【文章內(nèi)容簡介】 家?guī)?、全芯片仿真、可視化參?shù)顯示工具、項(xiàng)目管理器、C 交叉編譯器、匯編器、連接器及調(diào)試器等。在 CodeWarrior 軟件中可以使用匯編語言或 C 語言，以及兩種語言的混合模式。 使用芯片介紹MC9S12DG128 芯片是全國智能汽車競賽組委會指定各參賽隊(duì)伍使用的Freescale HCS12 系列中的一款芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由單片機(jī)基本部分和 CAN功能塊部分組成，基本結(jié)構(gòu)包括：中央處理器單元 HCS12（CPU）、2 個異步串行通信口 SCI、2 個同步串行通信口 SPI、8 通道輸入捕捉/輸出比較定時器、1個 8 通道脈寬調(diào)制模塊以及 49 個獨(dú)立數(shù)字 I/O 口（其中 20 個具有外部中斷及喚醒功能），在片內(nèi)還擁有 128KB 的 Flash ROM 、8KB 的 RAM 和 2KB 的EEPROM。CAN 功能塊包括兩個兼容 ，這些豐富的內(nèi)部資源和外部接口資源可以滿足 ECU 對各種數(shù)據(jù)的處理、CAN 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收要求，芯片集成了兩個 msCAN12 模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)高低速 CAN 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)功能。大賽組委會所提供了 MC9S12DG128 開發(fā)板，微控制器 MC9S12DG128[16]可以工作在單片方式，也可以通過總線擴(kuò)展存儲空間和增加 I/O 接口電路芯片，工西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11作在擴(kuò)展方式。地址總線 20 位，數(shù)據(jù)總線 16 位或 8 位，地址和數(shù)據(jù)總線占用3 個 8 位并行 I/O 接口，在單片方式下這 24 位可做普通 I/O 接口用。MC9S12DG128 有兩個 8 路 10 位精度 A/D 轉(zhuǎn)換器。MC9S12DG128 的脈寬調(diào)制模塊（PWM）可設(shè)置成 4 路 8 位或者 2 路 16 位，邏輯時鐘選擇頻率。MC9S12DG128 的串行接口有以下 3 種。①兩個異步串行通信接口模塊 SCI；②一個 I2C 總線接口；③一個同步串行外設(shè)接口 SPI。MC9S12DG128 有 2 個具有位輸入信號沿產(chǎn)生中斷、喚醒 CPU 功能的 8 位并行口，即 16 個位輸入通道，這 16 位也可以設(shè)為輸出。 S12 CPU128KB FLASH2 個 8 路 10 位 ADC增強(qiáng)型 8 路 16 位定時器8 位 8 路/16 位 4 路 PWM2 個 SCI 口3 個 SPI 口I2CJ1850 通信口最多 5 個增強(qiáng)型 CAN 總線接口5N 變 電壓調(diào)整器12KB RAM4KB EEPROM16 位鍵盤喚醒 IRQ I/O 口圖 3—8 MC9S12DG128B 單片機(jī)結(jié)構(gòu)組成 最小系統(tǒng)介紹以 MC9S12DG128 芯片為核心的最小系統(tǒng)主要包括以下幾部分：時鐘電路、BDM 接口、供電電路、復(fù)位電路和調(diào)試用 LED 燈。各部分的功能分別如下.（1）時鐘電路時鐘電路為單片機(jī)提供一個外接的 16HZ 的石英晶振。標(biāo)準(zhǔn)的 MC9S12DG128單片機(jī)的時鐘電路，通過把一個 16HZ 的外部晶振接到單片機(jī)的外部晶振輸入接西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12口 EXTAL 和 XTAL 上，讓后利用 MC9S12DG128 內(nèi)部的壓控振蕩器(VCO)和鎖相環(huán)(PLL)把這個頻率提高到 25HZ，使之作為單片機(jī)工作的內(nèi)部總線時鐘。（2）串行口的 RS232 驅(qū)動電路串口的 RS232 驅(qū)動電路可以實(shí)現(xiàn) TTL 電平與 RS232 之間的轉(zhuǎn)換。RS232電平轉(zhuǎn)換芯片可以實(shí)現(xiàn) TTL 電平與 RS232 電平之間的轉(zhuǎn)換，然后再通過 9 芯片串口與 PC 進(jìn)行串口通信。（3）BDM 接口BDM 接口允許用戶通過該接口向單片機(jī)下載和調(diào)試程序。BDM 接口是連接BDM 調(diào)試工具的，其中 BDMIN 接口是接 BDM 調(diào)試工具，向 MC9S12 單片機(jī)下載程序使用的。BDMOUT 接口是當(dāng)開發(fā)上的應(yīng)用程序?yàn)?BDM 調(diào)試器程序時，此接口可以用做 BDM 調(diào)試器的輸出口。（4）電源電路HCS12 單片機(jī)的芯片內(nèi)部使用 3V 電壓，而 I/O 端口和外部供電電壓為 5V。通常需要采用濾波電路改善系統(tǒng)的電磁兼容性，降低系統(tǒng)對電源的高頻干擾。(5)復(fù)位電路復(fù)位電路是通過一個復(fù)位芯片給單片機(jī)一個復(fù)位信號。復(fù)位電路的作用是產(chǎn)生一個低電壓信號給 MC9S12DG128 的 RESET 端，使系統(tǒng)上電啟動。通常使用低電壓復(fù)位芯片 MC34064，使上電復(fù)位更加可靠。在系統(tǒng)目標(biāo)板上通常添加一個手動復(fù)位按鈕，方便調(diào)試。（6）調(diào)試用 LED 燈調(diào)試用 LED 燈和單片機(jī)的 PORTB 口相連，供程序調(diào)試使用。 功能模塊介紹PWM（Pulse Width Modulate）模塊：PWM 調(diào)制波有 8 個輸出通道，每個通道都可以獨(dú)立的進(jìn)行輸出。每個輸出通道都有一個精確的計(jì)數(shù)器、一個周期控制寄存器和兩個可供選擇的時鐘源。每個 PWM 輸出通道都能調(diào)制出占空比從0—100%變化的波形。P WM 脈寬調(diào)制波是一種可用程序來控制波形占空比、周期、相位的波形。它在電機(jī)驅(qū)動、D/A 變換等場合有著廣泛的應(yīng)用。在要求精度不高的情況下，PWM 波可以用作 D/A 轉(zhuǎn)換，最簡單的方法就是在 PWM 輸出口加入西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13一個低通濾波，可以將 PWM 波轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量。本次大獎賽使用的電機(jī)驅(qū)動芯片為 MC33886，其輸入信號即為一路 PWM 信號。MC33886 根據(jù) PWM 信號的周期和占空比來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和速度。大獎賽中使用的舵機(jī)也是用 PWM 來控制的。PWM 信號的周期大于某一閾值后可驅(qū)動舵機(jī)工作，保持周期、調(diào)節(jié) PWM 的占空比即可調(diào)節(jié)舵機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。在沒有電機(jī)、舵機(jī)的具體參數(shù)的情況下，可寫一個可調(diào)周期、占空比的 PWM 輸出程序進(jìn)行測試。 A/D（Analog/Digital）模塊：A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部可分為三個部分：IP 總線接口、轉(zhuǎn)換模式控制/寄存器列表、自定義模擬量。IP 總線接口負(fù)責(zé)該模塊與總線的連接，實(shí)現(xiàn) A/D 模塊和通用 I/O 的目的。轉(zhuǎn)換模式控制寄存器列表中有控制該模塊的所有的寄存器。自定義模擬量負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。為了與外部信號同步進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，A/D 有一個外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換通道，用戶可以選擇觸發(fā)方式（沿觸發(fā)、電平觸發(fā)）。 開發(fā)軟件介紹在程序的開發(fā)過程中使用的是 for HCS12 軟件。該軟件包括集成開發(fā)環(huán)境 IDE，處理器專家?guī)臁⑷酒抡?、可視化參?shù)顯示工具、項(xiàng)目管理器、C 交叉編譯器、匯編器、連接器及調(diào)試器等。在 CodeWarrior 軟件中可以使用匯編語言或 C 語言，以及兩種語言的混合模式。Corewarrior IDE 是 Metrowerks 為其 DSP 和微處理芯片所推出的專用可視化集成開發(fā)環(huán)境，功能強(qiáng)大，除了能編譯代碼外還具有芯片仿真等功能。用以一個在調(diào)試 LED 燈過程中的實(shí)例來說明使用 Corewarrior IDE 開發(fā)的全過程。安裝好 CodeWarrior 后，在 PC 操作系統(tǒng)下執(zhí)行“開始/程序/Metrowerk CodeWarriors CW12V20/CodeWarriorIDE”命令。得到 CodeWarrior 集成開發(fā)環(huán)境的窗口。：打開 Corewarrior IDE，執(zhí)行 File|New 命令，進(jìn)入如圖 31所示復(fù)選框。進(jìn)入單片機(jī)系列庫，選擇 HC12/S12 單片機(jī)系列庫中的 MC9S12DG128B 單片機(jī)。西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14圖 31 進(jìn)入單片機(jī)系列庫連續(xù)點(diǎn)擊“下一步” 按照向?qū)J(rèn)的選項(xiàng)設(shè)置完后，直到進(jìn)入如圖 32 所示復(fù)選框。圖 32 新建工程復(fù)選框然后在右邊Project name和Location處分別填寫工程名稱如“LEDDebug和存西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15儲路徑后點(diǎn)擊【確定】，新工程建立。 ：在向?qū)У牡?步中選擇相應(yīng)的單片機(jī)（MC9S12DG128B）后，就可以按照向?qū)J(rèn)的選項(xiàng)，直到設(shè)置完成出現(xiàn)圖33所示界面。圖 33 新建工程結(jié)束由311可見位于左邊的工程項(xiàng)目管理器中已經(jīng)包含了一些文件，這些文件是開發(fā)環(huán)境自動生成的，下面講述其中主要文件的用途。 。 ，用戶自定義的頭文件（.h文件）也要放在該文件夾下面。 Startup ，其作用是初始化硬件系統(tǒng)和建立C 語言程序運(yùn)行環(huán)境。 ，其定義了編譯和下載的信息。主要用來設(shè)置程序下載的地址和安裝中斷向量。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16Libraries 文件夾中包含了所選芯片的頭文件 等相關(guān)文件，同時也可以根據(jù)該頭文件方便地對單片機(jī)進(jìn)行操作。 雙擊工程項(xiàng)目管理器 Sources 文件夾中的源文件 ，主函數(shù)代碼就添加在該文件里，如圖 34 所示添加了 LED 測試代碼。圖34 向主函數(shù)中添加代碼 ，其中最常用的屬EnableInterrupts和DisableInterrupts，分別用來允許所有中斷和禁止所有中斷。而pragma LINK_INFO DERIVATIVE mc9s12dg128b是鏈接信息，對代碼而言，這句話可以不要。 添加完代碼之后就可以對代碼進(jìn)行編譯，執(zhí)行 Project|Make 命令（或者按F7），就可以完成編譯過程，同時編譯環(huán)境會在相應(yīng)工程目錄下的 bin 文件夾 文件，該文件可以通過串口或 BDM 下載到單片機(jī)中運(yùn)行。西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17 BDM 調(diào)試器的使用 Hiwave 初始參數(shù)設(shè)置，雙擊它即可打開調(diào)試軟件。如圖35所示。 圖 35 程序啟動界面 BDM for S12(TBDML)的驅(qū)動程序。將 BDM 調(diào)試器與計(jì)算機(jī)相連，此時系統(tǒng)會提示安裝相應(yīng)的驅(qū)動程序，選擇配套光盤目錄下 2TBDML DLL Driver 文件夾下的 bin_tbdml_win_driver_11 文件夾即可完成驅(qū)動的安裝。在右下角命令窗口中輸入 set gdi 命令，同樣要添加光盤 2TBDML DLL Driver 文件夾下的 bin_tbdml_gdi_dll_11 文件，添加完確認(rèn)后會提示設(shè)置相關(guān)參數(shù)，如圖 36 所以應(yīng)將晶振頻率設(shè)置為 （M）。然后選擇 OK，設(shè)置完成該項(xiàng)參數(shù)。 BDM 接口標(biāo)準(zhǔn)，如圖 37 所示， 程序的【Component】菜單中【Set Target… 】選項(xiàng) .西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18圖 36 Hiwave 調(diào)試環(huán)境設(shè)置圖 37Hiwave 選擇 BDM 接口標(biāo)準(zhǔn)西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19 S12 單片機(jī)型號。將 BDM 與單片機(jī)連接，回車確認(rèn)后有提示選擇相應(yīng)型號的單片機(jī)，在此選擇 MC9S12DG128B，單擊[OK].也可以通過單擊【TBDML HCS12】菜單的【Select Derivative】實(shí)現(xiàn)。如圖 38 所示。至此完成了所有基本參數(shù)的設(shè)置.圖 38 選擇目標(biāo)板單片機(jī)型號 程序下載BDM 連接成功之后，就可以向單片機(jī)下載程序了。下載程序之前必須通過Hiwave 對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，否則會使 Flash 擦除不成功，甚至導(dǎo)致 Flash 保護(hù)等錯誤。復(fù)位可以通過選擇 TBDML HCS12|Reset 菜單命令或者單擊工具欄的快捷圖標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。復(fù)位后單片機(jī)程序停止運(yùn)行，選擇 TBDML HCS12 菜單中Flash…命令打開如圖 39 所示內(nèi)存擦寫窗口，先選中后三行內(nèi)存進(jìn)行擦除（Erase ），擦除之后下載（Load）新程序即可。單擊 Make 后如無錯誤，可單擊 Debug，出現(xiàn)對話框單擊 OK 進(jìn)行下載，出現(xiàn)如圖 310 和圖 39 所示，下載成功。西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20圖 39 程序擦寫窗口 圖 310 Debug 操作執(zhí)行成功 圖 311 Unsecure 操作執(zhí)行成功西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21 程序調(diào)試Hiwave 具有豐富的調(diào)試功能，在本車的調(diào)試過程中配合電視機(jī)的使用幾乎不需要使用別的上位機(jī)軟件?，F(xiàn)對其各窗口功能作簡單介紹如下。 Source：查看所下載的代碼，并具有設(shè)置斷點(diǎn)，單步調(diào)試等功能。二者相互結(jié)合能很快的找出程序里的BUG。 Data1：顯示程序中的靜態(tài)變量。在對攝像頭的調(diào)試中，能查看所有采集點(diǎn)的對應(yīng)數(shù)值，從而找出對應(yīng)的黑線位置。 Assembly：顯示匯編代碼。 Registers：顯示當(dāng)前寄存器的值。 Memory：顯示內(nèi)存數(shù)值。 Command：命令行，具體的命令可以鍵入 help 查看。西安工程大學(xué)本科畢