第4章智能汽車設(shè)計(jì)基礎(chǔ)—微控制器ppt課件

1、第4章 智能汽車設(shè)計(jì)根底微控制器.5.1 單片機(jī)簡介15.2 單片機(jī)系統(tǒng)25.3 Freescale HCS12單片機(jī) 3第5章 智能汽車設(shè)計(jì)根底微控制器 思索題45.1 單片機(jī)簡介 隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及開展，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，構(gòu)成芯片級的計(jì)算機(jī)，因此單片機(jī)早期的含義稱為單片微型計(jì)算機(jī)Single Chip Microcomputer，直譯為單片機(jī)，又稱為微控制器Microcontroller或嵌入式控制器Embedded Controller。近年來，單片機(jī)結(jié)合公用集成電路Application Specific Integr

2、ated Circuit, ASIC和精簡指令集計(jì)算機(jī)Reduced Instruction Set Computer, RISC技術(shù)，開展為嵌入式處置器Embedded Processor，適用于數(shù)據(jù)與數(shù)值分析、信號處置、智能機(jī)器人及圖像處置等高技術(shù)領(lǐng)域。5.2 單片機(jī)系統(tǒng)1 5.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)2 5.5.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展5.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 所謂單片機(jī)最小系統(tǒng)，是指在單片機(jī)外部添加盡能夠少的元件電路，組成一個(gè)讓單片機(jī)可獨(dú)立任務(wù)的系統(tǒng)。以MCS-51系列單片機(jī)為例，圖5.1和圖5.2所示的分別是運(yùn)用單片機(jī)內(nèi)部程序存儲器和單片外部程序存儲器組成的單片機(jī)最小系統(tǒng)。在圖5.2中，

3、8031的程序存儲器是經(jīng)過運(yùn)用外部程序存儲器EPROM實(shí)現(xiàn)的。74LS373是一種8D透明鎖存器，其作用是存儲單片機(jī)P0口輸出的對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10 F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12 MHz的晶體振蕩器。圖5.2中，從接地，我們可以得知程序存儲器在單片機(jī)外部，因此，對外部程序存儲器來說，單片機(jī)的取指令操作有效的。5.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖5.1 完全運(yùn)用單片機(jī)內(nèi)部程序存儲器的單片機(jī)最小系統(tǒng)5.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖5.2 運(yùn)用單片機(jī)外部程序存儲器的單片機(jī)最小系統(tǒng)5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)

4、展 在單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，雖然單片機(jī)的最小運(yùn)用系統(tǒng)擁有較高的性價(jià)比，但在功能很復(fù)雜的系統(tǒng)中，最小系統(tǒng)往往不能滿足要求，往往需求銜接各種設(shè)備，構(gòu)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)運(yùn)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中最常遇到的也是不可防止的問題。 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展包括數(shù)據(jù)存儲器RAM擴(kuò)展、程序存儲器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。5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展 1程序存儲器擴(kuò)展 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展中，最常見的是程序存儲器擴(kuò)展，在擴(kuò)展時(shí)需留意以下幾方面的問題： 1可分配地址空間。在MCS-51系列單片機(jī)中，程序存儲器可占用0000 HFFF

5、F H間64 K的存儲空間。雖然地址可與數(shù)據(jù)存儲器或I/O口重疊，但它們實(shí)踐上是兩個(gè)相互對立的存儲空間。硬件上程序存儲器經(jīng)過運(yùn)用PSEN而不是用RD進(jìn)展控制讀操作；軟件上用MOVC而非MOVX執(zhí)行讀操作命令。 2地址譯碼電路。隨著大規(guī)模集成電路的開展，程序存儲器的容量越來越大，僅需運(yùn)用一兩片芯片就可滿足系統(tǒng)對容量的要求，因此地址譯碼通常采用直接或用反相器產(chǎn)生片選信號的方式。但是，在擴(kuò)展多片程序存儲器時(shí)，地址譯碼普通采用譯碼器方式，以獲得地址范圍延續(xù)而又不相重疊的片選信號。這是由于程序機(jī)器碼在存儲空間中需求延續(xù)放置，因此各存儲器占用的程序存儲器空間必需相互延續(xù)。另外，分配給程序存儲器的地址范圍還

6、必需包含單片機(jī)的啟動程序。5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展 3程序存儲器擴(kuò)展方法。其他接口擴(kuò)展芯片與程序存儲器共用地址總線、數(shù)據(jù)總線和部分控制總線。其中控制總線有ALE低8位地址信號鎖存控制、PSEN外部程序存儲器讀控制。EPROM程序存儲器擴(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，假設(shè)P2.i等于0，就選擇了EPROM(1)，假設(shè)P2.i等于1，就選擇了EPROM(2)。 4常用程序存儲器芯片。程序存儲器芯片最常見的是Intel公司的典型系統(tǒng)芯片 27162K 8, 27324K 8, 27648

7、K 8, 2712816K 8, 2725632K 8和2751264K 8等。近年來大容量EPROM芯片不斷涌現(xiàn)，2764以上的大容量芯片在單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)程序存儲器擴(kuò)展中得到越來越廣泛的運(yùn)用。5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展圖5.3 EPROM程序存儲器擴(kuò)展電路 圖5.3 EPROM程序存儲器擴(kuò)展電路5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展2數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展在單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展中，最常見的數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展是靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器SRAM的擴(kuò)展，在擴(kuò)展時(shí)應(yīng)留意以下幾個(gè)方面的問題：1存儲器地址空間。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，但可以和程序存儲器地址重疊。由于數(shù)據(jù)

8、存儲器與I/O口是一致編址的，共用0000 HFFFF H間的64K地址空間。2數(shù)據(jù)存儲器讀寫控制。數(shù)據(jù)存儲器與I/O口的讀/寫控制可以經(jīng)過RD和WR指令，地址總線和數(shù)據(jù)總線那么與程序存儲器共用。3數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展方法。圖5.4所示的是數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展電路。除了在讀寫控制上運(yùn)用不同信號和不同指令外，數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展方法與程序存儲器擴(kuò)展方法是一樣的。4常用數(shù)據(jù)存儲器芯片。目前常用數(shù)據(jù)存儲器芯片有SRAM 61162K8, 62648K8和6225632K8等。另外，電可擦除只讀存儲器、E2PROM 28162K8和E2PROM28648K8等也可作為數(shù)據(jù)存儲器運(yùn)用。5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展 圖5.

9、4 RAM數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展電路5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展3輸入/輸出I/O口擴(kuò)展大部分單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都不可防止地要進(jìn)展I/O口擴(kuò)展。由于單片機(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，留給用戶系統(tǒng)的I/O口就不多了。在進(jìn)展I/O口擴(kuò)展時(shí)，應(yīng)留意以下幾個(gè)方面的問題：1I/O口尋址空間。在MCS-51系列單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)中，擴(kuò)展的I/O口與數(shù)據(jù)存儲器占用一致編址的64K存儲空間，而與外部程序存儲器空間無關(guān)。指令上擴(kuò)展I/O口具有與數(shù)據(jù)存儲器一樣的尋址方式，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)存儲器一樣。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

10、功能未被運(yùn)用時(shí)，這些口可當(dāng)作普通的I/O口運(yùn)用。5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展 圖5.5所示的是用TTL芯片擴(kuò)展的簡單I/O口電路。圖5.5(a)中經(jīng)過鎖存器74LS273擴(kuò)展8位并行輸出口。在經(jīng)過數(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，輸出控制信號為WR，運(yùn)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P2.7和寫信號WR同時(shí)有效，使或門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74LS245經(jīng)過數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展的8位并行輸入接口。三態(tài)門由P2.7和RD進(jìn)展

11、或控制，運(yùn)用MOVX DPTR, A指令。當(dāng)單片機(jī)產(chǎn)生地址信號和RD信號，經(jīng)或門產(chǎn)生低電平信號時(shí)，控制三態(tài)門翻開，輸入信號便可經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入單片機(jī)內(nèi)部。 5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展 圖5.5 TTL芯片擴(kuò)展的簡單I/O接口電路5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展 此外，還可以利用單片機(jī)的串行口和移位存放器也可以實(shí)現(xiàn)I/O口的擴(kuò)展。這種I/O是經(jīng)過串行口把串行數(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)所示是利用移位存放器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

12、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)過程經(jīng)過單片機(jī)的一根I/O線如P1.0來控制。圖5.6(b)所示是利用串行輸入并行輸出移位存放器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用于去除74LS164的輸出數(shù)據(jù)。5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展 除了以上I/O口的擴(kuò)展方法外，I/O接口的擴(kuò)展還可以經(jīng)過公用接口芯片，例如可編程的并行I/O接口芯片8255，圖5.7所示的就是經(jīng)過8255進(jìn)展I/O擴(kuò)展的電

13、路。 8255由并行I/O端口、數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器、讀/寫控制邏輯和A組, B組控制塊四個(gè)邏輯構(gòu)造組成。8255經(jīng)過讀、寫控制邏輯實(shí)現(xiàn)全部的任務(wù)形狀。在單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)中，8255的讀寫操作是經(jīng)過單片機(jī)的地址信號線A0和A1、數(shù)據(jù)信號線D0D7，及控制信號線WR, RD, CS實(shí)現(xiàn)的。 在運(yùn)用可編程接口芯片時(shí)，除要有正確的硬件，軟件中應(yīng)添加相應(yīng)的初始化操作。這是由于，用可編程接口芯片擴(kuò)展I/O口可以經(jīng)過軟件靈敏方便地選擇接口的任務(wù)方式。初始化任務(wù)主要是根據(jù)運(yùn)用對芯片的任務(wù)方式進(jìn)展相應(yīng)的設(shè)定，使各口線任務(wù)在輸入或輸出形狀。5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展 圖5.6 利用串行口擴(kuò)展I/O接口電路5.2.2

14、單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展 圖5.7 可編程芯片擴(kuò)展I/O接口電路5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展 在運(yùn)用可編程接口芯片時(shí)，除要有正確的硬件，軟件中應(yīng)添加相應(yīng)的初始化操作。這是由于，用可編程接口芯片擴(kuò)展I/O口可以經(jīng)過軟件靈敏方便地選擇接口的任務(wù)方式。初始化任務(wù)主要是根據(jù)運(yùn)用對芯片的任務(wù)方式進(jìn)展相應(yīng)的設(shè)定，使各口線任務(wù)在輸入或輸出形狀。 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74LS241, 74LS244, 74LS245、鎖存器74LS273, 74LS273, 74LS374、串行輸入/并行輸出移位存放器74LS164, 74LS595、并行輸入/串行輸出存放器74LS165,

15、 74LS166和可編程I/O接口芯片8255, 8155等。 5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展4其他外圍芯片擴(kuò)展在單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)中，除了程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器及I/O口這些系統(tǒng)主要部件外，還有一些滿足系統(tǒng)運(yùn)用的非常有用的外圍芯片，如中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、鍵盤、顯示控制器及串行通訊控制器等。這些外圍芯片內(nèi)部大都設(shè)有與微處置器芯片的接口電路，接口電路主要由控制命令邏輯電路、形狀存儲器與設(shè)置電路、數(shù)據(jù)存儲與緩沖電路三部分組成，用來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)信號與外圍芯片內(nèi)部信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。由于大部分外圍芯片能與微處置器芯片直接相連，因此在單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)中擴(kuò)展，接口電路比較簡單。圖5.8所示為外圍芯片與微處置器芯片銜

16、接的典型電路，中央處置器CPU與外圍芯片銜接的信號主要是總線信號，包括地址信號、數(shù)據(jù)信號、讀寫控制信號、定時(shí)信號、中斷信號和復(fù)位信號等。 5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展 圖5.8 普通外圍芯片擴(kuò)展電路 5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展此外，有些外圍芯片接口芯片專門用來控制微處置器芯片與外圍設(shè)備的銜接，它們與外圍設(shè)備銜接的信號主要是輸入/輸出控制信號和數(shù)據(jù)信號。不同的控制方式下，接口信號的復(fù)雜程度也不同。由于中斷接口與DMA接口的控制信號更為復(fù)雜，因此通常要由接口芯片提供公用控制信號才干完成數(shù)據(jù)傳輸。在單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)中用到的外圍芯片較常見的有：可編程控制器8259，可編程直接存儲器存取控制器DMA82

17、37, 8257；可編程CRT控制器8275, 8276, MC6845, MC6847，可編程鍵盤、顯示接口8279；可編程通訊接口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。5.3 Freescale HCS12單片機(jī)1 5.3.1 Freescale HCS12單片機(jī) 系列簡介 2 5.3.2 Freescale HCS12單片機(jī) 最小系統(tǒng) 5.3.1 Freescale HCS12單片機(jī)系列簡介 Freescale HCS12微控制器系列產(chǎn)品是飛思卡爾公司于2002年在68HC12微控制器的根底上晉級開發(fā)出來的。它是基于

18、16位CPU的控制器，其前身是8位的68HC11微控制器。HCS12系列產(chǎn)品的任務(wù)電壓為5 V，時(shí)鐘頻率最高為25 MHz。該系列產(chǎn)品微控制器的構(gòu)造及特點(diǎn)如下：1HCS12的中心 16位HCS12CPU：20位ALU，指令隊(duì)列，加強(qiáng)型索引尋址； 多種外部總線接口MEBI； 模塊映射控制機(jī)制MMC； 中斷控制INT； 5.3.1 Freescale HCS12單片機(jī)系列簡介 斷點(diǎn)BKP； 背景調(diào)試模塊BDM。2CRG時(shí)鐘和復(fù)位發(fā)生器 鎖相環(huán)PLL； 看門狗COP WATCHDOG； 實(shí)時(shí)中斷RTI； 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)。5.3.1 Freesc

19、ale HCS12單片機(jī)系列簡介4存儲器HCS12存儲器有內(nèi)部存放器、RAM、EEPROM和FLASH/ROM。每個(gè)存儲單元對應(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0000HFFFFH。存儲器中每個(gè)存儲單元可存放一個(gè)8位二進(jìn)制信息，這就是存儲器存儲單元內(nèi)的內(nèi)容。不同的存儲器占用不同的存儲空間。52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，無需外部采樣堅(jiān)持電路。HCS12ATD在存放器區(qū)內(nèi)共有28個(gè)存放器，其中3個(gè)僅用于HCS12消費(fèi)線的內(nèi)部調(diào)試。HCS12ATD的最

20、高轉(zhuǎn)換頻率約為2 MHz，ATD模塊的特點(diǎn)如下：5.3.1 Freescale HCS12單片機(jī)系列簡介 8位/10位精度可選擇； 8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間僅需6 s，10位數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間僅需7 s； 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/右對齊方式和無符號/有符號數(shù)據(jù)方式； 轉(zhuǎn)換終了標(biāo)志和轉(zhuǎn)換終了中斷； 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)換方式或延續(xù)轉(zhuǎn)換方式。5.3.1 Freescale HCS12單片機(jī)系列簡介63個(gè)1 Mb/s的CAN總線模塊，兼容CAN2.0 A/B 5個(gè)接納緩沖器，3個(gè)發(fā)送緩沖器；

21、 4個(gè)獨(dú)立的中斷通道發(fā)送中斷、接納中斷、錯(cuò)誤中斷和喚醒中斷； 低通濾波器喚醒功能。7加強(qiáng)型捕捉定時(shí)器ECTECT功能相當(dāng)于高速的I/O口，由一個(gè)16位自在運(yùn)轉(zhuǎn)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。HCS12 ECT有以下特點(diǎn)： 4個(gè)具有16位緩沖存放器的輸入捕捉通道； 4個(gè)8位脈沖累加器可以經(jīng)過級聯(lián)構(gòu)成2個(gè)16位的脈沖累加器； 5.3.1 Freescale HCS12單片機(jī)系列簡介 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)器用來加強(qiáng)輸入抗干擾才干。88個(gè)PWM通道 每個(gè)通道的周期和占空比由程序決議； 8

22、個(gè)8通道或16個(gè)4通道； 各通道獨(dú)立控制； 脈沖在周期內(nèi)中心對稱或左對齊輸出； 可編程時(shí)鐘選擇邏輯； 緊急事件關(guān)斷輸入； 可作為中斷輸入。 5.3.1 Freescale HCS12單片機(jī)系列簡介9串行口 2個(gè)異步串行通訊接口SCISCI是一種采用規(guī)范的不歸零數(shù)據(jù)NRZ格式的異步串行通訊接口，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控制存放器的M位指定位奇或偶校驗(yàn)位。發(fā)送和接納的奇偶校驗(yàn)位可以選擇能否由硬件生成。SCI的特點(diǎn)是：雙線串行接口，規(guī)范NRZ格式，硬件自動生成奇偶標(biāo)志，全雙工操作，獨(dú)立波特率產(chǎn)生邏輯，獨(dú)立的發(fā)送器和接納器允許控

23、制位，通訊中采用中斷驅(qū)動機(jī)制，具有回送方式，可以監(jiān)視發(fā)送器的輸出，實(shí)現(xiàn)通訊過程的自診斷。5.3.1 Freescale HCS12單片機(jī)系列簡介 2個(gè)同步串行設(shè)備接口SPISPI系統(tǒng)的時(shí)鐘源是總線時(shí)鐘，可以經(jīng)過設(shè)置SPI波特率存放器來選擇分頻系數(shù)。HCS12 SPI的中心是一個(gè)8位移位存放器，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，在時(shí)鐘信號SCK的控制下，數(shù)據(jù)存放器的數(shù)據(jù)從8位移位存放器移出或移入。SPI數(shù)據(jù)存放器有SPI控制存放器 1SPICR1和SPI控制器2SPICR2設(shè)置。SPI形狀存放器可以經(jīng)過設(shè)置改動SPI的任務(wù)形狀。當(dāng)SPI系統(tǒng)使能時(shí)，PORTS端口的PS7PS4四個(gè)引腳將分別為SPI的MISO,MOSI

24、, SCK, 引腳。SPI有三種任務(wù)方式：主機(jī)方式、從機(jī)方式和雙工方式。5.3.1 Freescale HCS12單片機(jī)系列簡介10總線 兼容總線規(guī)范； 多組總線模塊。11LQFP-112和QFP-80封裝選擇 5 V輸入和帶驅(qū)動才干I/O； 5 V A/D轉(zhuǎn)換器輸入； 50 MHz系統(tǒng)頻率； 單線背景調(diào)試模塊； 片上硬件斷點(diǎn)。5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)MC9S12DG128芯片是全國智能汽車競賽組委會指定各參賽隊(duì)運(yùn)用的Freescale HCS12系列中的一款芯片，本節(jié)引見以MC9S12DG128芯片為中心的最小系統(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：

25、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16 Hz的石英晶振。2串口的RS-232驅(qū)動電路可實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS-232之間的轉(zhuǎn)換。3BDM接口允許用戶經(jīng)過該接口向單片機(jī)下載和調(diào)試程序。4供電電路主要是給單片機(jī)提供+5 V的電源。5復(fù)位電路是經(jīng)過一個(gè)復(fù)位芯片給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號。6調(diào)試用LED燈和單片機(jī)的PORTB口相連，供程序調(diào)試運(yùn)用。5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)1時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是單片機(jī)系統(tǒng)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵之一。假設(shè)時(shí)鐘電路在設(shè)計(jì)上存在問題，會呵斥時(shí)鐘電路不穩(wěn)定，且時(shí)鐘電路的高頻噪聲會引起系

26、統(tǒng)的兼容性下降，會成為系統(tǒng)永久的隱患。這種不穩(wěn)定要素帶來的不可靠性會給整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試任務(wù)帶來極大的困難，設(shè)計(jì)人員普通很難發(fā)現(xiàn)會是由于時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)不合理或輔助元器件參數(shù)有問題呵斥的。因此，時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)需求引起初學(xué)者的注重，在輔助元器件參數(shù)的選擇、印刷電路板的布線等方面需求給予很大程度的注重。對于初學(xué)者，在設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路時(shí)，可以首先運(yùn)用有源振蕩器作為外部時(shí)鐘，并且振蕩器的頻率不用太高，積累足夠的閱歷后再運(yùn)用頻率更高的晶振。假設(shè)運(yùn)用無源石英晶振時(shí)，也可以不運(yùn)用內(nèi)部鎖相環(huán)倍頻電路。5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 規(guī)范的MC9S12DG128

27、單片機(jī)的時(shí)鐘電路，經(jīng)過把一個(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)任務(wù)的內(nèi)部總線時(shí)鐘。值得留意的是，MC9S12DG128單片機(jī)的外時(shí)鐘電路既可以運(yùn)用串聯(lián)振蕩電路，也可以運(yùn)用并聯(lián)振蕩電路。運(yùn)用串聯(lián)振蕩電路時(shí)，XCLKS引腳即PE7引腳要拉低，而運(yùn)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)外接無源晶振的接口電路。假設(shè)直接運(yùn)用有源振蕩器，那

28、么可以接一個(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)鐘信號必需經(jīng)分壓后才可以和EXTAL銜接。5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖5.10 最小系統(tǒng)外接無源晶振的接口電路 5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 對于鎖相環(huán)模塊，需求加上一個(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2.5 V電壓，XFC端是壓控振蕩器VCO的電壓控制端，經(jīng)過給鎖相環(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存放器和SY

29、NR存放器有關(guān)，需求經(jīng)過計(jì)算得出，假設(shè)其參數(shù)選擇不當(dāng)，會使得VCO的控制端電壓抖動，導(dǎo)致系統(tǒng)任務(wù)不正常。 圖5.11 鎖相環(huán)濾波電路 5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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，為防止對電路板上其他元件呵斥高頻干擾，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需滿足以下的原那么：1時(shí)鐘產(chǎn)生器盡量接近用到該時(shí)鐘的器件。2盡量讓時(shí)鐘信號回路周圍電場趨近于零。要用地線將時(shí)鐘區(qū)圈起來，時(shí)鐘線要盡量短。

30、3石英晶振的外殼要接地。4在石英晶振的下面和對噪聲特別敏感的器件下面不要布線。5鎖相環(huán)的濾波電路要盡量接近MCU。5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)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，去耦電容要盡量接近MCU。對于給單片機(jī)不同電源端供電的VDD線也要遵照上述規(guī)那么，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，需求外接濾波電容時(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2.5 V電壓，因此一定要接濾波

31、器件。A/D變換用的參考電壓端的供電也要經(jīng)過特殊的處置才干保證A/D變換的精度。5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)2串行口的RS-232驅(qū)動電路經(jīng)過串口驅(qū)動電路中的RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片，單片機(jī)可以利用異步通訊協(xié)議與PC機(jī)通訊。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，然后再經(jīng)過9芯串行口與PC進(jìn)展串口通訊。3電源電路HCS12單片機(jī)的芯片內(nèi)部運(yùn)用3 V電壓，而I/O端口和外部供電電壓為5 V。通常需求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。4復(fù)位電路復(fù)位電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)低電壓信號給MC9S12DG128的RESET端，使系統(tǒng)

32、上電啟動。在最小系統(tǒng)中，通常運(yùn)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)目的板時(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)目的板上通常添加一個(gè)手動復(fù)位按鈕，以方便調(diào)試時(shí)運(yùn)用。5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)5BDM接口BDM接口是銜接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。假設(shè)下載相應(yīng)的BDM調(diào)試工具軟件到目的板后，這塊目的板就具有了BDM調(diào)試器功能。BDMOUT接口是當(dāng)開發(fā)上的運(yùn)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。假設(shè)不計(jì)劃將這塊目的板用做BDM調(diào)試器，可以不引出BDMOUT接口，從而有更多的I/O口可供用戶的運(yùn)用程序運(yùn)用。6單片機(jī)并行口及驅(qū)動才干并行口模塊是單片機(jī)中最簡單的I/O模塊，其他功能模塊如SCI, SPI, PWM, CAN等在不作為相應(yīng)功能模塊運(yùn)用時(shí)，也可以作為并行口模塊運(yùn)用。假設(shè)在單片機(jī)的并行口上銜接一些發(fā)光二極管LED，可用于調(diào)試時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)用程序的