—5個(gè)接收緩沖器，3個(gè)發(fā)送緩沖器；—4個(gè)獨(dú)立的中斷通道，分別是發(fā)送中斷、接收中斷、錯(cuò)誤中斷和喚醒中斷；—低通濾波器喚醒功能。*增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器：—16位計(jì)數(shù)器，7位預(yù)分頻功能；—8個(gè)可編程輸入捕捉或輸出比較通道；—4個(gè)8位或2個(gè)16位脈沖累加器。*8個(gè)PWM通道：—每個(gè)通道的周期和占空比由程序決定；—8位8通道或16位4通道；—各通道獨(dú)立控制；—脈沖在周期內(nèi)中心對(duì)稱(chēng)或左對(duì)齊輸出；—可編程時(shí)鐘選擇邏輯；—緊急事件關(guān)斷輸入；—可作為中斷輸入。*串行口：—2個(gè)異步串行通信接口（SCI）；—2個(gè)同步串行設(shè)備接口（SPI0；—Byteflight模塊。*I2C總線：—兼容I2C總線標(biāo)準(zhǔn)；—多主I2C總線模塊。*LQFP—112和QFP—80封裝選擇：—5V輸入和帶驅(qū)動(dòng)能力I/O；—5VA/D轉(zhuǎn)換器輸入；—50MHZ系統(tǒng)頻率；—單線背景調(diào)試模塊；—片上硬件斷點(diǎn)。 MC9S12DG128單片機(jī)的封裝結(jié)構(gòu)和引腳功能MC9S12DG128 MCU具有兩種封裝形式，分別是80引腳和112引腳，本文給出112引腳，如圖： MC9SDG128引腳圖可以把全部引腳分為I/O引腳及MCU最小系統(tǒng)支撐引腳兩大類(lèi)：（1）I/O口引腳:模擬量輸入：ATD1引腳號(hào)為670、777780、82作為第一功能時(shí)普通輸入口，第二功能是ADT1輸入引腳，第三功能82引腳是ADT1外部觸發(fā)輸入引腳；ATD0引腳號(hào)為667777781作為第一功能也是普通的輸入口，第二功能是ADT0輸入引腳，第三功能81引腳是ADT0外部觸發(fā)輸入引腳。A口：引腳號(hào)57~64，作為第二功能，寬總線模式下，多路復(fù)用外部地址和數(shù)據(jù)。B口：引腳號(hào)24~31，作為第二功能，寬總線模式下，多路復(fù)用外部地址和數(shù)據(jù)。E口：36號(hào)引腳，作為第二功能，總線模式下當(dāng)前總線是否處于空閑周期，作為第三功能，晶振選擇；338號(hào)引腳，作為第二功能，MCU工作模式的選擇，作為第三功能，指令隊(duì)列跟蹤信號(hào)引腳，并且內(nèi)部下拉；39號(hào)引腳，作為第二功能，非正常單片模式，內(nèi)總線時(shí)鐘外部鏈接引腳；53號(hào)引腳，作為第二功能，低字節(jié)選通，作為第三功能，的引腳；54號(hào)引腳，作為第二功能，外部讀寫(xiě)功能引腳且內(nèi)部上拉；556號(hào)引腳，作為第二功能，外部中斷輸入引腳且內(nèi)部上拉。H口：引腳號(hào)32~35，作為第三功能，中斷輸入引腳；引腳號(hào)49~52，作為第二功能，串行外圍接口（SPI1），作為第三功能，中斷輸入引腳。J口：999號(hào)引腳，作為第二功能，CAN4的發(fā)送數(shù)據(jù)的輸出引腳；作為第三功能，I2C模塊的串行時(shí)鐘引腳；222號(hào)引腳，作為第二功能，KWJKWJ0；作為第三功能，PJPJ0。K口：108號(hào)引腳，作為第二功能，仿真芯片選擇輸出引腳；作為第三功能，決定MISC寄存器的ROMON位值且內(nèi)部上拉；15~8號(hào)引腳，作為第二功能，總線模式下外部總線擴(kuò)展地址且內(nèi)部上拉。M口：888號(hào)引腳，作為第二功能，Byteflight；100、101號(hào)引腳，作為第二功能，Byteflight；作為第三功能，SPI0；102~105號(hào)引腳，作為CAN/BDLC。P口：109~112號(hào)引腳，作為第二功能，中斷輸入引腳；作為第三功能，PWM模塊；1~4號(hào)引腳，作為第二功能，中斷輸入引腳；作為第三功能，PWM模塊且作為SPI1。S口：93~96號(hào)引腳，作為第二功能，SPI0；89~92號(hào)引腳，作為第二功能，SCI。 T口：15~19~12號(hào)引腳，作為第二功能，定時(shí)器模塊。（2） MCU最小系統(tǒng)支撐引腳電源：VDDX、VSSX分別是10106號(hào)引腳作為I/O的外部電源。 VDDR、VSSR分別是440號(hào)引腳作為I/O和內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)模塊的外部電源。 VDDVSSVDDVSS2分別是11666號(hào)引腳作為MCU的電源。 VDDA、VSSA分別是886號(hào)引腳作為電壓調(diào)節(jié)及內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換的電源。 VRH、VRL分別是885號(hào)引腳作為A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓端。 VDDPLL、VSSPLL分別是445號(hào)引腳作為PLL的電源供給端。 VREGEN是97號(hào)引腳作為片內(nèi)電壓調(diào)節(jié)模塊的使能端?？刂疲? RESET是42號(hào)引腳作為復(fù)位引腳（有內(nèi)部上拉）。 BKGD/MODC/是23號(hào)引腳作為背景調(diào)試（有內(nèi)部上拉）。其他： XFC是44號(hào)引腳作為PLL的外部濾波電容連接引腳。 EXTAL、XTAL分別是447號(hào)引腳作為片內(nèi)振蕩器引腳。 MC9S12DG128 MCU最小系統(tǒng)MCU最小系統(tǒng)是指可使內(nèi)部程序運(yùn)行所需要的外圍電路。DG128芯片的最小系統(tǒng)包括電源電路、PLL電路、復(fù)位電路、晶振電路、BDM調(diào)試接口電路等，具體介紹如下：（1）電源電路HCS12MCU的芯片內(nèi)部使用3V電壓，I/O端口和外部供電電壓為5V。，電源電路部分的Cd和Cs構(gòu)成濾波電路，可以改善系統(tǒng)的電磁兼容性，降低電源波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響，增強(qiáng)電路工作穩(wěn)定性。另外，為標(biāo)識(shí)系統(tǒng)通電與否，可以增加一個(gè)電源指示燈。(2)PLL電路片內(nèi)的PLL電路兼有頻率放大和信號(hào)提純的功能，因此，系統(tǒng)可以以較低的外部時(shí)鐘信號(hào)獲得較高的工作頻率，以降低因高速開(kāi)關(guān)時(shí)鐘所造成的高頻噪聲。 PLL電路在圖所示的PLL電路中，；CC2和R5的取值與晶振、REFDV寄存器和SYNR寄存器有關(guān)。MCU系統(tǒng)時(shí)鐘電路和電源電路在布PCB板時(shí)，要按照以下規(guī)則布線，才能使系統(tǒng)的電磁兼容性得到保證：。用地線將時(shí)鐘區(qū)圈起來(lái)，時(shí)鐘線要盡量短。，每個(gè)電源端和接地端都要接一個(gè)去耦電容，去耦電容要盡可能靠近MCU。（3）復(fù)位電路HCS12系列MCU在響應(yīng)各種外部或偵測(cè)到的內(nèi)部系統(tǒng)故障時(shí)可進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)MCU檢測(cè)到需要復(fù)位時(shí)，它將寄存器和控制位設(shè)置成已知的起始默認(rèn)值。系統(tǒng)復(fù)位的用途時(shí)錯(cuò)誤復(fù)位，即當(dāng)MCU檢測(cè)到內(nèi)部故障時(shí)，它嘗試回到一個(gè)已知的、明確的狀態(tài)而從故障中恢復(fù)。具體電路圖如下： （4）晶振電路晶體振蕩器分為無(wú)源晶振和有源晶振兩種類(lèi)型。需要外接電源的晶振稱(chēng)為有源晶振。相反無(wú)需外接電源的稱(chēng)為無(wú)源晶振。本設(shè)計(jì)用無(wú)源晶振，引腳XTAL和EXTAL分別接該單片機(jī)的輸入端和輸出端。這個(gè)單片機(jī)與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容CC10接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容CC10雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF10pF。（5）BDM接口電路 BDM接口電路背景調(diào)試模式BDM（Background Ddbug Mode）是由Freescale半導(dǎo)體公司自定義的偏上調(diào)試規(guī)范。BDM調(diào)試方式為開(kāi)發(fā)人員提供了基層的調(diào)試手段。開(kāi)發(fā)人員可通過(guò)它初次向目標(biāo)板下載程序，同時(shí)也可通過(guò)BDM調(diào)試器對(duì)目標(biāo)板MCU的Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行寫(xiě)入、擦除等操作。用戶也可通過(guò)它進(jìn)行應(yīng)用程序的下載和在線更新，在線動(dòng)態(tài)調(diào)試和編程，讀取CPU各個(gè)存儲(chǔ)器的內(nèi)容，MCU內(nèi)部資源的配置與修復(fù)，程序的加密處理等操作。而這些僅需要向CPU發(fā)送幾個(gè)簡(jiǎn)單的指令就可以實(shí)現(xiàn)，從而使調(diào)試軟件的編寫(xiě)變的非常簡(jiǎn)單。BDM硬件調(diào)試的插頭制作的設(shè)計(jì)也非常的簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是滿足通信時(shí)序關(guān)系和電平轉(zhuǎn)換的要求。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器件AD7367AD7367是一款雙極性、14bit、高速、低功耗、逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣速率高達(dá) 1 MSPS。它采用 ADI公司的工業(yè) CMOS工藝 ——iCMOS制作，iCMOS工藝結(jié)合了低電壓與高電壓 CMOS、雙極性以及高電壓 DMOS 工藝的優(yōu)勢(shì)，該工藝允許 AD7367接收高電壓雙極性信號(hào)，而且降低功耗與封裝尺寸。AD7367內(nèi)部功能圖如圖48所示，它包括兩個(gè) ADC，每個(gè) ADC的前面都有一個(gè)雙通道多路復(fù)用器，以及一個(gè)低噪聲、寬帶、跟蹤與保持放大器，可以處理超過(guò) 10 MHz的輸入頻率。AD7367內(nèi)置 V基準(zhǔn)電壓源，但是可使用外部基準(zhǔn)電壓。如表 ，AD7367可以接收177。10 V、177。5 V以及 0 10 V范圍的真雙極性模擬輸入信號(hào)。 AD7367內(nèi)部功能圖AD7367通過(guò) SPI串行通訊方式與 D