重慶大學(xué)通信工程學(xué)院-任勇

重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇

課程：《單片機(jī)原理及應(yīng)用》

教材：《單片機(jī)原理及應(yīng)用》

------使用FreescaleS12X構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)

任勇等編著，清華大學(xué)出版社，2012年2月第1版學(xué)時(shí)：理論32+實(shí)驗(yàn)32=64

教學(xué)內(nèi)容與要求：見教學(xué)大綱

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求：見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇第1章概述微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)帶來了科研和生活的許多重大變革，可以說，標(biāo)志了人類社會(huì)進(jìn)步文明的又一次飛躍；更得益于大規(guī)模集成電路進(jìn)步與發(fā)展，計(jì)算機(jī)的重要分支------微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展日新月異，應(yīng)用日益廣泛，已滲透到生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面，使許多領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度得以大大提高，并且越來越多的領(lǐng)域和越來越多的時(shí)候，人們都需要微型計(jì)算機(jī)來進(jìn)行學(xué)習(xí)、工作或間接利用其工作等。

微型計(jì)算機(jī)------簡稱微機(jī)；微機(jī)技術(shù)的發(fā)展又形成相互獨(dú)立、不同方向的兩大分支：１、通用微機(jī)系統(tǒng)---以微處理器為核心(MicroProcessorUnit)，強(qiáng)調(diào)處理功用，解決多方位需求。表現(xiàn)形式：外設(shè)配備齊全的微機(jī)系統(tǒng)（PC）２、單片微機(jī)系統(tǒng)---以微控制器為核心(MicroControllerUnit)，強(qiáng)調(diào)控制功用，解決單一問題。表現(xiàn)形式：專用功能的嵌入式產(chǎn)品---嵌入式系統(tǒng)的表現(xiàn)形式之一（MCU）重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇1.1單片機(jī)的定義、發(fā)展、特點(diǎn)及應(yīng)用定義在一塊半導(dǎo)體芯片上，集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等主要功能部件，構(gòu)成一個(gè)芯片級的微型計(jì)算機(jī)。由于集成電路的進(jìn)步，還可以包含Ａ/Ｄ、Ｄ/Ａ、通信接口等部件，功能日益增強(qiáng)。

術(shù)語稱謂中文：微控制器=單片機(jī)=單片微機(jī)=單片微控制器英文：MCU（MicrocontrollerUnit）并非SingleChipMicrocomputer

標(biāo)準(zhǔn)：微控制器（MCU

）重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇MCU的發(fā)展

早期：以Intel公司為領(lǐng)袖，同步于通用微機(jī)，有３個(gè)階段：第一階段（1974～1978）初級，8位，MCS-48系列（帶并行I/O接口、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、無串行I／O接口）第二階段（1978～1983）高級，8位，MCS-51系列（新增串行I/O接口、多級中斷等功能完備，拓寬了其應(yīng)用范圍）第三階段（1983～）16位單片機(jī)，MCS-96系列（16位處理，含A/D轉(zhuǎn)換器，功能加強(qiáng)，速度加快）

其中：MCS-51系列獲得了最為廣泛的應(yīng)用，典型型號(hào)為使用Intel8051內(nèi)核的89C51、89S51、89S52……

其它類似：MotorolaMC68HC05/08系列重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇

目前：8位、16位、32位、64位并存，各廠家、多種類并存

注：字長(位)：CPU一次能夠運(yùn)算處理的二進(jìn)制位數(shù)。位數(shù)越高，運(yùn)算處理能力越強(qiáng)。（有別與數(shù)據(jù)總線的位數(shù)）MCU的發(fā)展趨勢可靠性功能模塊總線接口

CPU的處理位數(shù)功耗、價(jià)格MCU的主要生產(chǎn)廠家

Intel、Atmel、Philips（恩智浦，NXP）、Motorola、ADI、TI、Microchip、西門子、富士通、三星、凌陽、盛群……

美國領(lǐng)先，中國沒有（龍芯？?。┲貞c大學(xué)通信工程學(xué)院任勇MCU的特點(diǎn)體積小，重量輕，價(jià)格低，耗電少，可靠性高（因內(nèi)部集成）控制能力強(qiáng)（如位處理，直接I/O操作）形成的產(chǎn)品生命周期長資源有限（如引腳少、片內(nèi)存儲(chǔ)器容量不大，但可擴(kuò)或選）運(yùn)算能力不強(qiáng)（如乘、除、大數(shù)據(jù)量等）

MCU的應(yīng)用范圍幾乎“無所不在，無所不為”滲透：工業(yè)控制、通信、交通、儀器儀表、家用電器、辦公自動(dòng)化、汽車電子、PC外設(shè)……重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇MCU與嵌入式系統(tǒng)

MCU技術(shù)、FPGA技術(shù)和DSP技術(shù)，是目前數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域公認(rèn)的三大基礎(chǔ)性技術(shù)，以這三類技術(shù)形成的應(yīng)用系統(tǒng)也是目前嵌入式系統(tǒng)的主要表現(xiàn)形式。其中MCU技術(shù)最為經(jīng)典、應(yīng)用成熟、受眾面廣。近年來，MCU技術(shù)發(fā)展迅速，已從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)走向現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，其功能、速度、資源正在不斷加強(qiáng)，更加易于解決電子系統(tǒng)的嵌入性、微型化、低功耗、高可靠性和低價(jià)格等問題。MCU的學(xué)習(xí)

MCU技術(shù)已經(jīng)成為廣大電子工程師和電類專業(yè)大學(xué)生必備的技能之一，是學(xué)習(xí)、理解、提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用開發(fā)能力的基礎(chǔ)學(xué)科，是應(yīng)用型新技術(shù)發(fā)展的基石，其重要性是不言而喻的。軟硬件兼顧并重領(lǐng)會(huì)結(jié)構(gòu)原理、部件功能、常規(guī)接口方法達(dá)到：能夠理解書本或別人的電路和程序，能夠看懂芯片廠家的原文數(shù)據(jù)手冊，能夠自行設(shè)計(jì)硬件電路和軟件程序勤于實(shí)踐，應(yīng)用創(chuàng)新重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇單片機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)方法首先是模仿驗(yàn)證、吸收消化，然后才是結(jié)合應(yīng)用、自主創(chuàng)新。在這個(gè)學(xué)習(xí)過程中，需要領(lǐng)會(huì)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)原理、單元部件功能、常規(guī)接口方法、特殊應(yīng)用方案等，要讓單片機(jī)“動(dòng)起來”解決實(shí)際問題，還要掌握匯編語言編程、C語言編程、調(diào)試系統(tǒng)、下載程序等方法，至于應(yīng)用對象的行業(yè)知識(shí)可通過交流、查詢得到補(bǔ)充。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及的相關(guān)技術(shù)很多，包括了MCU結(jié)構(gòu)原理、數(shù)字邏輯電路、模擬電子電路、硬件設(shè)計(jì)與制作、匯編語言編程、C語言編程、仿真調(diào)試、低功耗、抗干擾以及各種互聯(lián)接口等技術(shù)，在短時(shí)間內(nèi)全面掌握這些技術(shù)對于初學(xué)者來說是非常困難的。如果學(xué)習(xí)者具有深厚的基本功自然更好，假設(shè)有所欠缺也無妨，可以在單片機(jī)技術(shù)學(xué)習(xí)和應(yīng)用的過程中重新回顧理解。實(shí)際上，有些知識(shí)或技術(shù)可以邊用邊學(xué)甚至用通了再反學(xué)，在應(yīng)用中提高并積累，有些單元技術(shù)也不必深究硬啃，采用“拿來主義”共享，比如一些MCU典型電路、范例程序、基本模塊等。經(jīng)過一段時(shí)間的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，單片機(jī)技術(shù)學(xué)習(xí)者最終需要做到三個(gè)“能夠”：能夠看懂書本或別人的電路和程序；能夠看懂芯片廠家的原文數(shù)據(jù)手冊（DataSheet）；能夠自行設(shè)計(jì)硬件電路和軟件程序。這樣，就是入門了。需要指出的是，單片機(jī)的課堂教學(xué)內(nèi)容或書本知識(shí)，能幫助學(xué)習(xí)者快速入門、建立概念和掌握一般應(yīng)用。但要成為單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的高手或?qū)＜?，需要學(xué)習(xí)掌握的知識(shí)還很多，更需要自己摸索、實(shí)踐?！案呤种贰笔亲约鹤叱鰜淼?，并不是老師、教本能夠教出來的。重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇1.2MCS-51單片機(jī)的基本了解主要特性：

8位CPU，111條指令，DIP封裝(常用)，

40引腳，

128BytesRAM，4KBytesEEPROM(FLASH)，

4個(gè)8位并行I/O口，1個(gè)串行I/O口，2個(gè)定時(shí)器，

5個(gè)中斷源，……引腳說明：

參見書P551單片機(jī)的引腳從名稱上反映出功用，并且具有下列特點(diǎn)：①功能多，引腳數(shù)少，許多引腳具有第二功能。②對外呈三總線形式：地址總線：P0口、P2口合成16位；數(shù)據(jù)總線：P0口8位；控制總線：由ALE、/PSEN、RST、/EA、/INT0、/INT1、T0、T1、/WR、/RD共10個(gè)引腳構(gòu)成。重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇AT89C51的最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)電路原理圖匯編語言程序：

ORG0000HSJMPSTARTORG0040HSTART:SETBP1.0CLRP1.0SJMP$

運(yùn)行結(jié)果：點(diǎn)亮LED燈重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇1.3Freescale單片機(jī)關(guān)于Freescale

Freescale（飛思卡爾）半導(dǎo)體公司是全球最大的半導(dǎo)體公司之一，其前身為Motorola（摩托羅拉）半導(dǎo)體部，2004年從摩托羅拉分拆上市。它從1953年開始從事半導(dǎo)體業(yè)務(wù)，是世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與技術(shù)的開拓者，為汽車電子、消費(fèi)電子、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)和無線市場設(shè)計(jì)并制造了眾多的嵌入式半導(dǎo)體產(chǎn)品,在微控制器領(lǐng)域長期居于全球市場領(lǐng)先地位。如1983年推出的MC68HC05是世界產(chǎn)量第一的8位單片機(jī)（產(chǎn)量第二的是8051單片機(jī)）

！2015年底與NXP合并，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，名字為NXP！重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇FreescaleMCU產(chǎn)品線流水線指令結(jié)構(gòu)，按位數(shù)分為：低端8位機(jī)---HC05、HC08、HCS08、RS08系列中端16位機(jī)---HC12、S12、S12X系列高端32位機(jī)或DSC型---PowerPC、Coldfire、ARM、M.CORE、DSC系列總體特點(diǎn)品種全、選擇余地大、新產(chǎn)品多（紛繁）、個(gè)性化應(yīng)用領(lǐng)域極廣，尤其在汽車、工業(yè)、手機(jī)領(lǐng)域在同樣速度下所用的時(shí)鐘頻率較Intel類單片機(jī)低很多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)，更適合用于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。重視大客戶，缺乏中小用戶（近年正在改善）重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇S12系列單片機(jī)位數(shù)---增強(qiáng)型16位CPU內(nèi)核---HC12S12（兼容，統(tǒng)稱為HCS12）最高總線頻率---8MHz

25MHz特性具有片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器、RAM、EEPROM(K量級)CPU編碼效率高背景調(diào)試（BDM，單線，低成本，在線全仿真、下載）子系列MC9S12A、MC9S12B、MC9S12D---通用MC9S12H、MC9S12L---帶液晶驅(qū)動(dòng)MC9S12E128、MC9S12E64---低供電電壓MC9S12UF32---帶USB接口MC9S12NE---帶以太網(wǎng)接口重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇S12X系列單片機(jī)位數(shù)---增強(qiáng)型16位CPU內(nèi)核---S12S12X（兼容，統(tǒng)稱為S12(X)）比S12增加2條與CCR寄存器相關(guān)的指令及其它最高總線頻率---25MHz

50MHz新增特性XGATE模塊---并行處理，達(dá)32位MCU的性能水平FlexRay模塊---新型的通信協(xié)議，高達(dá)10Mbps的數(shù)據(jù)速率

子系列S12XB、S12XD---通用型S12XE---S12系列中性能最高的S12XS---低成本車身電子S12XF---面向底盤控制應(yīng)用的FlexRay系列

S12XH---業(yè)界第一款集成TFT圖形顯示驅(qū)動(dòng)，儀表板應(yīng)用重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇表1-1S12與S12X系列中的部分MCU主要性能型號(hào)最高總線頻率/MHzRAM/KBFLASE/KBEEPROM/KB通信接口A/DPWMECT其它MC9S12A322546412個(gè)SCI,1個(gè)SPI8路10位7路8位8路16位MC9S12B12825412812個(gè)SCI,1個(gè)SPI1個(gè)I2C,1個(gè)CAN16路10位8路8位8路16位MC9S12DG128MC9S12DJ128MC9S12DT12825812822個(gè)SCI,2個(gè)SPI1個(gè)I2C,2個(gè)CAN16路10位8路8位8路16位MC9S12DP256251225642個(gè)SCI,3個(gè)SPI1個(gè)I2C,2個(gè)CAN16路10位8路8位8路16位MC9S12HZ12825612822個(gè)SCI,2個(gè)SPI1個(gè)I2C,1個(gè)CAN16路10位6路8位8路16位帶LCD驅(qū)動(dòng)和SSDMC9S12UF32303.532-1個(gè)SCI--8路16位帶USB2.0等接口MC9S12NE642586412個(gè)SCI,1個(gè)SPI1個(gè)I2C8路10位8路8位4路16位帶10/100M以太網(wǎng)MC9S12XB12833812812個(gè)SCI,1個(gè)SPI1個(gè)I2C,1個(gè)CAN16路10位8路8位8路16位MC9S12XDT512502051246個(gè)SCI,3個(gè)SPI1個(gè)I2C,3個(gè)CAN24路10位8路8位8路16位MC9S12XEP768504876848個(gè)SCI,3個(gè)SPI2個(gè)I2C,5個(gè)CAN24路12位8路8位8路16位MC9S12XFE128381612822個(gè)SCI,1個(gè)SPI1個(gè)CAN16路10位6路8位8路16位帶FlexRay重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇選用S12(X)單片機(jī)的理由重慶大學(xué)通信工程學(xué)院任勇FreescaleS12(X)系列MCU的命名規(guī)則①產(chǎn)品狀態(tài)

MC：Fully