學(xué)做智能車-挑戰(zhàn)飛思卡爾之5微控制器 增強版

1、第5章 智能汽車設(shè)計基礎(chǔ)微控制器淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.1 單片機簡介15.2 單片機系統(tǒng)25.3 Freescale HCS12單片機 3第5章 智能汽車設(shè)計基礎(chǔ)微控制器 思考題4淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.1 單片機簡介 隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及發(fā)展，將計算機的CPU、RAM、ROM、定時/數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，因此單片機早期的含義稱為單片微型計算機（Single Chip Microcomputer），直譯為單片機，又稱為微控制器（Microcontroller）或嵌入式控制器（Embedded Controller）。近年來

2、，單片機結(jié)合專用集成電路（Application Specific Integrated Circuit, ASIC）和精簡指令集計算機（Reduced Instruction Set Computer, RISC）技術(shù)，發(fā)展為嵌入式處理器（Embedded Processor），適用于數(shù)據(jù)與數(shù)值分析、信號處理、智能機器人及圖像處理等高技術(shù)領(lǐng)域。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2 單片機系統(tǒng)1 5.2.1 單片機最小系統(tǒng)2 5.5.2 單片機系統(tǒng)的擴展淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.1 單片機最小系統(tǒng) 所謂單片機最小系統(tǒng)，是指在單片機外部增加盡可能少的元件電路，組成一個讓單片機

3、可獨立工作的系統(tǒng)。以MCS-51系列單片機為例，圖5.1和圖5.2所示的分別是使用單片機內(nèi)部程序存儲器和單片外部程序存儲器組成的單片機最小系統(tǒng)。在圖5.2中，8031的程序存儲器是通過使用外部程序存儲器EPROM實現(xiàn)的。74LS373是一種8D透明鎖存器，其作用是存儲單片機P0口輸出的對EPROM取指令用的低8位地址。這兩個最小系統(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。時鐘電路均采用內(nèi)部振蕩方式，外接一個頻率為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外部，因此，對外部程序存儲器來說，單片機的取指令操作有效的。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更

4、多資料！5.2.1 單片機最小系統(tǒng)圖5.1 完全使用單片機內(nèi)部程序存儲器的單片機最小系統(tǒng)淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.1 單片機最小系統(tǒng) 圖5.2 使用單片機外部程序存儲器的單片機最小系統(tǒng)淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計中，雖然單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng)擁有較高的性價比，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，往往需要連接各種設(shè)備，形成各種接口通道。因此，單片機系統(tǒng)的擴展成了單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計中最常遇到的也是不可避免的問題。 單片機系統(tǒng)的擴展包括數(shù)據(jù)存儲器（RAM）擴展、程序存儲器（ROM/EPROM）擴展、輸入/輸出

5、（I/O）擴展、定時/計數(shù)器擴展、中斷系統(tǒng)擴展及其他特殊功能擴展。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展 1程序存儲器擴展 單片機系統(tǒng)擴展中，最常見的是程序存儲器擴展，在擴展時需注意以下幾方面的問題： （1）可分配地址空間。在MCS-51系列單片機中，程序存儲器可占用0000 HFFFF 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，但它們實際上是兩個相互對立的存儲空間。硬件上程序存儲器通過使用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。 （2）地址譯碼電路。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，程序存儲器的容量越來越大，僅需使用

6、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，在擴充多片程序存儲器時，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。這是因為程序機器碼在存儲空間中需要連續(xù)放置，因此各存儲器占用的程序存儲器空間必須相互連續(xù)。另外，分配給程序存儲器的地址范圍還必須包含單片機的啟動程序。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展 （3）程序存儲器擴展方法。其他接口擴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程序存儲器擴展電路如

7、圖5.3所示。圖5.3(a)中系統(tǒng)只擴展一片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)。 （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 2716（2K 8）, 2732（4K 8）, 2764（8K 8）, 27128（16K 8）, 27256（32K 8）和27512（64K 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應(yīng)用系統(tǒng)程序存儲器擴展中得到越來越廣泛的使用。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資

8、料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展圖5.3 EPROM程序存儲器擴展電路 圖5.3 EPROM程序存儲器擴展電路淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展2數(shù)據(jù)存儲器擴展在單片機系統(tǒng)擴展中，最常見的數(shù)據(jù)存儲器擴展是靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM的擴展，在擴展時應(yīng)注意以下幾個方面的問題：（1）存儲器地址空間。在MCS-51系列單片機中，任何擴展的數(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。因為數(shù)據(jù)存儲器與I/O口是統(tǒng)一編址的，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/寫控制可以通過RD和W

9、R指令，地址總線和數(shù)據(jù)總線則與程序存儲器共用。（3）數(shù)據(jù)存儲器擴展方法。圖5.4所示的是數(shù)據(jù)存儲器擴展電路。除了在讀寫控制上使用不同信號和不同指令外，數(shù)據(jù)存儲器擴展方法與程序存儲器擴展方法是一樣的。（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 6116（2K8）, 6264（8K8）和62256（32K8）等。另外，電可擦除只讀存儲器、E2PROM 2816（2K8）和E2PROM2864（8K8）等也可作為數(shù)據(jù)存儲器使用。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展 圖5.4 RAM數(shù)據(jù)存儲器擴展電路淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴

10、展3輸入/輸出（I/O）口擴展大部分單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中都不可避免地要進(jìn)行I/O口擴展。因為單片機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)行I/O口擴展時，應(yīng)注意以下幾個方面的問題：（1）I/O口尋址空間。在MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，擴展的I/O口與數(shù)據(jù)存儲器占用統(tǒng)一編址的64K存儲空間，而與外部程序存儲器空間無關(guān)。指令上擴展I/O口具有與數(shù)據(jù)存儲器相同的尋址方式，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)存儲器相同。（2）單片機提供的I/O口。當(dāng)單片機本身的I/O口在復(fù)用功能未被使用時，這些口可當(dāng)作普通的I/O口

11、使用。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展 圖5.5所示的是用TTL芯片擴展的簡單I/O口電路。圖5.5(a)中通過鎖存器74LS273擴展8位并行輸出口。在通過數(shù)據(jù)總線擴展輸出口時，鎖存器被視為一個外部RAM單元，輸出控制信號為WR，使用MOVX DPTR, A指令。當(dāng)單片機向鎖存器輸出數(shù)據(jù)時，地址信號P2.7和寫信號WR同時有效，使或門輸出低電平接入鎖存器CLK端。當(dāng)WR由低變高時，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通過數(shù)據(jù)總線擴展的8位并行輸入接口。三態(tài)門由P2.7和RD進(jìn)行或控制，

12、使用MOVX DPTR, A指令。當(dāng)單片機產(chǎn)生地址信號和RD信號，經(jīng)或門產(chǎn)生低電平信號時，控制三態(tài)門打開，輸入信號便可經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入單片機內(nèi)部。 淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展 圖5.5 TTL芯片擴展的簡單I/O接口電路淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展 此外，還可以利用單片機的串行口和移位寄存器也可以實現(xiàn)I/O口的擴展。這種I/O是通過串行口把串行數(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)，此種擴展方法速度較慢，但所擴展的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）擴展

13、的8位并行輸入接口電路。單片機與74LS165的串行輸出端相連的RXD作為串行輸入端，與74LS165的時鐘輸入端相連的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)過程通過單片機的一根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寄存器74LS164擴展的8位并行輸出接口電路。單片機與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)。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展 除了以上I/O口的擴展方法外，I/O接口的擴展還可以通過

14、專用接口芯片，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8255進(jìn)行I/O擴展的電路。 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組控制塊四個邏輯結(jié)構(gòu)組成。8255通過讀、寫控制邏輯實現(xiàn)全部的工作狀態(tài)。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，8255的讀寫操作是通過單片機的地址信號線A0和A1、數(shù)據(jù)信號線D0D7，及控制信號線WR, RD, CS實現(xiàn)的。 在使用可編程接口芯片時，除要有正確的硬件，軟件中應(yīng)增加相應(yīng)的初始化操作。這是因為，用可編程接口芯片擴展I/O口可以通過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)用對芯片的工作方式進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定，使各口線

15、工作在輸入或輸出狀態(tài)。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展 圖5.6 利用串行口擴展I/O接口電路淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展 圖5.7 可編程芯片擴展I/O接口電路淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展 在使用可編程接口芯片時，除要有正確的硬件，軟件中應(yīng)增加相應(yīng)的初始化操作。這是因為，用可編程接口芯片擴展I/O口可以通過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口擴展芯片 常用的I/O口擴展的TTL芯片有三態(tài)門（7

16、4LS241, 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。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！ 5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展4其他外圍芯片擴展在單片機應(yīng)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)應(yīng)用的十分有用的外圍芯片，如中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器、鍵盤、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

17、，接口電路主要由控制命令邏輯電路、狀態(tài)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，用來實現(xiàn)單片機信號與外圍芯片內(nèi)部信號的轉(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，因此在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中擴展，接口電路比較簡單。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、定時信號、中斷信號和復(fù)位信號等。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！ 5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展 圖5.8 一般外圍芯片擴展電路淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！ 5.2.2 單片機系統(tǒng)的擴展此外，有些外圍芯片（接口芯片）專門用來控制

18、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專用控制信號才能完成數(shù)據(jù)傳輸。在單片機應(yīng)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（DMA）8237, 8257；可編程CRT控制器8275, 8276, MC6845, MC6847，可編程鍵盤、顯示接口8279；可編程通信接口8250, 8251；可編程定時器8253, 8254；點陣式打印機控制器8295；A/D和D/A轉(zhuǎn)換芯片等。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟

19、，獲取更多資料！5.3 Freescale HCS12單片機1 5.3.1 Freescale HCS12單片機 系列簡介 2 5.3.2 Freescale HCS12單片機 最小系統(tǒng) 淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！ 5.3.1 Freescale HCS12單片機系列簡介 Freescale HCS12微控制器系列產(chǎn)品是飛思卡爾公司于2002年在68HC12微控制器的基礎(chǔ)上升級開發(fā)出來的。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5 V，時鐘頻率最高為25 MHz。該系列產(chǎn)品微控制器的結(jié)構(gòu)及特點如下：（1）HCS12的核心 16位H

20、CS12CPU：20位ALU，指令隊列，增強型索引尋址； 多種外部總線接口（MEBI）； 模塊映射控制機制（MMC）； 中斷控制（INT）；淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！ 5.3.1 Freescale HCS12單片機系列簡介 斷點（BKP）； 背景調(diào)試模塊（BDM）。（2）CRG時鐘和復(fù)位發(fā)生器 鎖相環(huán)（PLL）； 看門狗（COP WATCHDOG）； 實時中斷（RTI）； 時鐘監(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)。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.1 Freescale HCS12單片機系列簡介（4）存儲器HCS12存儲器有內(nèi)部寄存器、R

21、AM、EEPROM和FLASH/ROM。每個存儲單元對應(yīng)一個地址，共有64K個地址，用4位十六進(jìn)制數(shù)表示（0000HFFFFH）。存儲器中每個存儲單元可存放一個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。（5）2個8通道A/D轉(zhuǎn)換器HCS12內(nèi)置了2個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，無需外部采樣保持電路。HCS12ATD在寄存器區(qū)內(nèi)共有28個寄存器，其中3個僅用于HCS12生產(chǎn)線的內(nèi)部調(diào)試。HCS12ATD的最高轉(zhuǎn)換頻率約為2 MHz，ATD模塊的特點如下：淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)

22、盟，獲取更多資料！5.3.1 Freescale HCS12單片機系列簡介 8位/10位精度可選擇； 8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間僅需6 s，10位數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間僅需7 s； 具有采樣緩沖器和放大器； 可編程采樣時間； 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。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.1 Freescale HCS12單片機系列簡介（6）3個1 Mb/s的CAN總線模塊，兼容CAN2.0 A/B 5個接收緩沖器，3個發(fā)送

23、緩沖器； 4個獨立的中斷通道（發(fā)送中斷、接收中斷、錯誤中斷和喚醒中斷）； 低通濾波器喚醒功能。（7）增強型捕捉定時器（ECT）ECT功能相當(dāng)于高速的I/O口，由一個16位自由運行計數(shù)器、8個16位的輸入捕捉/輸出比較通道、一個16位脈沖累加器以及一個16位模數(shù)遞減計數(shù)器（MDC）組成。HCS12 ECT有以下特點： 4個具有16位緩沖寄存器的輸入捕捉通道； 4個8位脈沖累加器可以通過級聯(lián)形成2個16位的脈沖累加器； 淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.1 Freescale HCS12單片機系列簡介 1個具有4位預(yù)分頻的16位遞減模/數(shù)計數(shù)器； 4個可選的延遲計數(shù)器用來增強輸入抗干擾能力

24、。（8）8個PWM通道 每個通道的周期和占空比由程序決定； 8個8通道或16個4通道； 各通道獨立控制； 脈沖在周期內(nèi)中心對稱或左對齊輸出； 可編程時鐘選擇邏輯； 緊急事件關(guān)斷輸入； 可作為中斷輸入。 淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.1 Freescale HCS12單片機系列簡介（9）串行口 2個異步串行通信接口（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)置獨立的波特率產(chǎn)生電路和SCI收發(fā)器，可以選擇8或9個數(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位）。發(fā)送和接收的奇偶校驗位可以選擇是否由硬件生成。SCI的特點是：雙

25、線串行接口，標(biāo)準(zhǔn)NRZ格式，硬件自動生成奇偶標(biāo)志，全雙工操作，獨立波特率產(chǎn)生邏輯，獨立的發(fā)送器和接收器允許控制位，通信中采用中斷驅(qū)動機制，具有回送方式，可以監(jiān)視發(fā)送器的輸出，實現(xiàn)通信過程的自診斷。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.1 Freescale HCS12單片機系列簡介 2個同步串行設(shè)備接口（SPI）SPI系統(tǒng)的時鐘源是總線時鐘，可以通過設(shè)置SPI波特率寄存器來選擇分頻系數(shù)。HCS12 SPI的核心是一個8位移位寄存器，數(shù)據(jù)傳輸時，在時鐘信號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（SPI

26、CR2）設(shè)置。SPI狀態(tài)寄存器可以通過設(shè)置改變SPI的工作狀態(tài)。當(dāng)SPI系統(tǒng)使能時，PORTS端口的PS7PS4四個引腳將分別為SPI的MISO,MOSI, SCK, 引腳。SPI有三種工作模式：主機模式、從機模式和雙工模式。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.1 Freescale HCS12單片機系列簡介（10）總線 兼容總線標(biāo)準(zhǔn)； 多組總線模塊。（11）LQFP-112和QFP-80封裝選擇 5 V輸入和帶驅(qū)動能力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。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.2 MC9S12DG128最小系

27、統(tǒng)設(shè)計MC9S12DG128芯片是全國智能汽車競賽組委會指定各參賽隊使用的Freescale HCS12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)主要包括以下幾個部分：時鐘電路、串口電路、BDM接口、供電電路、復(fù)位電路和調(diào)試用LED燈。各個部分的功能分別如下：（1）時鐘電路為單片機提供一個外接的16 Hz的石英晶振。（2）串口的RS-232驅(qū)動電路可實現(xiàn)TTL電平與RS-232之間的轉(zhuǎn)換。（3）BDM接口允許用戶通過該接口向單片機下載和調(diào)試程序。（4）供電電路主要是給單片機提供+5 V的電源。（5）復(fù)位電路是通過一個復(fù)位芯片給單片機

28、一個復(fù)位信號。（6）調(diào)試用LED燈和單片機的PORTB口相連，供程序調(diào)試使用。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計1時鐘電路時鐘電路是單片機系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵之一。如果時鐘電路在設(shè)計上存在問題，會造成時鐘電路不穩(wěn)定，且時鐘電路的高頻噪聲會引起系統(tǒng)的兼容性下降，會成為系統(tǒng)永久的隱患。這種不穩(wěn)定因素帶來的不可靠性會給整個系統(tǒng)的調(diào)試工作帶來極大的困難，設(shè)計人員一般很難發(fā)現(xiàn)會是由于時鐘電路設(shè)計不合理或輔助元器件參數(shù)有問題造成的。因此，時鐘電路的設(shè)計需要引起初學(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。對于初學(xué)者，在設(shè)計時

29、鐘電路時，可以首先使用有源振蕩器作為外部時鐘，并且振蕩器的頻率不必太高，積累足夠的經(jīng)驗后再使用頻率更高的晶振。若使用無源石英晶振時，也可以不使用內(nèi)部鎖相環(huán)倍頻電路。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計 標(biāo)準(zhǔn)的MC9S12DG128單片機的時鐘電路，通過把一個16 MHz的外部晶振接到單片機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）把這個頻率提高到25 MHz，使之作為單片機工作的內(nèi)部總線時鐘。值得注

30、意的是，MC9S12DG128單片機的外時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，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，該引腳要拉高。因此，在最小系統(tǒng)的設(shè)計中，通常會設(shè)計一處跳線，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。若直接使用有源振蕩器，則可以接一個16 MHz的外部有源晶體振蕩器，經(jīng)單片機內(nèi)部分頻后得到一個8 MHz的總線時鐘。由于EXTAL的輸入電壓為2.5 V，故有源晶體振蕩器輸出的時鐘信號必須經(jīng)分壓后才可以和EXTAL連接。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.2

31、 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計 圖5.10 最小系統(tǒng)外接無源晶振的接口電路 淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計 對于鎖相環(huán)模塊，需要加上一個如圖5.11所示的濾波器電路。其中，VDDPLL引腳由單片機內(nèi)部提供2.5 V電壓，XFC端是壓控振蕩器（VCO）的電壓控制端，通過給鎖相環(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寄存器和SYNR寄存器有關(guān)，需要通過計算得出，若其參數(shù)選擇不當(dāng)，會使得VCO的控制端電壓抖動，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常。 圖5.11 鎖相環(huán)濾波電路 淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！ 5

32、.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計 時鐘電路的振蕩器一方面為單片機系統(tǒng)提供時鐘，另一方面時鐘電路又是一個很強的高頻干擾源，因此，為避免對電路板上其他元件造成高頻干擾，時鐘電路部分的印刷電路板的設(shè)計要做得特別講究。在設(shè)計印刷線路板的布線時，為使系統(tǒng)的電磁兼容性得到保證，單片機系統(tǒng)時鐘電路和單片機電源電路印刷線路板布線必須滿足以下的原則：（1）時鐘產(chǎn)生器盡量靠近用到該時鐘的器件。（2）盡量讓時鐘信號回路周圍電場趨近于零。要用地線將時鐘區(qū)圈起來，時鐘線要盡量短。（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。淘寶

33、搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計（6）單片機的每個電源端和接地端都要接一個去耦電容，去耦電容要盡量靠近MCU。對于給單片機不同電源端供電的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，一定不要省略。特別是時鐘、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)過特殊的處理才能保證A/D變換的精度。淘

34、寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計2串行口的RS-232驅(qū)動電路通過串口驅(qū)動電路中的RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片，單片機可以利用異步通信協(xié)議與PC機通信。RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片可以實現(xiàn)TTL電平與RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換，然后再通過9芯串行口與PC進(jìn)行串口通信。3電源電路HCS12單片機的芯片內(nèi)部使用3 V電壓，而I/O端口和外部供電電壓為5 V。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)生一個低電壓信號給MC9S12DG128的RESET端，使系統(tǒng)上電啟動。在最小系統(tǒng)中，通常使用低電壓復(fù)位芯片M

35、C34064，使上電復(fù)位更加可靠。而在設(shè)計系統(tǒng)目標(biāo)板時，也可以只用一只0.1 F的電容替代電路中的MC34064。同時，在系統(tǒng)目標(biāo)板上通常添加一個手動復(fù)位按鈕，以方便調(diào)試時使用。淘寶搜索，學(xué)長聯(lián)盟，獲取更多資料！5.3.2 MC9S12DG128最小系統(tǒng)設(shè)計5BDM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)開發(fā)上的應(yīng)用程序為BDM調(diào)試器程序時，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口可供用戶的應(yīng)用程序使用。6單片機并行口及驅(qū)動能力并行口模塊是單片機中最簡單的I/O模塊，其他功能模塊如SCI, SPI, PWM, CAN等在不作為相應(yīng)功能模塊使用時，也可以作為并行口模塊使用。如果在單片機的并行口上連接一些發(fā)光二極管（LED），