第5章飛思卡爾 智能車(chē)

第5章

智能汽車(chē)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)—微控制器5.1

單片機(jī)簡(jiǎn)介15.2

單片機(jī)系統(tǒng)25.3

Freescale

HCS12單片機(jī)3思考題武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*4隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及發(fā)展,將計(jì)算機(jī)的CPU、RAM、ROM、定時(shí)/數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上,形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī),因此單片機(jī)早期的含義稱(chēng)為單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer）,直譯為單片機(jī),又稱(chēng)為微控制器（Microcontroller）或嵌入式控制器（EmbeddedController）。近年來(lái),單片機(jī)結(jié)合專(zhuān)用集成電路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit,ASIC）和精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（ReducedInstructionSetComputer,RISC）技術(shù),發(fā)展為嵌入式處理器（EmbeddedProcessor）,適用于數(shù)據(jù)與數(shù)值分析、信號(hào)處理、智能機(jī)器人及圖像處理等高技術(shù)領(lǐng)域。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*15.2.1單片機(jī)最小系

統(tǒng)25.5.2單片機(jī)系統(tǒng)的

擴(kuò)展武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*· 所謂單片機(jī)最小系統(tǒng),是指在單片機(jī)外部增加盡可能少的元件電路,組成一個(gè)讓單片機(jī)可獨(dú)立工作的系統(tǒng)。以MCS-51系列單片機(jī)為例,圖5.1和圖5.2所示的分別是使用單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和單片外部程序存儲(chǔ)器組成的單片機(jī)最小系統(tǒng)。在圖5.2中,8031的程序存儲(chǔ)器是通過(guò)使用外部程序存儲(chǔ)器EPROM實(shí)現(xiàn)的。74LS373是一種8D透明鎖存器,其作用是存儲(chǔ)單片機(jī)P0口輸出的對(duì)EPROM取指令用的低8位地址。這兩個(gè)最小系統(tǒng)的復(fù)位電路均由10F的電容器與正電源相連,構(gòu)成上電復(fù)位電路。時(shí)鐘電路均采用內(nèi)部振蕩方式,外接一個(gè)頻率為12MHz的晶體振蕩器。圖5.2中,從接地,我們可以得知程序存儲(chǔ)器在單片機(jī)外部,因此,對(duì)外部程序存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō),單片機(jī)的取指令操作有效的。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*圖5.1武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*完全使用單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)最小系統(tǒng)圖5.2使用單片機(jī)外部程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)最小系統(tǒng)武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中,雖然單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)擁有較高的性?xún)r(jià)比,但在功能很復(fù)雜的系統(tǒng)中,最小系統(tǒng)往往不能滿(mǎn)足要求,往往需要連接各種設(shè)備,形成各種接口通道。因此,單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中最常遇到的也是不可避免的問(wèn)題。單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）擴(kuò)展、程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM）擴(kuò)展、輸入/輸出（I/O）擴(kuò)展、定時(shí)/計(jì)數(shù)器擴(kuò)展、中斷系統(tǒng)擴(kuò)展及其他特殊功能擴(kuò)展。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展中，最常見(jiàn)的是程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展，在擴(kuò)展時(shí)需注意以下幾方面的問(wèn)題:可分配地址空間。在MCS-51系列單片機(jī)中，程序存儲(chǔ)器可占用0000 H～FFFF H間64 K的存儲(chǔ)空間。雖然地址可與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O口重疊，但它們實(shí)際上是兩個(gè)相互對(duì)立的存儲(chǔ)空間。硬件上程序存儲(chǔ)器通過(guò)使用PSEN而不是用RD進(jìn)行控制讀操作；軟件上用MOVC而非MOVX執(zhí)行讀操作命令。地址譯碼電路。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，程序存儲(chǔ)器的容量越來(lái)越大，僅需使用一兩片芯片就可滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)容量的要求，因此地址譯碼通常采用直接或用反相器產(chǎn)生片選信號(hào)的方式。但是，在擴(kuò)充多片程序存儲(chǔ)器時(shí)，地址譯碼一般采用譯碼器方式，以獲得地址范圍連續(xù)而又不相重疊的片選信號(hào)。這是因?yàn)槌绦驒C(jī)器碼在存儲(chǔ)空間中需要連續(xù)放置，因此各存儲(chǔ)器占用的程序存儲(chǔ)器空間必須相互連續(xù)。另外，分配給程序存儲(chǔ)器的地址范圍還必須包含單片機(jī)的啟動(dòng)程序。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展方法。其他接口擴(kuò)展芯片與程序存儲(chǔ)器共用地址總線、數(shù)據(jù)總線和部分控制總線。其中控制總線有ALE低8位地址信號(hào)鎖存控制、PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀控制。EPROM程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路如圖5.3所示。圖5.3(a)中系統(tǒng)只擴(kuò)展一片EPROM,可將EPROM的片選端直接接地；圖5.3(b)中的系統(tǒng)擴(kuò)展了兩片EPROM,若P2.i等于0,就選擇了EPROM(1),若P2.i等于1,就選擇了EPROM(2)。常用程序存儲(chǔ)器芯片。程序存儲(chǔ)器芯片最常見(jiàn)的是Intel公司的典型系統(tǒng)芯片 2716（2K×8）,2732（4K×8）,2764（8K×8）,27128（16K×8）,27256（32K×8）和27512（64K×8）等。近年來(lái)大容量EPROM芯片不斷涌現(xiàn),2764以上的大容量芯片在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展中得到越來(lái)越廣泛的使用。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*圖5.3EPROM程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*2．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展在單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展中，最常見(jiàn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展是靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SRAM的擴(kuò)展，在擴(kuò)展時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:（1）存儲(chǔ)器地址空間。在MCS-51系列單片機(jī)中，任何擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O口及外圍設(shè)備的地址都不能相互重疊，但可以和程序存儲(chǔ)器地址重疊。因?yàn)閿?shù)據(jù)存儲(chǔ)器與I/O口是統(tǒng)一編址的，共用0000H～FFFFH間的64K地址空間。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)控制。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與I/O口的讀/寫(xiě)控制可以通過(guò)RD和WR指令，地址總線和數(shù)據(jù)總線則與程序存儲(chǔ)器共用。（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展方法。圖5.4所示的是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路。除了在讀寫(xiě)控制上使用不同信號(hào)和不同指令外，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展方法與程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展方法是一樣的。（4）常用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片。目前常用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片有SRAM6116（2K×8）, 6264（8K×8）和62256（32K×8）等。另外，電可擦除只讀存儲(chǔ)器、E2PROM 2816（2K×8）和E2PROM2864（8K×8）等也可作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*圖5.4RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*3．輸入/輸出（I/O）口擴(kuò)展大部分單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都不可避免地要進(jìn)行I/O口擴(kuò)展。因?yàn)閱纹瑱C(jī)本身能提供的有限的I/O口中的許多都有復(fù)用功能，當(dāng)這些口被復(fù)用功能占用后，留給用戶(hù)系統(tǒng)的I/O口就不多了。在進(jìn)行I/O口擴(kuò)展時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:（1）I/O口尋址空間。在MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，擴(kuò)展的I/O口與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器占用統(tǒng)一編址的64K存儲(chǔ)空間，而與外部程序存儲(chǔ)器空間無(wú)關(guān)。指令上擴(kuò)展I/O口具有與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相同的尋址方式，且地址總線、數(shù)據(jù)總線與控制總線的連線也與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相同。（2）單片機(jī)提供的I/O口。當(dāng)單片機(jī)本身的I/O口在復(fù)用功能未被使用時(shí)，這些口可當(dāng)作普通的I/O口使用。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*圖5.5所示的是用TTL芯片擴(kuò)展的簡(jiǎn)單I/O口電路。圖5.5(a)中通過(guò)鎖存器74LS273擴(kuò)展8位并行輸出口。在通過(guò)數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展輸出口時(shí),鎖存器被視為一個(gè)外部RAM單元,輸出控制信號(hào)為WR,使用MOVX@DPTR,A指令。當(dāng)單片機(jī)向鎖存器輸出數(shù)據(jù)時(shí),地址信號(hào)P2.7和寫(xiě)信號(hào)WR同時(shí)有效,使或門(mén)輸出低電平接入鎖存器CLK端。當(dāng)WR由低變高時(shí),鎖存器CLK端的信號(hào)上升沿將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)鎖存到輸出端,完成輸出操作。圖5.5(b)所示為用三態(tài)門(mén)74LS245通過(guò)數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展的8位并行輸入接口。三態(tài)門(mén)由P2.7和RD進(jìn)行或控制,使用MOVX@DPTR,A指令。當(dāng)單片機(jī)產(chǎn)生地址信號(hào)和RD信號(hào),經(jīng)或門(mén)產(chǎn)生低電平信號(hào)時(shí),控制三態(tài)門(mén)打開(kāi),輸入信號(hào)便可經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入單片機(jī)內(nèi)部。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*圖5.5TTL芯片擴(kuò)展的簡(jiǎn)單I/O接口電路武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*此外,還可以利用單片機(jī)的串行口和移位寄存器也可以實(shí)現(xiàn)I/O口的擴(kuò)展。這種I/O是通過(guò)串行口把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù),或是把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù),此種擴(kuò)展方法速度較慢,但所擴(kuò)展的I/O口不占用片外I/O口地址。圖5.6(a)所示是利用移位寄存器74LS165（并行輸入串行輸出）擴(kuò)展的8位并行輸入接口電路。單片機(jī)與74LS165的串行輸出端相連的RXD作為串行輸入端,與74LS165的時(shí)鐘輸入端相連的TXD端作為移位脈沖輸出端,控制74LS165數(shù)據(jù)輸出節(jié)拍。移位和置數(shù)過(guò)程通過(guò)單片機(jī)的一根I/O線（如P1.0）來(lái)控制。圖5.6(b)所示是利用串行輸入并行輸出移位寄存器74LS164擴(kuò)展的8位并行輸出接口電路。單片機(jī)與74LS164的數(shù)據(jù)輸入端相連的RXD和TXD分別作為串行數(shù)據(jù)輸出端和移位脈沖輸出端,普通I/O口P1.0用于清除74LS164的輸出數(shù)據(jù)。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*·武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*· 除了以上I/O口的擴(kuò)展方法外，I/O接口的擴(kuò)展還可以通過(guò)專(zhuān)用接口芯片，例如可編程的并行I/O接口芯片8255，圖5.7所示的就是通過(guò)8255進(jìn)行I/O擴(kuò)展的電路。8255由并行I/O端口、數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器、讀/寫(xiě)控制邏輯和A組,B組控制塊四個(gè)邏輯結(jié)構(gòu)組成。8255通過(guò)讀、寫(xiě)控制邏輯實(shí)現(xiàn)全部的工作狀態(tài)。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，8255的讀寫(xiě)操作是通過(guò)單片機(jī)的地址信號(hào)線A0和A1.數(shù)據(jù)信號(hào)線D0～D7，及控制信號(hào)線WR,RD,CS實(shí)現(xiàn)的?！? 在使用可編程接口芯片時(shí),除要有正確的硬件,軟件中應(yīng)增加相應(yīng)的初始化操作。這是因?yàn)?用可編程接口芯片擴(kuò)展I/O口可以通過(guò)軟件靈活方便地選擇接口的工作方式初始化工作主要是根據(jù)應(yīng)用對(duì)芯片的工作方式進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定,使各口線工作在輸入或輸出狀態(tài)。圖5.6利用串行口擴(kuò)展I/O接口電路武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*圖5.7可編程芯片擴(kuò)展I/O接口電路武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*在使用可編程接口芯片時(shí),除要有正確的硬件,軟件中應(yīng)增加相應(yīng)的初始化操作。這是因?yàn)?用可編程接口芯片擴(kuò)展I/O口可以通過(guò)軟件靈活方便地選擇接口的工作方式。初始化工作主要是根據(jù)應(yīng)用對(duì)芯片的工作方式進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定,使各口線工作在輸入或輸出狀態(tài)。（3）常用I/O口擴(kuò)展芯片常用的I/O口擴(kuò)展的TTL芯片有三態(tài)門(mén)（74LS241,74LS244,74LS245）、鎖存器（74LS273,74LS273,74LS374）、串行輸入/并行輸出移位寄存器（74LS164,74LS595）、并行輸入/串行輸出寄存器（74LS165,74LS166）和可編程I/O接口芯片（8255,8155）等。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*4.其他外圍芯片擴(kuò)展在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及I/O口這些系統(tǒng)主要部件外，還有一些滿(mǎn)足系統(tǒng)應(yīng)用的十分有用的外圍芯片，如中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、鍵盤(pán)、顯示控制器及串行通信控制器等。這些外圍芯片內(nèi)部大都設(shè)有與微處理器芯片的接口電路，接口電路主要由控制命令邏輯電路、狀態(tài)存儲(chǔ)器與設(shè)置電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與緩沖電路三部分組成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)信號(hào)與外圍芯片內(nèi)部信號(hào)的轉(zhuǎn)換工作。由于大部分外圍芯片能與微處理器芯片直接相連，因此在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展，接口電路比較簡(jiǎn)單。圖5.8所示為外圍芯片與微處理器芯片連接的典型電路，中央處理器CPU與外圍芯片連接的信號(hào)主要是總線信號(hào)，包括地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)、讀寫(xiě)控制信號(hào)、定時(shí)信號(hào)、中斷信號(hào)和復(fù)位信號(hào)等。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*圖5.8一般外圍芯片擴(kuò)展電路武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*此外，有些外圍芯片（接口芯片）專(zhuān)門(mén)用來(lái)控制微處理器芯片與外圍設(shè)備的連接，它們與外圍設(shè)備連接的信號(hào)主要是輸入/輸出控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。不同的控制方式下，接口信號(hào)的復(fù)雜程度也不同。由于中斷接口與DMA接口的控制信號(hào)更為復(fù)雜，因此通常要由接口芯片提供專(zhuān)用控制信號(hào)才能完成數(shù)據(jù)傳輸。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中用到的外圍芯片較常見(jiàn)的有:可編程控制器8259，可編程直接存儲(chǔ)器存取控制器（DMA）8237,8257；可編程CRT控制器8275,8276,MC6845,MC6847，可編程鍵盤(pán)、顯示接口8279；可編程通信接口8250,8251；可編程定時(shí)器8253,8254；點(diǎn)陣式打印機(jī)控制器8295；A/D和D/A轉(zhuǎn)換芯片等。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*15.3.1Freescale

HCS12單片機(jī)

系列簡(jiǎn)介25.3.2Freescale

HCS12單片機(jī)

最小系統(tǒng)武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*介武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*FreescaleHCS12微控制器系列產(chǎn)品是飛思卡爾公司于2002年在68HC12微控制器的基礎(chǔ)上升級(jí)開(kāi)發(fā)出來(lái)的。它是基于16位CPU的控制器,其前身是8位的68HC11微控制器。HCS12系列產(chǎn)品的工作電壓為5V，時(shí)鐘頻率最高為25MHz。該系列產(chǎn)品微控制器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)如下:（1）HCS12的核心①16位HCS12CPU:20位ALU，指令隊(duì)列，增強(qiáng)型索引尋址；②多種外部總線接口（MEBI）；③模塊映射控制機(jī)制（MMC）；④中斷控制（INT）；介武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*·

⑤斷點(diǎn)（BKP）；⑥背景調(diào)試模塊（BDM）。（2）CRG時(shí)鐘和復(fù)位發(fā)生器①鎖相環(huán)（PLL）；②看門(mén)狗（COP

WATCHDOG）；③實(shí)時(shí)中斷（RTI）；④時(shí)鐘監(jiān)視器（CM）。（3）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)。介武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*·

（4）存儲(chǔ)器HCS12存儲(chǔ)器有內(nèi)部寄存器、RAM、EEPROM和FLASH/ROM。每個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，共有64K個(gè)地址，用4位十六進(jìn)制數(shù)表示（0000H~FFFFH）。存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放一個(gè)8位二進(jìn)制信息，這就是存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元內(nèi)的內(nèi)容。不同的存儲(chǔ)器占用不同的存儲(chǔ)空間。（5）2個(gè)8通道A/D轉(zhuǎn)換器HCS12內(nèi)置了2個(gè)10位/8位的A/D模塊:ATD0和ATD1。HCS12的ATD是逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，它內(nèi)置多路器，精度為2LSB，無(wú)需外部采樣保持電路。HCS12ATD在寄存器區(qū)內(nèi)共有28個(gè)寄存器，其中3個(gè)僅用于HCS12生產(chǎn)線的內(nèi)部調(diào)試。HCS12ATD的最高轉(zhuǎn)換頻率約為2MHz，ATD模塊的特點(diǎn)如下:簡(jiǎn)武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*8位/10位精度可選擇；8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間僅需6μs,10位數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間僅需7μs；具有采樣緩沖器和放大器；可編程采樣時(shí)間；···

數(shù)據(jù)可選擇左/右對(duì)齊方式和無(wú)符號(hào)/有符號(hào)數(shù)據(jù)方式；··轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志和轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷；外部觸發(fā)控制；模擬輸入的8個(gè)通道為復(fù)用方式,采用多通道掃描方式；模擬/數(shù)字輸入引腳復(fù)用；可選擇單次轉(zhuǎn)換模式或連續(xù)轉(zhuǎn)換模式。介武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*·（6）3個(gè)1Mb/s的CAN總線模塊,兼容CAN2.0A/B①5個(gè)接收緩沖器，3個(gè)發(fā)送緩沖器；②4個(gè)獨(dú)立的中斷通道（發(fā)送中斷、接收中斷、錯(cuò)誤中斷和喚醒中斷）；③低通濾波器喚醒功能。（7）增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器（ECT）ECT功能相當(dāng)于高速的I/O口，由一個(gè)16位自由運(yùn)行計(jì)數(shù)器、8個(gè)16位的輸入捕捉/輸出比較通道、一個(gè)16位脈沖累加器以及一個(gè)16位模數(shù)遞減計(jì)數(shù)器（MDC）組成。HCS12ECT有以下特點(diǎn):4個(gè)具有16位緩沖寄存器的輸入捕捉通道；4個(gè)8位脈沖累加器可以通過(guò)級(jí)聯(lián)形成2個(gè)16位的脈沖累加器；介武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*·

1個(gè)具有4位預(yù)分頻的16位遞減模/數(shù)計(jì)數(shù)器；4個(gè)可選的延遲計(jì)數(shù)器用來(lái)增強(qiáng)輸入抗干擾能力。（8）8個(gè)PWM通道①每個(gè)通道的周期和占空比由程序決定；②8個(gè)8通道或16個(gè)4通道；③各通道獨(dú)立控制；④脈沖在周期內(nèi)中心對(duì)稱(chēng)或左對(duì)齊輸出；⑤可編程時(shí)鐘選擇邏輯；⑥緊急事件關(guān)斷輸入；⑦可作為中斷輸入。簡(jiǎn)介武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*·（9）串行口①2個(gè)異步串行通信接口（SCI）SCI是一種采用標(biāo)準(zhǔn)的不歸零數(shù)據(jù)NRZ格式的異步串行通信接口，它內(nèi)置獨(dú)立的波特率產(chǎn)生電路和SCI收發(fā)器，可以選擇8或9個(gè)數(shù)據(jù)位（其中9位數(shù)據(jù)格式的第9位可由SCI控制寄存器的M位指定位奇或偶校驗(yàn)位）。發(fā)送和接收的奇偶校驗(yàn)位可以選擇是否由硬件生成。SCI的特點(diǎn)是:雙線串行接口，標(biāo)準(zhǔn)NRZ格式，硬件自動(dòng)生成奇偶標(biāo)志，全雙工操作，獨(dú)立波特率產(chǎn)生邏輯，獨(dú)立的發(fā)送器和接收器允許控制位，通信中采用中斷驅(qū)動(dòng)機(jī)制，具有回送方式，可以監(jiān)視發(fā)送器的輸出，實(shí)現(xiàn)通信過(guò)程的自診斷。②2個(gè)同步串行設(shè)備接口（SPI）SPI系統(tǒng)的時(shí)鐘源是總線時(shí)鐘，可以通過(guò)設(shè)置SPI波特率寄存器來(lái)選擇分頻系數(shù)。HCS12SPI的核心是一個(gè)8位移位寄存器，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，在時(shí)鐘信號(hào)SCK的控制下，數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)從8位移位寄存器移出或移入。SPI數(shù)據(jù)寄存器有SPI控制寄存器 1（SPICR1）和SPI控制器2（SPICR2）設(shè)置。SPI狀態(tài)寄存器可以通過(guò)設(shè)置改變SPI的工作狀態(tài)。當(dāng)SPI系統(tǒng)使能時(shí)，PORTS端口的PS7～PS4四個(gè)引腳將分別為SPI的MISO,MOSI,SCK,引腳。SPI有三種工作模式:主機(jī)模式、從機(jī)模式和雙工模式。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*介武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*·

（10）總線①兼容總線標(biāo)準(zhǔn)；②多組總線模塊。（11）LQFP-112和QFP-80封裝選擇①5V輸入和帶驅(qū)動(dòng)能力I/O；②5

V

A/D轉(zhuǎn)換器輸入；③50

MHz系統(tǒng)頻率；④單線背景調(diào)試模塊；⑤片上硬件斷點(diǎn)。 MC9S12DG128芯片是全國(guó)智能汽車(chē)競(jìng)賽組委會(huì)指定各參賽隊(duì)使用的FreescaleHCS12系列中的一款芯片，本節(jié)介紹以MC9S12DG128芯片為核心的最小系統(tǒng)的組成，如圖5.9所示。該最小系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分:時(shí)鐘電路、串口電路、BDM接口、供電電路、復(fù)位電路和調(diào)試用LED燈。各個(gè)部分的功能分別如下:（1）時(shí)鐘電路為單片機(jī)提供一個(gè)外接的16Hz的石英晶振。 （2）串口的RS-232驅(qū)動(dòng)電路可實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS-232之間的轉(zhuǎn)換。（3）BDM接口允許用戶(hù)通過(guò)該接口向單片機(jī)下載和調(diào)試程序。（4）供電電路主要是給單片機(jī)提供+5V的電源。（5）復(fù)位電路是通過(guò)一個(gè)復(fù)位芯片給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)。（6）調(diào)試用LED燈和單片機(jī)的PORTB口相連，供程序調(diào)試使用。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*1.時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是單片機(jī)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵之一。如果時(shí)鐘電路在設(shè)計(jì)上存在問(wèn)題，會(huì)造成時(shí)鐘電路不穩(wěn)定，且時(shí)鐘電路的高頻噪聲會(huì)引起系統(tǒng)的兼容性下降，會(huì)成為系統(tǒng)永久的隱患。這種不穩(wěn)定因素帶來(lái)的不可靠性會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試工作帶來(lái)極大的困難，設(shè)計(jì)人員一般很難發(fā)現(xiàn)會(huì)是由于時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)不合理或輔助元器件參數(shù)有問(wèn)題造成的。因此，時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)需要引起初學(xué)者的重視，在輔助元器件參數(shù)的選擇、印刷電路板的布線等方面需要給予很大程度的重視。對(duì)于初學(xué)者，在設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路時(shí)，可以首先使用有源振蕩器作為外部時(shí)鐘，并且振蕩器的頻率不必太高，積累足夠的經(jīng)驗(yàn)后再使用頻率更高的晶振。若使用無(wú)源石英晶振時(shí)，也可以不使用內(nèi)部鎖相環(huán)倍頻電路。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*標(biāo)準(zhǔn)的MC9S12DG128單片機(jī)的時(shí)鐘電路,通過(guò)把一個(gè)16 MHz的外部晶振接到單片機(jī)的外部晶振輸入接口EXTAL和XTAL上,然后利用MC9S12DG128內(nèi)部的壓控振蕩器（VCO）和鎖相環(huán)（PLL）把這個(gè)頻率提高到25 MHz,使之作為單片機(jī)工作的內(nèi)部總線時(shí)鐘。值得注意的是,MC9S12DG128單片機(jī)的外時(shí)鐘電路既可以使用串聯(lián)振蕩電路,也可以使用并聯(lián)振蕩電路。使用串聯(lián)振蕩電路時(shí),XCLKS引腳即PE7引腳要拉低,而使用并聯(lián)振蕩電路或外部有源振蕩器時(shí),該引腳要拉高。因此,在最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,通常會(huì)設(shè)計(jì)一處跳線,方便選擇外部有源振蕩器還是串聯(lián)振蕩電路。圖5.10所示是最小系統(tǒng)外接無(wú)源晶振的接口電路。若直接使用有源振蕩器,則可以接一個(gè)16 MHz的外部有源晶體振蕩器,經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部分頻后得到一個(gè)8 MHz的總線時(shí)鐘。由于EXTAL的輸入電壓為2.5 V,故有源晶體振蕩器輸出的時(shí)鐘信號(hào)必須經(jīng)分壓后才可以和EXTAL連接。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*圖5.10最小系統(tǒng)外接無(wú)源晶振的接口電路武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*對(duì)于鎖相環(huán)模塊,需要加上一個(gè)如圖5.11所示的濾波器電路。其中,VDDPLL引腳由單片機(jī)內(nèi)部提供2.5V電壓,XFC端是壓控振蕩器（VCO）的電壓控制端,通過(guò)給鎖相環(huán)電路編程,以數(shù)字方式鎖定VCO的控制端電。而Cs,Cp和Rs的取值與晶振、REFDV寄存器和SYNR寄存器有關(guān),需要通過(guò)計(jì)算得出,若其參數(shù)選擇不當(dāng),會(huì)使得VCO的控制端電壓抖動(dòng),導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常。圖5.11鎖相環(huán)濾波電路武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*時(shí)鐘電路的振蕩器一方面為單片機(jī)系統(tǒng)提供時(shí)鐘，另一方面時(shí)鐘電路又是一個(gè)很強(qiáng)的高頻干擾源，因此，為避免對(duì)電路板上其他元件造成高頻干擾，時(shí)鐘電路部分的印刷電路板的設(shè)計(jì)要做得特別講究。在設(shè)計(jì)印刷線路板的布線時(shí)，為使系統(tǒng)的電磁兼容性得到保證，單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘電路和單片機(jī)電源電路印刷線路板布線必須滿(mǎn)足以下的原則:（1）時(shí)鐘產(chǎn)生器盡量靠近用到該時(shí)鐘的器件。（2）盡量讓時(shí)鐘信號(hào)回路周?chē)妶?chǎng)趨近于零。要用地線將時(shí)鐘區(qū)圈起來(lái)，時(shí)鐘線要盡量短。（3）石英晶振的外殼要接地。（4）在石英晶振的下面和對(duì)噪聲特別敏感的器件下面不要布線。（5）鎖相環(huán)的濾波電路要盡量靠近MCU。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*·（6）單片機(jī)的每個(gè)電源端和接地端都要接一個(gè)去耦電容,去耦電容要盡量靠近MCU。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*·對(duì)于給單片機(jī)不同電源端供電的VDD線也要遵循上述規(guī)則，如模擬電路供電端VDDA.給單片機(jī)I/O模塊供電端VDDX、給MCU內(nèi)部電壓調(diào)整器供電端VDDR等。片內(nèi)的電壓調(diào)整器向片內(nèi)各模塊輸出多種不同規(guī)格的電壓，如VDD1,VDD2，需要外接濾波電容時(shí)，一定不要省略。特別是時(shí)鐘、鎖相環(huán)電路的電源端VDDPLL，是由內(nèi)部電壓調(diào)整器給出的2.5V電壓，因此一定要接濾波器件。A/D變換用的參考電壓端的供電也要經(jīng)過(guò)特殊的處理才能保證A/D變換的精度。2.串行口的RS-232驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)串口驅(qū)動(dòng)電路中的RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片，單片機(jī)可以利用異步通信協(xié)議與PC機(jī)通信。RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片可以實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換，然后再通過(guò)9芯串行口與PC進(jìn)行串口通信。3.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(duì)電源的高頻干擾。4.復(fù)位電路復(fù)位電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)低電壓信號(hào)給MC9S12DG128的RESET端，使系統(tǒng)上電啟動(dòng)。在最小系統(tǒng)中，通常使用低電壓復(fù)位芯片MC34064，使上電復(fù)位更加可靠。而在設(shè)計(jì)系統(tǒng)目標(biāo)板時(shí)，也可以只用一只0.1 F的電容替代電路中的MC34064。同時(shí)，在系統(tǒng)目標(biāo)板上通常添加一個(gè)手動(dòng)復(fù)位按鈕，以方便調(diào)試時(shí)使用。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院*5.BDM接口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)下載程序用的。若下載相應(yīng)的BDM調(diào)試工具軟件到目標(biāo)板后，這塊目標(biāo)板就具有了BDM調(diào)試器功能。BDMOUT接口是當(dāng)開(kāi)發(fā)上的應(yīng)用程序?yàn)锽DM調(diào)試器程序時(shí)，此接口可以用做BDM調(diào)試器的輸出口。如果不打算將這塊目標(biāo)板用做BDM調(diào)試器，可以不引出BDMOUT接口，從而有更多的I/O口可供用戶(hù)的應(yīng)用程序使用。6.單片機(jī)并行口及驅(qū)動(dòng)能力并行口模塊是單片機(jī)中最簡(jiǎn)單的I/O模塊，其他功能模塊如SCI,SPI,PWM,CAN等在不作為相應(yīng)功能模塊使用時(shí)，也可以作為并行口模塊使用。如果在單片機(jī)的并行口上連接一些發(fā)光二極管（LED），可用于調(diào)試時(shí)顯示系統(tǒng)應(yīng)用程序的某些狀態(tài)。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)