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《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》MC9S12XS單片機(jī)原理
及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)合肥工業(yè)大學(xué)張陽(yáng),吳曄,滕勤
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TEL13505612773《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》第2章
FreescaleHCS12和HCS12X
系列單片機(jī)簡(jiǎn)介
HCS12系列單片機(jī)概述
HCS12X系列單片機(jī)概述
MC9S12XS128簡(jiǎn)介
CPU12(X)核
MC9S12XS128的存儲(chǔ)器映射MC9S12XS128內(nèi)部鎖相環(huán)模塊PLL
《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》前言
目前世界上的單片機(jī)或者微控制器的種類(lèi)繁多,單片機(jī)供應(yīng)商也有很多,例如Freescale、ATMEL、NXP、ST、Microchip、Infineon、TI、NEC等,其中Freescale(飛思卡爾)公司的8位、16位和32位單片機(jī)性能穩(wěn)定、品種齊全,針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域可以選擇不同性能、型號(hào)的單片機(jī)。本章著重介紹Freescale公司的HCS12系列16位單片機(jī)的概況,并和HCS12X系列16位雙核單片機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單比較,最后給出HCS12系列單片機(jī)最小系統(tǒng)中各部分的設(shè)計(jì)方案?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.1HCS12系列單片機(jī)概述2.1.1HCS12系列單片機(jī)的命名規(guī)則①表示質(zhì)量認(rèn)定狀態(tài)。MC表示完全合格產(chǎn)品,XC表示初始產(chǎn)品,PC表示預(yù)測(cè)試產(chǎn)品。②表示存儲(chǔ)器類(lèi)型。無(wú)表示片內(nèi)帶ROM或者片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器,7表示片內(nèi)帶EPROM或一次可編程ROM(OTPROM),8表示片內(nèi)帶EEPROM,9表示片內(nèi)帶Flash存儲(chǔ)器。③表示內(nèi)核類(lèi)型。S12表示16位單片機(jī),S08表示8位單片機(jī)。④表示系列。DG表示為D系列產(chǎn)品。⑤表示存儲(chǔ)空間大小及版本。128表示128KB的Flash存儲(chǔ)空間,B為Flash版本。⑥表示工作溫度范圍。無(wú)表示工作溫度范圍是0℃~70℃,C表示工作溫度范圍是40℃~85℃,V表示工作溫度范圍是40℃~105℃,M表示工作溫度范圍是40℃~125℃。⑦表示封裝形式。FU表示80引腳QFP封裝,PV表示112引腳LQFP封裝。⑧表示無(wú)鉛標(biāo)志。E表示芯片生產(chǎn)過(guò)程無(wú)鉛?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.1HCS12系列單片機(jī)概述2.1.2HCS12系列單片機(jī)簡(jiǎn)介《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.1HCS12系列單片機(jī)概述2.1.2HCS12系列單片機(jī)簡(jiǎn)介《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.1HCS12系列單片機(jī)概述2.1.2HCS12系列單片機(jī)簡(jiǎn)介《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.1HCS12系列單片機(jī)概述2.1.2HCS12系列單片機(jī)簡(jiǎn)介《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.2HCS12X系列單片機(jī)概述2.2.1HCS12X系列單片機(jī)主要特點(diǎn)
Freescale公司于2005年推出HCS12X系列單片機(jī)(也稱(chēng)為MCU),該系列是HCS12系列的增強(qiáng)型產(chǎn)品,基于S12CPU內(nèi)核,可以達(dá)到25MHz的HCS12的2~5倍的性能。S12X系列增加了172條指令,可以執(zhí)行32位運(yùn)算,總線頻率最高可達(dá)40MHz,并且改進(jìn)了中斷處理能力。
S12X系列單片機(jī)采用復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)(CISC)架構(gòu),集成了中斷控制器,具有豐富的尋址方式。中斷有7個(gè)優(yōu)先級(jí),并且內(nèi)核支持優(yōu)先級(jí)的的調(diào)度,最多可以有117個(gè)中斷源。
S12X系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)是增加了一個(gè)并行處理的外圍協(xié)處理器XGATE模塊,它是一個(gè)獨(dú)立于主處理器(S12XD)的可編程RISC內(nèi)核。XGATE可作為一個(gè)高效的DMA控制器使用,能夠自主地實(shí)現(xiàn)外設(shè)與RAM之間的高速數(shù)據(jù)傳輸,并在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中靈活進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;XGATE也可作為一個(gè)單獨(dú)的算法單元完成運(yùn)算功能,如通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn);XGATE還可作為虛擬外設(shè)使用,如使用通用I/O口模擬串行通信口功能,或?qū)?jiǎn)單的外設(shè)通過(guò)軟件包裝實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的個(gè)性化外設(shè)功能等。集成XGATE的目的就是在日益復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中,減輕S12XD主處理器的負(fù)擔(dān),以增強(qiáng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力和應(yīng)用功能設(shè)計(jì)的靈活性。《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.2HCS12X系列單片機(jī)概述S12X系列單片機(jī)與S12系列單片機(jī)的主要區(qū)別《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.2HCS12X系列單片機(jī)概述2.2.2XGATE協(xié)處理器與主處理器的關(guān)系 在S12X系列中,中斷控制器硬件產(chǎn)生的中斷可以選擇由XGATE或者S12XD主處理器來(lái)處理。XGATE對(duì)于任何中斷的處理都會(huì)減輕主處理器的中斷負(fù)荷,并且XGATE完全有能力響應(yīng)整個(gè)中斷。
《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.2HCS12X系列單片機(jī)概述2.2.3XGATE的基本特性XGATE協(xié)處理器結(jié)構(gòu)《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.2HCS12X系列單片機(jī)概述2.2.3XGATE的基本特性(1)精簡(jiǎn)指令集內(nèi)核
XGATE是一個(gè)16位的精簡(jiǎn)指令集內(nèi)核。內(nèi)核擁有8個(gè)16位通用寄存器R0~R7,1個(gè)程序計(jì)數(shù)器PC,1個(gè)4位的條件碼寄存器CCR。其中R0恒為0,可用于對(duì)變量的快速清零或置位。R1和R7有額外用途:XGATE響應(yīng)中斷時(shí),硬件將中斷向量表中對(duì)應(yīng)通道的1個(gè)16位字裝載到R1(通常用做數(shù)據(jù)指針),將棧指針裝載到R7,如圖所示。
《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.2HCS12X系列單片機(jī)概述2.2.3XGATE的基本特性(2)XGATE指令集
XGATE共有72條獨(dú)立的指令,指令時(shí)鐘最高可達(dá)100MHz。XGATE的時(shí)鐘速度總是主處理器總線速度的2倍。XGATE的大部分指令是對(duì)通用寄存器的操作,為單周期指令。訪問(wèn)存儲(chǔ)器的指令為雙周期指令。跳轉(zhuǎn)指令視條件而定可能為1或2個(gè)周期指令。XGATE有一些特殊的比特提取及插入的單周期指令,特別適用于串行通信協(xié)議使用?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.2HCS12X系列單片機(jī)概述2.2.3XGATE的基本特性(3)XGATE訪問(wèn)空間
S12X的全局存儲(chǔ)空間共有8MB,XGATE可以訪問(wèn)其中片內(nèi)的64KB空間。這64KB空間包括2KB的片上外設(shè)寄存器,30KB的片上閃存和最大32KB的片內(nèi)RAM。注意XGATE不能訪問(wèn)EEPROM空間或片外資源。XGATE的訪問(wèn)空間完全限制在主處理器內(nèi)部訪問(wèn)空間范圍內(nèi)。地址仲裁的規(guī)則是主處理器的優(yōu)先級(jí)總高于XGATE,如圖所示。《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.2HCS12X系列單片機(jī)概述2.2.3XGATE的基本特性(4)XGATE事件驅(qū)動(dòng)線程
XGATE的代碼執(zhí)行是由事件驅(qū)動(dòng)的,這里的事件就是指中斷。所謂事件驅(qū)動(dòng)就是指由中斷來(lái)觸發(fā)XGATE運(yùn)行。沒(méi)有中斷時(shí),XGATE不執(zhí)行任何指令,從而也沒(méi)有功耗??梢?jiàn)XGATE的代碼就是一組中斷服務(wù)程序,沒(méi)有主程序或空閑時(shí)的循環(huán)程序。XGATE的中斷服務(wù)程序也稱(chēng)做線程?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.2HCS12X系列單片機(jī)概述2.2.3XGATE的基本特性(5)互斥信號(hào)量主處理器與XGATE之間常用的通信方式是共享資源。由于這兩個(gè)內(nèi)核可以獨(dú)立異步的訪問(wèn)內(nèi)存及片上外設(shè),就會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)完整性問(wèn)題。為了保證共享數(shù)據(jù)的完整性,XGATE集成了8個(gè)硬件互斥信號(hào)量(Semaphore)。用戶(hù)可以通過(guò)硬件信號(hào)量來(lái)同步兩個(gè)內(nèi)核對(duì)共享數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。信號(hào)量有3種狀態(tài):釋放、主處理器鎖定和XGATE鎖定。每個(gè)內(nèi)核在訪問(wèn)共享資源前,應(yīng)當(dāng)首先鎖定相應(yīng)的信號(hào)量;在訪問(wèn)結(jié)束后應(yīng)當(dāng)釋放相應(yīng)的信號(hào)量?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.2HCS12X系列單片機(jī)概述2.2.4典型S12X系列單片機(jī)簡(jiǎn)介(1)MC9S12XA、MC9S12XB和MC9S12XD系列這三個(gè)系列的單片機(jī)是以低成本和低功耗為目的設(shè)計(jì)的,具有良好的電磁兼容性和高效的代碼執(zhí)行效率。MC9S12XA系列主要包括MC9S12XA256和MC9S12XA512兩種型號(hào)的單片機(jī),其中MC9S12XA512包含外部總線接口EBI,模塊映像控制MMC功能,中斷控制器INT,用于監(jiān)控HCS12XCPU和XGATE總線活動(dòng)的調(diào)試模塊DBG和背景調(diào)試模式BDM功能,具有2個(gè)A/D模塊,每個(gè)為12通道10位分辨率,具有4個(gè)獨(dú)立暫停期限的定時(shí)器PIT,暫停期限可以在1~224總線時(shí)鐘周期之間選擇,同時(shí)還有CRG模塊,具有低噪聲/低功耗皮爾斯(Pierce)振蕩器、PLL、COP監(jiān)視器、實(shí)時(shí)中斷、時(shí)鐘監(jiān)控器等功能。
MC9S12XB系列目前主要包括MC9S12XB128和MC9S12XB256兩種型號(hào)的單片機(jī)。它們的總線頻率均為33MHz,該系列單片機(jī)與MC9S12XD系列單片機(jī)完全兼容,相比于S12XD系列而言,S12XB系列單片機(jī)精簡(jiǎn)了一些功能,并通過(guò)降低總線速率來(lái)減少成本。《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.2HCS12X系列單片機(jī)概述2.2.4典型S12X系列單片機(jī)簡(jiǎn)介(2)MC9S12XE系列
MC9S12XE系列單片機(jī)與MC9S12XD系列單片機(jī)完全兼容,同時(shí)提高了系統(tǒng)的集成功能。MC9S12XE系列單片機(jī)工作頻率為50MHz,工作電壓為3.3~5.5V,包括一個(gè)存儲(chǔ)器保護(hù)單元(MPU),用于防止軟件執(zhí)行過(guò)程中的系統(tǒng)錯(cuò)誤。此外XGATE也得到了加強(qiáng),頻率可以達(dá)到100MHz,同時(shí)與其他單片機(jī)上的XGATE模塊也是兼容的。
《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.2HCS12X系列單片機(jī)概述2.2.4典型S12X系列單片機(jī)簡(jiǎn)介(3)MC9S12XF系列
MC9S12XF系列單片機(jī)除了包括其他一些S12X的共有功能外,還具有1個(gè)符合FlexRay協(xié)議V2.1的FlexRay控制器,F(xiàn)lexRay技術(shù)的引入使其網(wǎng)絡(luò)性能得到大幅提升,F(xiàn)lexRay網(wǎng)絡(luò)可用于車(chē)身、底盤(pán)和安全等領(lǐng)域應(yīng)用。該系列目前主要包括MC9S12XFE128和MC9S12XFR128兩種型號(hào)的單片機(jī),工作頻率可以達(dá)到38MHz?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.2HCS12X系列單片機(jī)概述2.2.4典型S12X系列單片機(jī)簡(jiǎn)介(4)MC9S12XS系列
MC9S12XS系列單片機(jī)是高性能MC9S12XE系列單片機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、高效性產(chǎn)品的補(bǔ)充,帶有一套為汽車(chē)車(chē)身和乘客舒適度應(yīng)用而優(yōu)化設(shè)計(jì)的改進(jìn)型片上外圍設(shè)備、存儲(chǔ)器等模塊,可應(yīng)用于汽車(chē)座椅控制模塊、空調(diào)控制模塊、各種車(chē)身控制模塊等的設(shè)計(jì)應(yīng)用?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.3MC9S12XS128簡(jiǎn)介2.3.1MC9S12XS128性能概述MC9S12XS128只是S12X家族中的一個(gè)成員。該器件包括大量的片上存儲(chǔ)器和外部I/O。MC9S12XS128是一個(gè)16位器件,由16位中央處理單元(CPU12X)、128KB程序Flash(P-Flash)、8KBRAM、8KB數(shù)據(jù)Flash(D-Flash)組成片內(nèi)存儲(chǔ)器。同時(shí)還包括2個(gè)異步串行通信接口(SCI)、1個(gè)串行外設(shè)接口(SPI)、1個(gè)8通道輸入捕捉/輸出比較(IC/OC)定時(shí)器模塊(TIM)、16通道12位A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)和一個(gè)8通道脈沖寬度調(diào)制模塊(PWM)。MC9S12XS128具有91個(gè)獨(dú)立的數(shù)字I/O口,其中某些數(shù)字I/O口具有中斷和喚醒功能。另外還具有1個(gè)CAN2.0A/B標(biāo)準(zhǔn)兼容模塊(MSCAN)?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.3MC9S12XS128簡(jiǎn)介2.3.2MC9S12XS128內(nèi)部結(jié)構(gòu)、主要特性及引腳MC9S12XS128主要特性包括:16位CPU12X;INT(中斷模塊):嵌套的7級(jí)中斷;
每個(gè)中斷源可以靈活配置中斷級(jí)別;
外部非屏蔽高優(yōu)先級(jí)中斷(XIRQ)。系統(tǒng)完整性特性:上電復(fù)位(POR);非法地址檢測(cè)復(fù)位;低電壓檢測(cè)中斷或復(fù)位;
COP看門(mén)狗;時(shí)鐘監(jiān)視功能。《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.3MC9S12XS128簡(jiǎn)介2.3.2MC9S12XS128內(nèi)部結(jié)構(gòu)、主要特性及引腳MC9S12XS128主要特性包括:內(nèi)部存儲(chǔ)器:128KB程序Flash;8KBRAM;8KB數(shù)據(jù)Flash。
內(nèi)部PLL模塊
時(shí)鐘和復(fù)位發(fā)生器(CRG)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ATD)
定時(shí)器模塊(TIM)
周期中斷定時(shí)器(PIT)
脈沖寬度調(diào)制器(PWM)MSCAN模塊
串行外設(shè)接口模塊(SPI)
串行通訊接口(SCI)
輸入/輸出端口特性《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.3MC9S12XS128簡(jiǎn)介2.3.2MC9S12XS128內(nèi)部結(jié)構(gòu)、主要特性及引腳MC9S12XS128內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.3MC9S12XS128簡(jiǎn)介2.3.2MC9S12XS128內(nèi)部結(jié)構(gòu)、主要特性及引腳MC9S12XS128LQFP112封裝引腳圖《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.3MC9S12XS128簡(jiǎn)介2.3.2MC9S12XS128內(nèi)部結(jié)構(gòu)、主要特性及引腳MC9S12XS128QFP80封裝引腳圖《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.3MC9S12XS128簡(jiǎn)介2.3.3MC9S12XS128引腳功能1.XTAL和EXTAL(47、46)——振蕩器引腳XTAL和EXTAL分別是晶體驅(qū)動(dòng)輸出和外部時(shí)鐘輸入引腳。EXTAL引腳既可以接晶振,也可以接外部COMS兼容的時(shí)鐘信號(hào),驅(qū)動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路,器件中所有的時(shí)鐘信號(hào)都來(lái)自該引腳輸入的時(shí)鐘。XTAL引腳為晶體驅(qū)動(dòng)輸出,當(dāng)EXTAL引腳外接時(shí)鐘信號(hào)時(shí),XTAL引腳懸空。時(shí)鐘電路的幾種接法如圖2.10、圖2.11和圖2.12所示。XCLKS輸入引腳控制時(shí)鐘由晶體和Pierce振蕩器電路提供還是外部時(shí)鐘電路提供。《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.3MC9S12XS128簡(jiǎn)介2.3.3MC9S12XS128引腳功能2.RESET(42)——外部復(fù)位引腳
RESET引腳是一個(gè)低電平有效的雙向控制信號(hào)。該引腳做輸入時(shí),將其拉低,可將MCU初始化成一個(gè)已知的起始狀態(tài)。當(dāng)任何MCU內(nèi)部復(fù)位源觸發(fā)時(shí),該引腳輸出低電平對(duì)外指示這種狀態(tài)。RESET引腳內(nèi)部上拉?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.3MC9S12XS128簡(jiǎn)介2.3.3MC9S12XS128引腳功能3.BKGD/MODC(23)——背景調(diào)試和模式引腳對(duì)于背景調(diào)試通信而言,該引腳是一個(gè)偽漏極開(kāi)路引腳。在復(fù)位期間,該引腳用于選擇MCU操作模式。的上升沿,將該引腳的狀態(tài)鎖存保持在MODC位。該引腳內(nèi)部上拉。BKGD采用自定義協(xié)議接收串行的背景調(diào)試命令,發(fā)送命令執(zhí)行結(jié)果,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線調(diào)試功能。Freescale定義的標(biāo)準(zhǔn)BDM調(diào)試插頭如圖2.13所示。《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.3MC9S12XS128簡(jiǎn)介2.3.3MC9S12XS128引腳功能4.PE7/ECLKX2/XCLKS(36)——端口E輸入/輸出引腳7
PE7定義為通用輸入/輸出引腳。ECLKX2定義為時(shí)鐘輸出引腳,輸出頻率是內(nèi)部總線頻率的2倍。XCLKS定義為輸入信號(hào),它用于控制使用晶振與內(nèi)部閉環(huán)控制Pierce振蕩器電路,還是晶振與全擺幅Pierce振蕩器電路,還是外部時(shí)鐘電路。XCLKS具體應(yīng)用設(shè)置詳見(jiàn)圖2.10、圖2.11和圖2.12。在復(fù)位期間,該引腳內(nèi)部上拉?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.3MC9S12XS128簡(jiǎn)介2.3.3MC9S12XS128引腳功能5.PE1/IRQ(55)——可屏蔽中斷請(qǐng)求
PE1可定義為通用輸入引腳或可屏蔽外部中斷輸入IRQ引腳。IRQ信號(hào)可從停止(STOP)或等待(WAIT)模式下喚醒MCU。該引腳通過(guò)軟件設(shè)置是否和中斷邏輯連接,IRQ可選擇下降沿或低電平觸發(fā)。復(fù)位后,IRQ默認(rèn)為低電平觸發(fā)中斷方式,當(dāng)CCR寄存器中的I位為1時(shí),IRQ中斷被屏蔽。通過(guò)軟件清除或者置位CCR寄存器中的I位使能或禁止所有可屏蔽中斷?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.3MC9S12XS128簡(jiǎn)介2.3.3MC9S12XS128引腳功能6.PE0/XIRQ(56)——非屏蔽中斷請(qǐng)求
PE0可定義為通用輸入引腳或非屏蔽外部中斷輸入XIRQ引腳。XIRQ信號(hào)可在停止(STOP)或等待(WAIT)模式下喚醒MCU。XIRQ是低電平觸發(fā)中斷方式。當(dāng)XIRQ引腳低電平時(shí),MCU無(wú)法進(jìn)入停止(STOP)模式。在復(fù)位期間,當(dāng)CCR寄存器中的X位為1時(shí),非屏蔽中斷被屏蔽。系統(tǒng)初始化程序后,可通過(guò)軟件清除CCR寄存器中的X位,使能非屏蔽中斷?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.3MC9S12XS128簡(jiǎn)介2.3.3MC9S12XS128引腳功能7.電源相關(guān)引腳《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.4CPU12(X)核2.4.1CPU12(X)核特性
CPU12是一款高速16位中央處理單元(CentralProcessingUnit,CPU),與68HC11中央處理單元CPU11具有相同的編程模型。CPU12指令集是對(duì)68HC11指令集的擴(kuò)展,68HC11程序無(wú)須修改可在CPU12運(yùn)行。CPU12X指令集是對(duì)CPU12指令集的擴(kuò)展,CPU12程序無(wú)須修改可在CPU12X執(zhí)行,但CPU12X不支持CPU12的模糊指令集。CPU12(X)內(nèi)核主要有以下特性:16位數(shù)據(jù)寬度支持高效算術(shù)運(yùn)算和高速數(shù)學(xué)計(jì)算;支持多字節(jié)指令,包括大量單字節(jié)指令,能更有效利用ROM空間;CPU12X指令運(yùn)行效率更高。CPU12X能夠在指令隊(duì)列緩沖區(qū)中,立即存取至少3個(gè)字節(jié)的機(jī)器碼;
強(qiáng)大的變址尋址能力,包括:堆棧指針作為變址寄存器尋址;程序計(jì)數(shù)器作為變址寄存器尋址;A、B或D累加器偏移量尋址;自動(dòng)先遞增或先遞減、后遞增或后遞減變址尋址?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.4CPU12(X)核2.4.2編程模型《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.5MC9S12XS128的存儲(chǔ)器映射MC9S12XS系列MCU在特殊單片模式下的存儲(chǔ)器映射《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.5MC9S12XS128的存儲(chǔ)器映射MC9S12XS128全局存儲(chǔ)器映射《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.6MC9S12XS128內(nèi)部鎖相環(huán)模塊PLLMC9S12XS128的時(shí)鐘和復(fù)位發(fā)生器(ClocksandResetGenerator,CRG)模塊,提供了鎖相環(huán)(PLL)功能,單片機(jī)使用PLL功能能夠獲得更高的總線頻率,這對(duì)于需要提高單片機(jī)運(yùn)行速度的應(yīng)用場(chǎng)合非常必要。如在智能車(chē)系統(tǒng)制作中,特別是使用攝像頭作為路徑識(shí)別傳感器的組別,就需要更高的單片機(jī)總線工作頻率。內(nèi)部鎖相環(huán)(IPLL)具有以下基本特征:? 時(shí)鐘參考分頻器;? 時(shí)鐘后分頻器;? 可配置的內(nèi)部濾波器(無(wú)外部引腳);? 減少抖動(dòng)和降低輻射的可選頻率調(diào)制模塊;? 退出或進(jìn)入鎖定條件可產(chǎn)生中斷請(qǐng)求;? 自時(shí)鐘工作模式?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.6MC9S12XS128內(nèi)部鎖相環(huán)模塊PLL2.6.1CRG時(shí)鐘合成寄存器(SYNR)讀:任何時(shí)刻;寫(xiě):除CLKSEL寄存器中的PLLSEL=1時(shí)的任何時(shí)刻。VCOFRQ1,VCOFRQ0:這2位用于確定壓控振蕩器VCO的增益以獲得頻率最佳穩(wěn)定性并鎖定。為了IPLL正常工作,必須根據(jù)表2-7中的實(shí)際VCO時(shí)鐘頻率配置這2位值?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.6MC9S12XS128內(nèi)部鎖相環(huán)模塊PLL2.6.1CRG時(shí)鐘合成寄存器(SYNR)PLL時(shí)鐘頻率以及由PLL產(chǎn)生的MCU總線時(shí)鐘頻率由下列公式計(jì)算:式中,SYNDIV的值由SYNR寄存器中的BIT5~BIT0確定,REFDIV值由REFDV寄存器中的BIT5~BIT0確定,POSTDIV值由POSTDIV寄存器中的BIT4~BIT0確定?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.6MC9S12XS128內(nèi)部鎖相環(huán)模塊PLL2.6.2CRG時(shí)鐘參考分頻寄存器(REFDV)讀:任何時(shí)刻;寫(xiě):除CLKSEL寄存器中的PLLSEL=1時(shí)的任何時(shí)刻。REFFRQ1,REFFRQ0:這2位用于配置PLL內(nèi)部濾波器以獲得頻率最佳穩(wěn)定性并鎖定。為了IPLL正常工作,必須根據(jù)表2-8中的實(shí)際REF時(shí)鐘頻率設(shè)置這2位值。REFDV5~REFDV0:這6位用于確定前述公式中的REFDV值?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.6MC9S12XS128內(nèi)部鎖相環(huán)模塊PLL2.6.3CRG時(shí)鐘后分頻寄存器(POSTDIV)讀:任何時(shí)刻;寫(xiě):除CLKSEL寄存器中的PLLSEL=1時(shí)的任何時(shí)刻。如果POSTDIV=0x00,則fPLL=fVCO。如果POSTDIV≠0,則PLLCLK頻率fPLL和VCOCLK頻率fVCO之間關(guān)系由下列公式計(jì)算:fPLL=fVCO/(2×POSTDIV)POSTDIV4~POSTDIV0:這5位用于確定公式中的POSTDIV值。《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.6MC9S12XS128內(nèi)部鎖相環(huán)模塊PLL2.6.4CRG標(biāo)志寄存器(CRGFLG)讀:任何時(shí)刻;寫(xiě):參考每位各自的寫(xiě)條件。RTIF:實(shí)時(shí)中斷標(biāo)志位。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘周期最后,置位RTIF。該位通過(guò)寫(xiě)1清除,寫(xiě)0無(wú)效。如果CRGINT寄存器中的實(shí)時(shí)中斷使能(RTIE=1),則RTIF置位將產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。? 0表示未發(fā)生RTI超時(shí);? 1表示已發(fā)生RTI超時(shí)。PORF:上電復(fù)位標(biāo)志位。當(dāng)上電復(fù)位發(fā)生時(shí),置位PORF。該位通過(guò)寫(xiě)1清除,寫(xiě)0無(wú)效。? 0表示上電復(fù)位未發(fā)生;? 1表示上電復(fù)位已發(fā)生?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.6MC9S12XS128內(nèi)部鎖相環(huán)模塊PLL2.6.4CRG標(biāo)志寄存器(CRGFLG)
LVRF:低電壓復(fù)位標(biāo)志位。當(dāng)?shù)碗妷簭?fù)位發(fā)生時(shí),置位LVRF。該位通過(guò)寫(xiě)1清除,寫(xiě)0無(wú)效。? 0表示低電壓復(fù)位未發(fā)生;? 1表示低電壓復(fù)位已發(fā)生。LOCKIF:IPLL鎖定中斷標(biāo)志位。當(dāng)LOCK位改變時(shí),置位LOCKIF。該位通過(guò)寫(xiě)1清除,寫(xiě)0無(wú)效。如果CRGINT寄存器中的鎖定中斷使能(LOCKIE=1),則LOCKIF置位將產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。? 0表示LOCK位未變化;? 1表示LOCK位已改變。LOCK:鎖定狀態(tài)位。該位確定IPLL鎖定條件的當(dāng)前狀態(tài)。該位在自時(shí)鐘模式(SCM)下清除。該位寫(xiě)操作無(wú)效。? 0表示VCOCLK頻率和目標(biāo)頻率的誤差不在允許范圍內(nèi);? 1表示VCOCLK頻率和目標(biāo)頻率的誤差已在允許范圍內(nèi)?!禡C9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.6MC9S12XS128內(nèi)部鎖相環(huán)模塊PLL2.6.4CRG標(biāo)志寄存器(CRGFLG)
ILAF:非法地址復(fù)位標(biāo)志位。當(dāng)非法地址復(fù)位發(fā)生時(shí),置位ILAF。該位通過(guò)寫(xiě)1清除,寫(xiě)0無(wú)效。? 0表示非法地址復(fù)位未發(fā)生;? 1表示非法地址復(fù)位已發(fā)生。SCMIF:自時(shí)鐘模式中斷標(biāo)志位。當(dāng)SCM位改變時(shí),置位SCMIF。該位通過(guò)寫(xiě)1清除,寫(xiě)0無(wú)效。如果CRGINT寄存器中的自時(shí)鐘模式中斷使能(SCMIE=1),則SCMIF置位將產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。? 0表示SCM位未變化;? 1表示SCM位已改變。SCM:自時(shí)鐘模式狀態(tài)位。該位反映了MCU當(dāng)前時(shí)鐘模式。該位寫(xiě)操作無(wú)效。? 0表示MCU和OSCCLK處于正常工作狀態(tài),系統(tǒng)時(shí)鐘由OSCCLK提供;? 1表示OSCCLK處于非正常工作狀態(tài),MCU在自時(shí)鐘模式下工作,系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為PLLCLK最低頻率fSCM。《MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》2.6MC9S12XS128內(nèi)部鎖相環(huán)模塊PLL2.6.5CRG時(shí)鐘選擇寄存器(CLKSEL)讀:任何時(shí)刻;寫(xiě):參考每位各自的寫(xiě)條件。以下僅介紹和PLL相關(guān)位,其他位請(qǐng)讀者參考MC9S12XS128數(shù)據(jù)手冊(cè)。PLLSEL:PLL選擇位。任何時(shí)刻可寫(xiě)。當(dāng)LOCK=0時(shí),該位寫(xiě)1無(wú)效,這能夠防止選擇不穩(wěn)定的PLLCLK作為系統(tǒng)時(shí)鐘。當(dāng)MCU進(jìn)入自時(shí)鐘模式、停止模式或者PLLWAI置位且進(jìn)入等待模式時(shí),則PLLSEL位清除。? 0表示系統(tǒng)時(shí)鐘由OSCCLK分頻(fBUS=fOSC/2);? 1表示系統(tǒng)時(shí)鐘由PLLCLK分頻(fBUS=fPLL/2)。PLLWAI:等待模式下PLL停止控制位。任何時(shí)刻可寫(xiě)。如果PLLWAI置位,進(jìn)入等待模式前,CRG將清
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