【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 HCS12 系列單片機(jī)的內(nèi)核及片上資源 在本設(shè)計(jì)中具體用到是 HCS12 系列單片機(jī)中的 MC9S12DG128 單片機(jī)，它是 MC9S12 系列單片機(jī)的一員。下面將對(duì) MC9S12 系列單片機(jī)做詳細(xì)介紹。 MC9S12 系列單片機(jī)采用了高性能的 16 位處理器 HCS12，可提供豐富的指令系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的數(shù)值 運(yùn)算和邏輯運(yùn)算能力；期內(nèi)大容量的 FLASH 存儲(chǔ)器具有在線(xiàn)編程能力， EEPROM 和 RAM 可存儲(chǔ)各種控制參數(shù)。 MC9S12 的低功耗晶振、復(fù)位控制、看門(mén)狗及實(shí)時(shí)中斷等配置和功能更有助于系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。MC9S12 有多個(gè)系列幾十個(gè)品種，而且仍在不斷發(fā)展中。該系列單片機(jī)有很高的集成度，片上集成了很多功能模塊，豐富的外設(shè)資源使用戶(hù)使用 起來(lái)十分方便 。 MC9S12DG128 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能 MC9S12 系列單片機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng) S12 系列單片機(jī)。典型的 HC12 總線(xiàn)頻率為 8MHz，而典型的 S12 總線(xiàn)速度為 25MHz。 總線(xiàn)速度指的是 CPU執(zhí)行一條基本指令的速 度。 CPU12是高速的 16位處理單元，指令集兼容以前的版本 M68HC12， M68HC12的源代碼不經(jīng)修改就能拿到 CPU12 內(nèi)核的單片機(jī)上使用。 HC12 和 S12 指令完全兼容，故在很多場(chǎng)合下，寫(xiě)成 HCS12 系列單片機(jī)。從 HC12 到 S12，單片機(jī)的功能有所增強(qiáng)，包括運(yùn)行頻率的提高和功能 模塊的增加、增強(qiáng)。 與多數(shù)單片機(jī)的仿真調(diào)試方式不同， MC9S12 具有的背景調(diào)試模塊為單片機(jī)的開(kāi)發(fā)提供了便利， BDM 能在單片機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)單片機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)試。 豐富的外設(shè)和 I/O 資源是 MC9S12 系列單片機(jī)的一大特色。多數(shù)引腳具有復(fù)用功能，給用戶(hù)提供了很大的靈活性。 MC9S12 系列單片機(jī) 的 A 口、 B 口在擴(kuò)展方式下作為分時(shí)復(fù)用的地址 /數(shù)據(jù)總線(xiàn)， E 口的部分口線(xiàn)作為控制總線(xiàn)，在系統(tǒng)擴(kuò)展的時(shí)候使用。每一種接口都具有雙重功能，即通用 I/O 功能和特殊接口功能，在單片模式下，甚至 A 口、 B 口和 E 口的一部分也可以用作通用 I/O 口。這些雙重 功能的 I/O 口本身及其控制邏輯完全集成在 MCU內(nèi)部，其體積、功耗、可靠性、應(yīng)用簡(jiǎn)單方便程度都與 用戶(hù)擴(kuò)充的 I/O 口有著重要的區(qū)別。 單線(xiàn)背景調(diào)試模式（ BDM）和時(shí)鐘監(jiān)視部分用于開(kāi)發(fā)支持和運(yùn)行安全，更是他的特色。內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器容量達(dá) 256KB，可以用來(lái)保存程序和原始數(shù)據(jù)，在正常工作是沒(méi)有被改寫(xiě)的危險(xiǎn)。 12KB 的 RAM 存儲(chǔ)器可以用作堆棧、保存中間結(jié)果及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，甚至可以在調(diào)試時(shí)存放程序。 4KB 的 EEPROM 可以保存組態(tài)、設(shè)置信息等半永久數(shù)據(jù)。 16 位的 CPU12 具有 16 位乘法和 32 位除 16位的整數(shù)乘除運(yùn)算 指令，內(nèi)部設(shè)有指令隊(duì)列，最小總線(xiàn)周期僅為 40ns， I/O 與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。特有的 BDM 調(diào)試方式無(wú)需仿真器，可以實(shí)現(xiàn)硬件斷點(diǎn)、條件斷點(diǎn)、在線(xiàn)調(diào)試等全部調(diào)試功能，外部只需簡(jiǎn)單的接口和相應(yīng)的軟件即可。內(nèi)部集成了看門(mén)狗功能，可以保證程序跑飛后快速恢復(fù)。時(shí)鐘監(jiān)視更具特色，它可以監(jiān)視系統(tǒng)時(shí)鐘的運(yùn)行異常，例如時(shí)鐘頻率下降等，兩者結(jié)合 等于為系統(tǒng)安全加了雙保險(xiǎn)。 內(nèi)部集成的外設(shè)除了常規(guī)的定時(shí)器、串行接口、并行接口以外，還包括 ATD、ECT、 SPI、 BDLC、 CAN 等，其中 ATD 有 16 個(gè) 10 位模擬輸入通道，內(nèi)部具有多路器和采樣 保持，可以設(shè)定各種采樣方式，可以采用中斷方式工作。定時(shí)器模塊具有 8 個(gè)獨(dú)立可編程通道，每個(gè)通道可以單獨(dú)設(shè)置成輸入捕捉 /輸出比較方式。集成的串行接口 SCI 有 2 個(gè)， SPI 有 3 個(gè)，工作方式及參數(shù)可以根據(jù)應(yīng)用要求設(shè) 置。內(nèi)部 8 個(gè) 8 位的 PWM 通道可以組合成 4 個(gè) 16 位通道。 BDLC 和 CAN 總線(xiàn)接口使系統(tǒng) 可以直接接入相應(yīng)的小型局域網(wǎng)。 此外， MC9S12 還具有暫停和等待模式，在滿(mǎn)足要求的前提下，可以最大限度地降低功率消耗。 MC9S12 有兩種典型的封裝形式，即 LQFP112 和 QFP80。其中除了地址、數(shù)據(jù)、控制等三總線(xiàn)外，主 要是 I/O 引腳，多數(shù)引腳具有兩種或更多功能。 （ 1） VDDR 和 VSSR—— 數(shù)字電源和接地引腳 外部電源和地引腳，提供 I/O 驅(qū)動(dòng)和電壓調(diào)整器的輸入。為了滿(mǎn)足 信號(hào)的快速上升要求，一般要求電源能提供瞬時(shí)大電流，因此要在兩個(gè)之間放置旁路電容，并且要盡量靠近 MCU，具體旁路要求取決于 MCU引腳的負(fù)載。 （ 2） VDDX 和 VSSX—— I/O 電源和接地引腳 外部電源和地引腳，提供 I/O 驅(qū)動(dòng)。要在兩個(gè)之間放置旁路電容，并且要盡量靠近 MCU。 （ 3） VDDA 和 VSSA—— ADC 轉(zhuǎn)換模塊電源和接地引腳 為電壓調(diào) 整器和 AD 轉(zhuǎn)換器提供電源和地，同時(shí)為內(nèi)部電壓 調(diào)整器提供參考電壓。兩個(gè)引腳之間需要放置旁路電容。 （ 4） VRH 和 VRL—— ADC 參考電源輸入引腳 AD 轉(zhuǎn)換器的參考電壓輸入引腳，其精度和穩(wěn)定性直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果，因此這路電源要求品質(zhì)較高，不能受數(shù)字部分的影響，但功率較小，單獨(dú)供電既經(jīng)濟(jì)又容易實(shí)現(xiàn)。 （ 5） 和 —— 外部 用兩對(duì)引腳，直接對(duì)內(nèi)部 內(nèi)核供電。如果內(nèi)部電壓調(diào)整器使能， 來(lái)自于電壓調(diào)整器，不需要外部提供，這兩組電源引腳上不能放置靜態(tài)負(fù)載。如果 VREGEN 引腳 接地，內(nèi)部電壓調(diào)整器關(guān)閉，這兩對(duì)引腳上需要提供外部 電源。 （ 6） VDDPLL 和 VSSPLL—— 振蕩器和鎖相環(huán)供電引腳 電壓調(diào)整器關(guān)閉時(shí)，該引腳必須接 。電壓調(diào)整器工作時(shí)，該引腳的電壓由電壓調(diào)整器提供。 （ 7） VREGEN—— 電壓調(diào)整模塊選擇引腳 該引腳拉高則使能內(nèi)部電壓調(diào)整器，該引腳拉低則禁止內(nèi)部電壓調(diào)整器。若VREGEN 接地，內(nèi)部電壓調(diào)整器禁止，不能輸出 ， 和 VDDPLL需要的 。 MC9S12 單片機(jī)指定三個(gè)引腳 MODC(BKGD)、 MODB(PE6)、 MODA(PE5)來(lái)設(shè)定單片機(jī)的運(yùn)行模式。 模式選擇見(jiàn)表。 （ 1） A 口（ PA7~PA0）和 B 口（ PB7~PB0） —— 地址、數(shù)據(jù)總線(xiàn)引腳 在寬擴(kuò)展模式下， A 口和 B 口做分時(shí)復(fù)用的數(shù)據(jù)和地址總線(xiàn)，與通用 I/O 口A、 B 共享引腳。其中， PA7~PA0 引腳分時(shí)用作 D15~D8 和 A15~A8， PB7~PB0引腳分時(shí)用作 D7~D0 和 A7~A0。 表 MC9S12 單片機(jī)運(yùn)行模式選擇 BKGD (MODC) PE6 (MODB) PE5 (MODA) 模式選擇 地址線(xiàn)寬度 數(shù) 據(jù)線(xiàn)寬度 0 0 0 特殊單片模式 0 0 0 0 1 仿真擴(kuò)展窄模式 16 8 0 1 0 測(cè)試模式 16 16 0 1 1 仿真寬擴(kuò)展模式 16 16 1 0 0 普通單片模式 0 0 1 0 1 普通窄擴(kuò)展模式 16 8 1 1 0 特殊外設(shè)模式 —— —— 1 1 1 普通寬擴(kuò)展模式 16 16 在窄擴(kuò)展模式下， B 口德引腳用作地址總線(xiàn)的低 8 位， A 口供高 8 位地址總線(xiàn)和 8 位數(shù)據(jù)總線(xiàn)分時(shí)使用。在該模式下，處理 16 位數(shù)據(jù)需要兩個(gè)連續(xù)的總線(xiàn)周期，第一個(gè)周期 用于處理高位字節(jié)，下一個(gè)周期處理低位 字節(jié)。各個(gè)地址引腳的狀態(tài)應(yīng)該在 E 時(shí)鐘的上升沿鎖存，要讓外部器件獲得最長(zhǎng)的地址建立時(shí)間，因此要用到鎖存器。 單片模式下，這兩個(gè)口可作為通用 I/O 口。 （ 2） PE4(ECLK)—— 地址鎖存引腳 ECLK 是內(nèi)部總線(xiàn)時(shí)鐘的對(duì)外輸出引腳，用于地址、數(shù)據(jù)總線(xiàn)分離，也用作定時(shí)基準(zhǔn)。復(fù)位后其頻率為晶振頻率的一半。在寬擴(kuò)展模式下，必須用地址鎖存器（ 74HC574 等），生成地址信息。 ECLK 的上升沿將 PTA 口和 PTB 口的地址信息鎖存到鎖存器，然后釋放這兩個(gè)端口，使其成為數(shù)據(jù)通道。 （ 3） PE2(R/W )—— 讀寫(xiě)信號(hào)引腳 R/W 引腳在所有模式下都可以用作 I/O，通過(guò) E 口設(shè)置寄存器 PEAR 中的RDWE 位置位來(lái)啟用該引腳的讀寫(xiě)控制功能 。擴(kuò)展模式下對(duì)擴(kuò)展的存儲(chǔ)器和 I/O電路進(jìn)行數(shù)據(jù)讀 /寫(xiě)控制。 （ 4） PE3(LSTRB )—— 片選信號(hào)引腳 LSTRB 在所有模式下都可以用作 I/O，通過(guò) E 口設(shè)置寄存器 PEAR 中的RDWE 位置位來(lái)啟用該引腳的寫(xiě)控制功能。該引腳可以用作選通控制訪(fǎng)問(wèn)規(guī)范字 時(shí)地址 A0 和 LSTRB 分別作用高位和低位數(shù)據(jù)單元的片選信號(hào)。在特殊擴(kuò)展模式下，該引腳也用作 TAGLO ，并與 LSTRB 分時(shí)占用引腳。 （ 5） PK7(ECS )—— 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器選擇引腳 擴(kuò)展方式下，該引腳用作仿真片選信號(hào)輸出。配置擴(kuò)展方式時(shí)該引腳用來(lái)使能片上的 Flash。 （ 1） XTAL 和 EXTAL、 XFC—— 鎖相環(huán)外接濾波電容端 XTAL和 EXTAL分別是晶體驅(qū)動(dòng)和外部時(shí)鐘輸入引腳。 EXTAL既可接晶振，也可接 CMOS 兼容的時(shí)鐘信號(hào)，驅(qū)動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生電路，器件中所有時(shí)鐘信號(hào)都源于該引腳輸入的時(shí)鐘 。 XTAL 是晶體驅(qū)動(dòng)輸出，當(dāng) EXTAL 外接時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須懸空。 XFC 是鎖相環(huán)濾波引腳。 應(yīng)注意串聯(lián)和并聯(lián)晶振電路的構(gòu)成。 （ 2） PE7(NOACC/ XCLKS )—— 外部震蕩電路方式選擇 當(dāng)使用串行振蕩電路時(shí)，該引腳要拉高；當(dāng)使用并行振蕩電路時(shí)，該引腳要接地。 （ 3） RESET —— 復(fù)位引腳 低有效的雙向控制信號(hào)。當(dāng)作為輸入時(shí)，外部的低電平用來(lái)初始化 MCU的初始狀態(tài)。 如果時(shí)鐘監(jiān)視或 COP 看門(mén)狗電路檢測(cè)到內(nèi)部故障，該引腳作為開(kāi)漏輸出，對(duì)外指示這種狀態(tài)。 MCU 進(jìn)入復(fù)位是異步方式，結(jié)束復(fù)位是同步方式，這使得器件即使在時(shí)鐘失效的情況下也可以進(jìn)入真正的復(fù)位狀態(tài)，同時(shí)又可以在復(fù)位結(jié)束后以同步方式開(kāi)始運(yùn)行。 一次復(fù)位是內(nèi)部還是外部引起的，是可以判別的。內(nèi)部復(fù)位首先將該引腳拉低并保持 131~134 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期然后釋放該引腳，再過(guò) 64 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期采樣該引腳電平，如果該引腳回到了高電平， 說(shuō)明復(fù)位是由 時(shí)鐘監(jiān)視器或 COP 看門(mén)狗電路引起的， CPU將取得時(shí)鐘監(jiān)視器或 COP 看門(mén)狗電路的復(fù)位向量；如果該引腳仍然是低電平，就確定為外部復(fù)位，將取得外部復(fù)位的向量。 （ 4） PE1(IRQ )—— 可屏蔽中斷請(qǐng)求 可屏蔽外部中斷輸入腳，可通過(guò)程序選擇（中斷控制寄存器 INTCR）該引腳是否和中斷邏輯相連，以及下降沿或電平觸發(fā)方式。復(fù)位后， IRQ 默認(rèn)為電平觸發(fā)方式，同時(shí)在條件碼寄存器 IRQ 中中斷被屏蔽?？梢酝ㄟ^(guò) 軟件清零或置位CCR 寄存器中的 1 位來(lái)使能或禁止所有可屏蔽的中斷，當(dāng)然也包括 IRQ 中斷。 （ 5） PE0( XIRQ )—— 不可屏蔽中斷請(qǐng)求 該不可屏蔽外部中斷引腳提供了一種復(fù)位初始化后申請(qǐng)非屏蔽中斷的手段。在復(fù)位階段， CCR 寄存器中的 X 位和 I 位被置 1， 在 MCU通過(guò)軟件允許以前，任何中斷都被屏蔽。系統(tǒng)初始化后，可以通過(guò)軟件清零 X 位，從而使能該中斷。X 位一旦清零，就不能再通過(guò)軟件方式將該位置 1 了。該中斷申請(qǐng)經(jīng)常用于系統(tǒng)掉電、硬件故障等場(chǎng)合。 （ 6） BKGD—— 背景調(diào)試引腳 采用自定義協(xié)議，通過(guò) BDM 調(diào)試工具進(jìn)行單線(xiàn)雙向通信，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)調(diào)試。 /輸出部分 MCU 片上集成了十余個(gè) I/O 接口，其中有通用并行 I/O 口（一般每口 8 個(gè)外部引腳）以及 SCI、 PWM、 ADC、 I2C、 CAN 等專(zhuān)用子系統(tǒng) 。復(fù)位后所有 I/O引腳默認(rèn)設(shè)置為通用的 I/O 輸入，當(dāng)專(zhuān)用子系統(tǒng)激活后，自動(dòng)變更為專(zhuān)用功能。MC9S12 輸入輸出口包括 PTA、 PTB、 PTE、 PTH、 PTJ、 PTS、 PTP、 PTK、 AD0、AD1 等。 （ 1） A、 B 口 在擴(kuò)展方式下為地址數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線(xiàn)， 但在芯片模式下為通用 I/O。輸入可選內(nèi)部上拉，輸出具有降功率驅(qū)動(dòng)功能。 （ 2） E 口 用于總線(xiàn)控制和中斷請(qǐng)求，余下其他引腳可作通用 I/O。輸入可選內(nèi)部上拉，輸出具有降功率驅(qū)動(dòng)功能。 （ 3） AD 口 ATD 子系統(tǒng)輸入或通用輸入引腳。復(fù)位后默認(rèn)為通用 I/O 輸入引腳并且只能做輸入。 ATD 模塊使能后，用作模擬輸入。 （ 4） K 口 擴(kuò)展方式下外部總線(xiàn)的擴(kuò)展地址線(xiàn)、仿真片選輸出或通用 I/O。復(fù)位后為通用 I/O 引腳。輸入可選內(nèi)部上拉，輸出具有降功率驅(qū)動(dòng)功能。 （ 5） T 口 I/O 與增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器共享引腳。復(fù)位后為通用 I/O 引腳 ，定時(shí)器功能使能后，用作輸入捕捉或輸出比較或脈沖累加輸入。輸入可選內(nèi)部上拉，輸出具有降功率驅(qū)動(dòng)功能。 （ 6） P 口 SPI、脈寬調(diào)制輸出、 I/O 中斷或通用 I/O。復(fù)位后為通用 I/O 引腳，要使用某種特殊功能，可以通過(guò)置位 相應(yīng)功能寄存器的使能位來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （ 7） S 口 SCI、 SPI 或通用 I/O。復(fù)位后為通用 I/O 引腳。 SCI 或 SPI 使能后，對(duì)應(yīng)引腳的通用 I/O 關(guān)閉。 （ 8） M 口 I/O 與 CAN、 BDLC 共享。復(fù)位后位通用 I/O 引腳。 CAN 或 BDLC 使能后，對(duì)應(yīng)引腳的通用 I/O 關(guān)閉。