【文章內(nèi)容簡介】 ,其應用范圍目前已經(jīng)不再局限于汽車行業(yè) ,而向過程工業(yè) ?機械工業(yè) ?紡織工業(yè) ?農(nóng)用機械 ?機器人 ?數(shù)控機床 ?醫(yī)療器械及傳感器等領域發(fā)展 ?CAN 已經(jīng)形成國際標準 ,并已經(jīng)被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一 ? HCS12 系列單片機的內(nèi)核及片上資源 在本設計中具體用到是 HCS12 系列單片機中的 MC9S12DG128 單片機 ,它是MC9S12 系列單片機的一員 ?下面將對 MC9S12 系列單片機做詳細介紹 ? MC9S12 系列單片機采用了高性能的 16 位處理器 HCS12,可提供豐富的指令系統(tǒng) ,具有較強的數(shù)值運算和邏輯運算能力 。期內(nèi)大容量的 FLASH 存儲器具有在線編程能力 ,EEPROM 和 RAM 可存儲各種控制參數(shù) ?MC9S12 的低功耗晶振 ?復位控制 ?看門狗及實時中斷等配置和功能更有助于系統(tǒng)的可靠運行 ?MC9S12 有多個系列幾十個品種 ,而且仍在不斷發(fā)展中 ?該系列單片機有很高的集成度 ,片上集成了很多功能模塊 ,豐富的外設資源使用戶使用 起來十分方便 ? MC9S12DG128 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能 MC9S12 系列單片機簡稱 S12 系列單片機 ?典型的 HC12 總線頻率為 8MHz,而典型的 S12 總線速度為 25MHz?總線速度指的是 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)核的單片機上使用 ?HC12 和 S12 指令完全兼容 ,故在很多場合下 ,寫成 HCS12 系列單片機 ?從 HC12 到 S12,單片機的功能有所增強 ,包括運行頻率的提高和功能 模塊的增加 ?增強 ?與多數(shù)單片機的仿真調(diào)試方式不同 ,MC9S12 具有的背景調(diào)試模塊為單片機的開發(fā)提供了便利 ,BDM 能在單片機運行時對單片機動態(tài)調(diào)試 ? 豐富的外設和 I/O 資源是 MC9S12 系列單片機的一大特色 ?多數(shù)引腳具有復用功能 ,給用戶提供了很大的靈活性 ?MC9S12 系列單片機的 A 口 ?B 口在擴展方式下作為分時復用的地址 /數(shù)據(jù)總線 ,E 口的部分口線作為控制總線 ,在系統(tǒng)擴展的時候使用 ?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 ?應用簡單方便程度都與用戶擴充的 I/O 口有著重要的區(qū)別 ? 單線背景調(diào)試模式 (BDM)和時鐘監(jiān)視部分用于開發(fā)支持和運行安全 ,更是他的特色 ?內(nèi)部 Flash程序存儲器容量達 256KB,可以用來保存程序和原始數(shù)據(jù) ,在正常工作是沒有被改寫的危險 ?12KB 的 RAM 存儲器可以用作堆棧 ?保存中間結(jié)果及動態(tài)數(shù)據(jù) ,甚至可以在調(diào)試時存放程序 ?4KB的 EEPROM可以保存組態(tài) ?設置信息等半永久數(shù)據(jù) ?16 位的 CPU12 具有 16 位乘法和 32 位除 16 位的整數(shù)乘除運算指令 ,內(nèi)部設有指令隊列 ,最小總線周期僅為 40ns,I/O 與存儲器統(tǒng)一編址 ?特有的BDM 調(diào)試方式無需仿真器 ,可以實現(xiàn)硬件斷點 ?條件斷點 ?在線調(diào)試等全部調(diào)試功能 ,外部只需簡單的接口和相應的軟件即可 ?內(nèi)部集成了看門狗功能 ,可以保證程序跑飛后快速恢復 ?時鐘監(jiān)視更具特色 ,它可以監(jiān)視系統(tǒng)時鐘的運行異常 ,例如時鐘頻率下降等 ,兩者結(jié)合等于為系統(tǒng)安全加了雙保險 ? 內(nèi)部集成的外設除了常規(guī)的定時器 ?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 10 位模擬輸入通道 ,內(nèi)部具有多路器和采樣 保持 ,可以設定各種采樣方式 ,可以采用中斷方式工作 ?定時器模塊具有 8個獨立可編程通道 ,每個通道可以單獨設置成輸入捕捉 /輸出比較方式 ?集成的串行接口 SCI 有 2 個 ,SPI 有 3 個 ,工作方式及參數(shù)可以根據(jù)應用要求設置 ?內(nèi)部 8 個8 位的 PWM 通道可以組合成 4 個 16 位通道 ?BDLC 和 CAN 總線接口使系統(tǒng)可 以直接接入相應的小型局域網(wǎng) ? 此外 ,MC9S12 還具有暫停和等待模式 ,在滿足要求的前提下 ,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)動和電壓調(diào)整器的輸入 ?為了滿足信號的快速上升要求 ,一般要求電源能提供瞬時大電流 ,因此要在兩個之間放置旁路電容 ,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 ?要在兩個之間放置旁路電容 ,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 ,同時為內(nèi)部電壓調(diào)整器提供參考電壓 ?兩個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 ,單獨供電既經(jīng)濟又容易實現(xiàn) ? (5) 和 —— 外部 用兩對引腳 ,直接對內(nèi)部 ?如果內(nèi)部電壓調(diào)整器使能 ,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)負載 ?如果VREGEN引腳 接地 ,內(nèi)部電壓調(diào)整器關閉 ,這兩對引腳上需要提供外部 ? (6)VDDPLL 和 VSSPLL—— 振蕩器和鎖相環(huán)供電引腳 電壓調(diào)整器關閉時 ,該引腳必須接 ?電壓調(diào)整器工作時 ,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 單片機指定三個引腳 MODC(BKGD)?MODB(PE6)?MODA(PE5)來設定單片機的運行模式 ?模式選擇見表 ? (1)A 口 (PA7~PA0)和 B 口 (PB7~PB0)——地址 ?數(shù)據(jù)總線引腳 在寬擴展模式下 ,A口和 B口做分時復用的數(shù)據(jù)和地址總線 ,與通用 I/O口 A?B共享引腳 ?其中 ,PA7~PA0 引腳分時用作 D15~D8 和 A15~A8,PB7~PB0 引腳分時用作 D7~D0 和 A7~A0? 表 MC9S12 單片機運行模式選擇 BKGD (MODC) PE6 (MODB) PE5 (MODA) 模式選擇 地址線寬度 數(shù) 據(jù)線寬度 0 0 0 特殊單片模式 0 0 0 0 1 仿真擴展窄模式 16 8 0 1 0 測試模式 16 16 0 1 1 仿真寬擴展模式 16 16 1 0 0 普通單片模式 0 0 1 0 1 普通窄擴展模式 16 8 1 1 0 特殊外設模式 —— —— 1 1 1 普通寬擴展模式 16 16 在窄擴展模式下 ,B 口德引腳用作地址總線的低 8 位 ,A 口供高 8 位地址總線和 8 位數(shù)據(jù)總線分時使用 ?在該模式下 ,處理 16 位數(shù)據(jù)需要兩個連續(xù)的總線周期 ,第一個周期用于處理高位字節(jié) ,下一個周期處理低位 字節(jié) ?各個地址引腳的狀態(tài)應該在 E 時鐘的上升沿鎖存 ,要讓外部器件獲得最長的地址建立時間 ,因此要用到鎖存器 ? 單片模式下 ,這兩個口可作為通用 I/O 口 ? (2)PE4(ECLK)—— 地址鎖存引腳 ECLK 是內(nèi)部總線時鐘的對外輸出引腳 ,用于地址 ?數(shù)據(jù)總線分離 ,也用作定時基準 ?復位后其頻率為晶振頻率的一半 ?在寬擴展模式下 ,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 ,然后釋放這兩個端口 ,使其成為數(shù)據(jù)通道 ? (3)PE2(R/W )—— 讀寫信號引腳 R/W 引腳在所有模式下都可以用作 I/O,通過 E 口設置寄存器 PEAR 中的RDWE 位置位來啟用該引腳的讀寫控制功能 ?擴展模式下對擴展的存儲器和 I/O電路進行數(shù)據(jù)讀 /寫控制 ? (4)PE3( LSTRB )—— 片選信號引腳 LSTRB 在所有模式下都可以用作 I/O,通過 E 口設置寄存器 PEAR 中的RDWE 位置位來啟用該引腳的寫控制功能 ?該引腳可以用作選通控制訪問規(guī)范字時地址 A0 和 LSTRB 分別作用高位和低位數(shù)據(jù)單元的片選信號 ?在特殊擴展模式下 ,該引腳也用作 TAGLO ,并與 LSTRB 分時占用引腳 ? (5)PK7(ECS )—— 片內(nèi)程序存儲器選擇引腳 擴展方式下 ,該引腳用作仿真片選信號輸出 ?配置擴展方式時該引腳用來使能片上的 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)動和外部時鐘輸入引腳 ?EXTAL 既可接晶振 ,也可接 CMOS兼容的時鐘信號 ,驅(qū)動內(nèi)部時鐘產(chǎn)生電路 ,器件中所有時鐘信號都源于該引腳輸入的時鐘 ?XTAL 是晶體驅(qū)動輸出 ,當 EXTAL 外接時鐘時 ,該引腳必須懸空 ? XFC 是鎖相環(huán)濾波引腳 ? 應注意串聯(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 當使用串行振蕩電路時 ,該引腳要拉高 。當使用并行振蕩電路時 ,該引腳要接 地 ? (3) RESET ——復位引腳 低有效的雙向控制信號 ?當作為輸入時 ,外部的低電平用來初始化 MCU 的初始狀態(tài) ? 如果時鐘監(jiān)視或 COP 看門狗電路檢測到內(nèi)部故障 ,該引腳作為開漏輸出 ,對外指示這種狀態(tài) ?MCU 進入復位是異步方式 ,結(jié)束復位是同步方式 ,這使得器件即使在時鐘失效的情況下也可以進入真正的復位狀態(tài) ,同時又可以在復位結(jié)束后以同步方式開始運行 ? 一次復位是內(nèi)部還是外部引起的 ,是可以判別的 ?內(nèi)部復位首先將該引腳拉低并保持 131~134 個系統(tǒng)時鐘周期然后釋放該引腳 ,再過 64 個系統(tǒng)時鐘周期采樣該引腳電平 ,如果該引腳回到了高電平 ,說明復位是由 時鐘監(jiān)視器或 COP 看門狗電路引起的 ,CPU 將取得時鐘監(jiān)視器或 COP 看門狗電路的復位向量 。如果該引腳仍然是低電平 ,就確定為外部復位 ,將取得外部復位的向量 ? (4)PE1(IRQ )—— 可屏蔽中斷請求 可屏蔽外部中斷輸入腳 ,可通過程序選擇 (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 ?復位后 ,IRQ 默認為電平觸發(fā)方式 ,同時在條件碼寄存器 IRQ 中中斷被屏蔽 ?可以通過 軟件清零或置位 CCR 寄存器中的 1 位來使能或禁止所有可屏蔽的中斷 ,當然也包括 IRQ 中斷 ? (5)PE0( XIRQ )—— 不可屏蔽中斷請求 該不可屏蔽外部中斷引腳提供了一種復位初始化后申請非屏蔽中斷的手段 ?在復位階段 ,CCR 寄存器中的 X 位和 I 位被置 1,在 MCU通過軟件允許以前 ,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 ,就不能再通過軟件方式將該位置 1 了 ?該中斷申請經(jīng)常用于系統(tǒng)掉電 ?硬件故障等場合 ? (6)BKGD—— 背景調(diào)試引腳 采用自定義協(xié)議 ,通過 BDM調(diào)試工具進行單線雙向通信 ,進行實時在線調(diào)試 ? /輸出部分 MCU片上集成了十余個 I/O 接口 ,其中有通用并行 I/O 口 (一般每口 8 個外部引腳 )以及 SCI?PWM?ADC?I2C?CAN等專用子系統(tǒng) ?復位后所有 I/O引腳默認設置為通用的 I/O 輸入 ,當專用子系統(tǒng)激活后 ,自動變更為專用功能 ?MC9S12 輸入輸出口包括 PTA?PTB?PTE?PTH?PTJ?PTS?PTP?PTK?AD0?AD1 等 ? (1)A?B 口 在擴展方式下為地址數(shù)據(jù)分時復用總線 ,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)動功能 ? (2)E 口 用于總線控制和中斷請求 ,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)動功能 ? (3)AD 口 ATD 子系統(tǒng)輸入或通用輸入引腳 ?復位后默認為通用 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 擴展方式下外部總線的擴展地址線 ?仿真片選輸出或通用 I/O?復位后為通用I/O 引腳 ?輸入可選內(nèi)部上拉 ,輸出具有降功率驅(qū)動功能 ? (5)T 口 I/O 與增強型捕捉定時器共享引腳 ?復位后為通用 I/O 引腳 ,定時器功能使能后 ,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)動功能 ? (6)P 口 SPI?脈寬調(diào)制輸出 ?I/O 中斷或通用 I/O?復位后為通用 I/O 引腳 ,要使用某種特殊功能 ,可以通過置位相應功能寄存器的使能位來