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1、第第第第5 5 5 5章章章章 智能汽车设计基础智能汽车设计基础智能汽车设计基础智能汽车设计基础微控制器微控制器微控制器微控制器武汉科技大学信息科学与工程学院5.1 5.1 单片机简介单片机简介15.2 5.2 单片机系统单片机系统25.3 Freescale HCS125.3 Freescale HCS12单片机单片机 3第第5 5章章 智能汽车设计基础智能汽车设计基础微控制器微控制器 思考题思考题4武汉科技大学信息科学与工程学院5.1 5.1 单片机简介单片机简介 随随着着大大规规模模集集成成电电路路的的出出现现及及发发展展，将将计计算算机机的的CPUCPU、RAMRAM、ROMROM、定
2、定时时/数数器器和和多多种种I/OI/O接接口口集集成成在在一一片片芯芯片片上上，形形成成芯芯片片级级的的计计算算机机，因因此此单单片片机机早早期期的的含含义义称称为为单单片片微微型型计计算算机机（Single Single Chip Chip MicrocomputerMicrocomputer），直直译译为为单单片片机机，又又称称为为微微控控制制器器（MicrocontrollerMicrocontroller）或或嵌嵌入入式式控控制制器器（Embedded Embedded ControllerController）。近近 年年 来来，单单 片片 机机 结结 合合 专专 用用 集集 成成
3、 电电 路路（Application Application Specific Specific Integrated Integrated Circuit,Circuit,ASICASIC）和和精精简简指指令令集集计计算算机机（Reduced Reduced Instruction Instruction Set Set Computer,Computer,RISCRISC）技技术术，发发展展为为嵌嵌入入式式处处理理器器（Embedded Embedded ProcessorProcessor），适适用用于于数数据据与与数数值值分分析析、信信号号处处理理、智智能能机机器器人人及及图图像像处处
4、理理等等高技术领域高技术领域。武汉科技大学信息科学与工程学院5.2 5.2 单片机系统单片机系统1 5.2.1 5.2.1 单单片片机机最最小小系系统统2 5.5.2 5.5.2 单单片片机机系系统统的的扩展扩展武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.1 5.2.1 单片机最小系统单片机最小系统v 所谓单片机最小系统，是指在单片机外部增加尽可能所谓单片机最小系统，是指在单片机外部增加尽可能少的元件电路，组成一个让单片机可独立工作的系统。以少的元件电路，组成一个让单片机可独立工作的系统。以MCS-51MCS-51系列单片机为例，图系列单片机为例，图5.15.1和图和图5.25.2所示的分别是使用所
5、示的分别是使用单片机内部程序存储器和单片外部程序存储器组成的单片单片机内部程序存储器和单片外部程序存储器组成的单片机最小系统。在图机最小系统。在图5.25.2中，中，80318031的程序存储器是通过使用的程序存储器是通过使用外部程序存储器外部程序存储器EPROMEPROM实现的。实现的。74LS37374LS373是一种是一种8D8D透明锁存透明锁存器，其作用是存储单片机器，其作用是存储单片机P0P0口输出的对口输出的对EPROMEPROM取指令用的取指令用的低低8 8位地址。这两个最小系统的复位电路均由位地址。这两个最小系统的复位电路均由10 10 F F的电的电容器与正电源相连，构成上电
6、复位电路。时钟电路均采用容器与正电源相连，构成上电复位电路。时钟电路均采用内部振荡方式，外接一个频率为内部振荡方式，外接一个频率为12 MHz12 MHz的晶体振荡器。图的晶体振荡器。图5.25.2中，从接地，我们可以得知程序存储器在单片机外部，中，从接地，我们可以得知程序存储器在单片机外部，因此，对外部程序存储器来说，单片机的取指令操作有效因此，对外部程序存储器来说，单片机的取指令操作有效的。的。武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.1 5.2.1 单片机最小系统单片机最小系统图图5.1 5.1 完全使用单片机内部程序存储器的单片机最小系统完全使用单片机内部程序存储器的单片机最小系统武汉科技
7、大学信息科学与工程学院5.2.1 5.2.1 单片机最小系统单片机最小系统 图图5.2 5.2 使用单片机外部程序存储器的单片机最小系统使用单片机外部程序存储器的单片机最小系统武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展 在单片机应用系统硬件设计中，虽然单片机的最小应在单片机应用系统硬件设计中，虽然单片机的最小应用系统拥有较高的性价比，但在功能很复杂的系统中，最用系统拥有较高的性价比，但在功能很复杂的系统中，最小系统往往不能满足要求，往往需要连接各种设备，形成小系统往往不能满足要求，往往需要连接各种设备，形成各种接口通道。因此，单片机系统的扩展成了单片
8、机应用各种接口通道。因此，单片机系统的扩展成了单片机应用系统硬件设计中最常遇到的也是不可避免的问题。系统硬件设计中最常遇到的也是不可避免的问题。单片机系统的扩展包括数据存储器（单片机系统的扩展包括数据存储器（RAMRAM）扩展、程）扩展、程序存储器（序存储器（ROM/EPROMROM/EPROM）扩展、输入）扩展、输入/输出（输出（I/OI/O）扩展、）扩展、定时定时/计数器扩展、中断系统扩展及其他特殊功能扩展。计数器扩展、中断系统扩展及其他特殊功能扩展。武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展 1 1程序存储器扩展程序存储器扩展 单片机系统扩展中
9、，最常见的是程序存储器扩展，在扩展时需单片机系统扩展中，最常见的是程序存储器扩展，在扩展时需注意以下几方面的问题：注意以下几方面的问题：（1 1）可分配地址空间。）可分配地址空间。在在MCS-51MCS-51系列单片机中，程序存储器可占用系列单片机中，程序存储器可占用0000 H0000 HFFFF HFFFF H间间64 K64 K的存储空间。虽然地址可与数据存储器或的存储空间。虽然地址可与数据存储器或I/OI/O口重叠，但它们实际上是两个相互对立的存储空间。硬件上程序存储口重叠，但它们实际上是两个相互对立的存储空间。硬件上程序存储器通过使用器通过使用PSENPSEN而不是用而不是用RDRD
10、进行控制读操作；软件上用进行控制读操作；软件上用MOVCMOVC而非而非MOVXMOVX执行读操作命令。执行读操作命令。（2 2）地址译码电路。）地址译码电路。随着大规模集成电路的发展，程序存储器的容随着大规模集成电路的发展，程序存储器的容量越来越大，仅需使用一两片芯片就可满足系统对容量的要求，因此量越来越大，仅需使用一两片芯片就可满足系统对容量的要求，因此地址译码通常采用直接或用反相器产生片选信号的方式。但是，在扩地址译码通常采用直接或用反相器产生片选信号的方式。但是，在扩充多片程序存储器时，地址译码一般采用译码器方式，以获得地址范充多片程序存储器时，地址译码一般采用译码器方式，以获得地址范
11、围连续而又不相重叠的片选信号。这是因为程序机器码在存储空间中围连续而又不相重叠的片选信号。这是因为程序机器码在存储空间中需要连续放置，因此各存储器占用的程序存储器空间必须相互连续。需要连续放置，因此各存储器占用的程序存储器空间必须相互连续。另外，分配给程序存储器的地址范围还必须包含单片机的启动程序。另外，分配给程序存储器的地址范围还必须包含单片机的启动程序。武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展 （3 3）程序存储器扩展方法。）程序存储器扩展方法。其他接口扩展芯片与程序存储其他接口扩展芯片与程序存储器共用地址总线、数据总线和部分控制总线。其中控制
12、总器共用地址总线、数据总线和部分控制总线。其中控制总线有线有ALEALE低低8 8位地址信号锁存控制、位地址信号锁存控制、PSENPSEN外部程序存储器读外部程序存储器读控制。控制。EPROMEPROM程序存储器扩展电路如图程序存储器扩展电路如图5.35.3所示。图所示。图5.3(a)5.3(a)中系统只扩展一片中系统只扩展一片EPROMEPROM，可将，可将EPROMEPROM的片选端直接接地；的片选端直接接地；图图5.3(b)5.3(b)中的系统扩展了两片中的系统扩展了两片EPROMEPROM，若，若P2P2.i.i等于等于0 0，就选，就选择了择了EPROM(1)EPROM(1)，若，若
13、P2.P2.i i等于等于1 1，就选择了，就选择了EPROM(2)EPROM(2)。（4 4）常用程序存储器芯片。）常用程序存储器芯片。程序存储器芯片最常见的是程序存储器芯片最常见的是IntelIntel公司的典型系统芯片公司的典型系统芯片 27162716（2K 82K 8）,2732,2732（4K 4K 8 8）,2764,2764（8K 88K 8）,27128,27128（16K 816K 8）,2725627256（32K 832K 8）和）和2751227512（64K 864K 8）等。近年来大容）等。近年来大容量量EPROMEPROM芯片不断涌现，芯片不断涌现，276427
14、64以上的大容量芯片在单片机以上的大容量芯片在单片机应用系统程序存储器扩展中得到越来越广泛的使用。应用系统程序存储器扩展中得到越来越广泛的使用。武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展图5.3 EPROM程序存储器扩展电路 图图5.3 EPROM5.3 EPROM程序存储器扩展电路程序存储器扩展电路武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展v2 2数据存储器扩展数据存储器扩展v在单片机系统扩展中，最常见的数据存储器扩展是静态随机存取存储在单片机系统扩展中，最常见的数据存储器扩展是静态随机存取存储器器SRA
15、MSRAM的扩展，在扩展时应注意以下几个方面的问题：的扩展，在扩展时应注意以下几个方面的问题：v（1 1）存储器地址空间。）存储器地址空间。在在MCS-51MCS-51系列单片机中，任何扩展的数据存系列单片机中，任何扩展的数据存储器、储器、I/OI/O口及外围设备的地址都不能相互重叠，但可以和程序存储口及外围设备的地址都不能相互重叠，但可以和程序存储器地址重叠。因为数据存储器与器地址重叠。因为数据存储器与I/OI/O口是统一编址的，共用口是统一编址的，共用0000 H0000 HFFFF HFFFF H间的间的64K64K地址空间。地址空间。v（2 2）数据存储器读写控制。）数据存储器读写控制
16、。数据存储器与数据存储器与I/OI/O口的读口的读/写控制可以通写控制可以通过过RDRD和和WRWR指令，地址总线和数据总线则与程序存储器共用。指令，地址总线和数据总线则与程序存储器共用。v（3 3）数据存储器扩展方法。）数据存储器扩展方法。图图5.45.4所示的是数据存储器扩展电路。除所示的是数据存储器扩展电路。除了在读写控制上使用不同信号和不同指令外，数据存储器扩展方法与了在读写控制上使用不同信号和不同指令外，数据存储器扩展方法与程序存储器扩展方法是一样的。程序存储器扩展方法是一样的。v（4 4）常用数据存储器芯片。）常用数据存储器芯片。目前常用数据存储器芯片有目前常用数据存储器芯片有SR
17、AM SRAM 61166116（2K82K8）,6264,6264（8K88K8）和）和6225662256（32K832K8）等。另外，电可）等。另外，电可擦除只读存储器、擦除只读存储器、E2PROM 2816E2PROM 2816（2K82K8）和）和E2PROM2864E2PROM2864（8K88K8）等）等也可作为数据存储器使用。也可作为数据存储器使用。武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展 图图5.4 RAM5.4 RAM数据存储器扩展电路数据存储器扩展电路武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机
18、系统的扩展v3 3输入输入/输出（输出（I/OI/O）口扩展）口扩展v大部分单片机应用系统设计中都不可避免地要进行大部分单片机应用系统设计中都不可避免地要进行I/OI/O口口扩展。因为单片机本身能提供的有限的扩展。因为单片机本身能提供的有限的I/OI/O口中的许多都口中的许多都有复用功能，当这些口被复用功能占用后，留给用户系统有复用功能，当这些口被复用功能占用后，留给用户系统的的I/OI/O口就不多了。在进行口就不多了。在进行I/OI/O口扩展时，应注意以下几个口扩展时，应注意以下几个方面的问题：方面的问题：v（1 1）I/OI/O口寻址空间。口寻址空间。在在MCS-51MCS-51系列单片机
19、应用系统中，系列单片机应用系统中，扩展的扩展的I/OI/O口与数据存储器占用统一编址的口与数据存储器占用统一编址的64K64K存储空间，存储空间，而与外部程序存储器空间无关。指令上扩展而与外部程序存储器空间无关。指令上扩展I/OI/O口具有与口具有与数据存储器相同的寻址方式，且地址总线、数据总线与控数据存储器相同的寻址方式，且地址总线、数据总线与控制总线的连线也与数据存储器相同。制总线的连线也与数据存储器相同。v（2 2）单片机提供的）单片机提供的I/OI/O口。口。当单片机本身的当单片机本身的I/OI/O口在复用口在复用功能未被使用时，这些口可当作普通的功能未被使用时，这些口可当作普通的I/
20、OI/O口使用。口使用。武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展 图图5.55.5所示的是用所示的是用TTLTTL芯片扩展的简单芯片扩展的简单I/OI/O口电路。图口电路。图5.5(5.5(a a)中中通过锁存器通过锁存器74LS27374LS273扩展扩展8 8位并行输出口。在通过数据总线扩展输出位并行输出口。在通过数据总线扩展输出口时，锁存器被视为一个外部口时，锁存器被视为一个外部RAMRAM单元，输出控制信号为单元，输出控制信号为WRWR，使用，使用MOVX DPTR,AMOVX DPTR,A指令。当单片机向锁存器输出数据时，地址信号指令。当
21、单片机向锁存器输出数据时，地址信号P2.7P2.7和写信号和写信号WRWR同时有效，使或门输出低电平接入锁存器同时有效，使或门输出低电平接入锁存器CLKCLK端。端。当当WRWR由低变高时，锁存器由低变高时，锁存器CLKCLK端的信号上升沿将数据总线上的数据端的信号上升沿将数据总线上的数据锁存到输出端，完成输出操作。图锁存到输出端，完成输出操作。图5.5(b)5.5(b)所示为用三态门所示为用三态门74LS24574LS245通过数据总线扩展的通过数据总线扩展的8 8位并行输入接口。三态门由位并行输入接口。三态门由P2.7P2.7和和RDRD进行或进行或控制，使用控制，使用MOVX DPTR,
22、AMOVX DPTR,A指令。当单片机产生地址信号和指令。当单片机产生地址信号和RDRD信号，信号，经或门产生低电平信号时，控制三态门打开，输入信号便可经数据经或门产生低电平信号时，控制三态门打开，输入信号便可经数据总线送入单片机内部。总线送入单片机内部。武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展 图图5.5 TTL5.5 TTL芯片扩展的简单芯片扩展的简单I/OI/O接口电路接口电路武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展 此外，还可以利用单片机的串行口和移位寄存器也可以实现此外，还可以利用单片机的串行
23、口和移位寄存器也可以实现I/OI/O口的扩展。这种口的扩展。这种I/OI/O是通过串行口把串行数据转换为并行数据，或是是通过串行口把串行数据转换为并行数据，或是把并行数据转换为串行数据，此种扩展方法速度较慢，但所扩展的把并行数据转换为串行数据，此种扩展方法速度较慢，但所扩展的I/OI/O口不占用片外口不占用片外I/OI/O口地址。图口地址。图5.6(a)5.6(a)所示是利用移位寄存器所示是利用移位寄存器74LS16574LS165（并行输入串行输出）扩展的（并行输入串行输出）扩展的8 8位并行输入接口电路。单片机位并行输入接口电路。单片机与与74LS16574LS165的串行输出端相连的的串
24、行输出端相连的RXDRXD作为串行输入端，与作为串行输入端，与74LS16574LS165的时的时钟输入端相连的钟输入端相连的TXDTXD端作为移位脉冲输出端，控制端作为移位脉冲输出端，控制74LS16574LS165数据输出节数据输出节拍。移位和置数过程通过单片机的一根拍。移位和置数过程通过单片机的一根I/OI/O线（如线（如P1.0P1.0）来控制。图）来控制。图5.6(b)5.6(b)所示是利用串行输入并行输出移位寄存器所示是利用串行输入并行输出移位寄存器74LS16474LS164扩展的扩展的8 8位并位并行输出接口电路。单片机与行输出接口电路。单片机与74LS16474LS164的数
25、据输入端相连的的数据输入端相连的RXDRXD和和TXDTXD分分别作为串行数据输出端和移位脉冲输出端，普通别作为串行数据输出端和移位脉冲输出端，普通I/OI/O口口P1.0P1.0用于清除用于清除74LS16474LS164的输出数据。的输出数据。武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展v 除了以上除了以上I/OI/O口的扩展方法外，口的扩展方法外，I/OI/O接口的扩展还可以接口的扩展还可以通过专用接口芯片，例如可编程的并行通过专用接口芯片，例如可编程的并行I/OI/O接口芯片接口芯片82558255，图图5.75.7所示的就是通过所示的就是通过
26、82558255进行进行I/OI/O扩展的电路。扩展的电路。v 8255 8255由并行由并行I/OI/O端口、数据总线驱动器、读端口、数据总线驱动器、读/写控制逻写控制逻辑和辑和A A组组,B,B组控制块四个逻辑结构组成。组控制块四个逻辑结构组成。82558255通过读、写通过读、写控制逻辑实现全部的工作状态。在单片机应用系统中，控制逻辑实现全部的工作状态。在单片机应用系统中，82558255的读写操作是通过单片机的地址信号线的读写操作是通过单片机的地址信号线A0A0和和A1A1、数据、数据信号线信号线D0D0D7D7，及控制信号线，及控制信号线WR,RD,CSWR,RD,CS实现的。实现的
27、。v 在使用可编程接口芯片时，除要有正确的硬件，软件在使用可编程接口芯片时，除要有正确的硬件，软件中应增加相应的初始化操作。这是因为，用可编程接口芯中应增加相应的初始化操作。这是因为，用可编程接口芯片扩展片扩展I/OI/O口可以通过软件灵活方便地选择接口的工作方式。口可以通过软件灵活方便地选择接口的工作方式。初始化工作主要是根据应用对芯片的工作方式进行相应的初始化工作主要是根据应用对芯片的工作方式进行相应的设定，使各口线工作在输入或输出状态。设定，使各口线工作在输入或输出状态。武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展 图图5.6 5.6 利用串行口
28、扩展利用串行口扩展I/OI/O接口电路接口电路武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展 图图5.7 5.7 可编程芯片扩展可编程芯片扩展I/OI/O接口电路接口电路武汉科技大学信息科学与工程学院5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展 在使用可编程接口芯片时，除要有正确的硬件，软件在使用可编程接口芯片时，除要有正确的硬件，软件中应增加相应的初始化操作。这是因为，用可编程接口芯中应增加相应的初始化操作。这是因为，用可编程接口芯片扩展片扩展I/OI/O口可以通过软件灵活方便地选择接口的工作方口可以通过软件灵活方便地选择接口的工作方式。初
29、始化工作主要是根据应用对芯片的工作方式进行相式。初始化工作主要是根据应用对芯片的工作方式进行相应的设定，使各口线工作在输入或输出状态。应的设定，使各口线工作在输入或输出状态。（3 3）常用）常用I/OI/O口扩展芯片口扩展芯片 常用的常用的I/OI/O口扩展的口扩展的TTLTTL芯片有三态门（芯片有三态门（74LS241,74LS241,74LS244,74LS24574LS244,74LS245）、锁存器（）、锁存器（74LS273,74LS273,74LS273,74LS273,74LS37474LS374）、串行输入）、串行输入/并行输出移位寄存器（并行输出移位寄存器（74LS164,7
30、4LS164,74LS59574LS595）、并行输入）、并行输入/串行输出寄存器（串行输出寄存器（74LS165,74LS165,74LS16674LS166）和可编程）和可编程I/OI/O接口芯片（接口芯片（8255,81558255,8155）等。）等。武汉科技大学信息科学与工程学院 5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展v4 4其他外围芯片扩展其他外围芯片扩展v在单片机应用系统中，除了程序存储器、数据存储器及在单片机应用系统中，除了程序存储器、数据存储器及I/OI/O口这些系统主要部件外，还有一些满足系统应用的十口这些系统主要部件外，还有一些满足系统应用的十分有用的外
31、围芯片，如中断系统、定时分有用的外围芯片，如中断系统、定时/计数器、键盘、计数器、键盘、显示控制器及串行通信控制器等。这些外围芯片内部大都显示控制器及串行通信控制器等。这些外围芯片内部大都设有与微处理器芯片的接口电路，接口电路主要由控制命设有与微处理器芯片的接口电路，接口电路主要由控制命令逻辑电路、状态存储器与设置电路、数据存储与缓冲电令逻辑电路、状态存储器与设置电路、数据存储与缓冲电路三部分组成，用来实现单片机信号与外围芯片内部信号路三部分组成，用来实现单片机信号与外围芯片内部信号的转换工作。的转换工作。v由于大部分外围芯片能与微处理器芯片直接相连，因此在由于大部分外围芯片能与微处理器芯片直
32、接相连，因此在单片机应用系统中扩展，接口电路比较简单。图单片机应用系统中扩展，接口电路比较简单。图5.85.8所示所示为外围芯片与微处理器芯片连接的典型电路，中央处理器为外围芯片与微处理器芯片连接的典型电路，中央处理器CPUCPU与外围芯片连接的信号主要是总线信号，包括地址信与外围芯片连接的信号主要是总线信号，包括地址信号、数据信号、读写控制信号、定时信号、中断信号和复号、数据信号、读写控制信号、定时信号、中断信号和复位信号等。位信号等。武汉科技大学信息科学与工程学院 5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展 图图5.8 5.8 一般外围芯片扩展电路一般外围芯片扩展电路武汉科技
33、大学信息科学与工程学院 5.2.2 5.2.2 单片机系统的扩展单片机系统的扩展v此外，有些外围芯片（接口芯片）专门用来控制微处理器此外，有些外围芯片（接口芯片）专门用来控制微处理器芯片与外围设备的连接，它们与外围设备连接的信号主要芯片与外围设备的连接，它们与外围设备连接的信号主要是输入是输入/输出控制信号和数据信号。不同的控制方式下，输出控制信号和数据信号。不同的控制方式下，接口信号的复杂程度也不同。由于中断接口与接口信号的复杂程度也不同。由于中断接口与DMADMA接口的接口的控制信号更为复杂，因此通常要由接口芯片提供专用控制控制信号更为复杂，因此通常要由接口芯片提供专用控制信号才能完成数据
34、传输。信号才能完成数据传输。v在单片机应用系统中用到的外围芯片较常见的有：可编程在单片机应用系统中用到的外围芯片较常见的有：可编程控制器控制器82598259，可编程直接存储器存取控制器（，可编程直接存储器存取控制器（DMADMA）8237,8237,82578257；可编程；可编程CRTCRT控制器控制器8275,8276,MC6845,MC68478275,8276,MC6845,MC6847，可编程键盘、显示接口可编程键盘、显示接口82798279；可编程通信接口；可编程通信接口8250,82518250,8251；可编程定时器；可编程定时器8253,82548253,8254；点阵式打
35、印机控制器；点阵式打印机控制器82958295；A/DA/D和和D/AD/A转换芯片等。转换芯片等。武汉科技大学信息科学与工程学院5.3 Freescale HCS125.3 Freescale HCS12单片机单片机1 5.3.1 5.3.1 Freescale HCS12单单 片片 机机 系列简介系列简介 2 5.3.2 5.3.2 Freescale HCS12单单 片片 机机 最小系统最小系统 武汉科技大学信息科学与工程学院 5.3.1 Freescale HCS12 5.3.1 Freescale HCS12单片机系列简介单片机系列简介 Freescale HCS12 Freesca
36、le HCS12微控制器系列产品是飞思卡尔公司于微控制器系列产品是飞思卡尔公司于20022002年在年在68HC1268HC12微控制器的基础上升级开发出来的。它是微控制器的基础上升级开发出来的。它是基于基于1616位位CPUCPU的控制器，其前身是的控制器，其前身是8 8位的位的68HC1168HC11微控制器。微控制器。vHCS12HCS12系列产品的工作电压为系列产品的工作电压为5 V5 V，时钟频率最高为，时钟频率最高为25 MHz25 MHz。该系列产品微控制器的结构及特点如下：该系列产品微控制器的结构及特点如下：v（1 1）HCS12HCS12的核心的核心v 1616位位HCS12
37、CPUHCS12CPU：2020位位ALUALU，指令队列，增强型索引寻址；，指令队列，增强型索引寻址；v 多种外部总线接口（多种外部总线接口（MEBIMEBI）；）；v 模块映射控制机制（模块映射控制机制（MMCMMC）；）；v 中断控制（中断控制（INTINT）；）；武汉科技大学信息科学与工程学院 5.3.1 Freescale HCS12 5.3.1 Freescale HCS12单片机系列简介单片机系列简介v 断点（断点（BKPBKP）；）；v 背景调试模块（背景调试模块（BDMBDM）。）。v（2 2）CRGCRG时钟和复位发生器时钟和复位发生器v 锁相环（锁相环（PLLPLL）；）
38、；v 看门狗（看门狗（COP WATCHDOGCOP WATCHDOG）；）；v 实时中断（实时中断（RTIRTI）；）；v 时钟监视器（时钟监视器（CMCM）。）。v（3 3）带中断功能的）带中断功能的8 8位和位和4 4位端口位端口v可编程的上升沿或下降沿触发。可编程的上升沿或下降沿触发。武汉科技大学信息科学与工程学院5.3.1 Freescale HCS125.3.1 Freescale HCS12单片机系列简介单片机系列简介v（4 4）存储器）存储器vHCS12HCS12存储器有内部寄存器、存储器有内部寄存器、RAMRAM、EEPROMEEPROM和和FLASH/ROMFLASH/RO
39、M。每个存储单元对应一个地址，共有每个存储单元对应一个地址，共有64K64K个地址，用个地址，用4 4位十六位十六进制数表示（进制数表示（0000HFFFFH0000HFFFFH）。存储器中每个存储单元可）。存储器中每个存储单元可存放一个存放一个8 8位二进制信息，这就是存储器存储单元内的内位二进制信息，这就是存储器存储单元内的内容。不同的存储器占用不同的存储空间。容。不同的存储器占用不同的存储空间。v（5 5）2 2个个8 8通道通道A/DA/D转换器转换器vHCS12HCS12内置了内置了2 2个个1010位位/8/8位的位的A/DA/D模块：模块：ATD0ATD0和和ATD1ATD1。H
40、CS12HCS12的的ATDATD是逐次逼近型是逐次逼近型A/DA/D转换器，它内置多路器，精度为转换器，它内置多路器，精度为2LSB2LSB，无需外部采样保持电路。，无需外部采样保持电路。HCS12ATDHCS12ATD在寄存器区内共在寄存器区内共有有2828个寄存器，其中个寄存器，其中3 3个仅用于个仅用于HCS12HCS12生产线的内部调试。生产线的内部调试。HCS12ATDHCS12ATD的最高转换频率约为的最高转换频率约为2 MHz2 MHz，ATDATD模块的特点如下：模块的特点如下：武汉科技大学信息科学与工程学院5.3.1 Freescale HCS125.3.1 Freesca
41、le HCS12单片机系列简介单片机系列简介v 8 8位位/10/10位精度可选择；位精度可选择；v 8 8位数字量转换时间仅需位数字量转换时间仅需6 s6 s，1010位数字量转换时间位数字量转换时间仅需仅需7 s7 s；v 具有采样缓冲器和放大器；具有采样缓冲器和放大器；v 可编程采样时间；可编程采样时间；v 数据可选择左数据可选择左/右对齐方式和无符号右对齐方式和无符号/有符号数据方式；有符号数据方式；v 转换结束标志和转换结束中断；转换结束标志和转换结束中断；v 外部触发控制；外部触发控制；v 模拟输入的模拟输入的8 8个通道为复用方式，采用多通道扫描方式；个通道为复用方式，采用多通道
42、扫描方式；v 模拟模拟/数字输入引脚复用；数字输入引脚复用；v 可选择单次转换模式或连续转换模式。可选择单次转换模式或连续转换模式。武汉科技大学信息科学与工程学院5.3.1 Freescale HCS125.3.1 Freescale HCS12单片机系列简介单片机系列简介v（6 6）3 3个个1 Mb/s1 Mb/s的的CANCAN总线模块，兼容总线模块，兼容CAN2.0 A/BCAN2.0 A/Bv 5 5个接收缓冲器，个接收缓冲器，3 3个发送缓冲器；个发送缓冲器；v 4 4个独立的中断通道（发送中断、接收中断、错误中断个独立的中断通道（发送中断、接收中断、错误中断和唤醒中断）；和唤醒中
43、断）；v 低通滤波器唤醒功能。低通滤波器唤醒功能。v（7 7）增强型捕捉定时器（）增强型捕捉定时器（ECTECT）vECTECT功能相当于高速的功能相当于高速的I/OI/O口，由一个口，由一个1616位自由运行计数器、位自由运行计数器、8 8个个1616位的输入捕捉位的输入捕捉/输出比较通道、一个输出比较通道、一个1616位脉冲累加器位脉冲累加器以及一个以及一个1616位模数递减计数器（位模数递减计数器（MDCMDC）组成。）组成。HCS12 ECTHCS12 ECT有有以下特点：以下特点：v 4 4个具有个具有1616位缓冲寄存器的输入捕捉通道；位缓冲寄存器的输入捕捉通道；v 4 4个个8
44、8位脉冲累加器可以通过级联形成位脉冲累加器可以通过级联形成2 2个个1616位的脉冲累位的脉冲累加器；加器；武汉科技大学信息科学与工程学院5.3.1 Freescale HCS125.3.1 Freescale HCS12单片机系列简介单片机系列简介v 1 1个具有个具有4 4位预分频的位预分频的1616位递减模位递减模/数计数器；数计数器；v 4 4个可选的延迟计数器用来增强输入抗干扰能力。个可选的延迟计数器用来增强输入抗干扰能力。v（8 8）8 8个个PWMPWM通道通道v 每个通道的周期和占空比由程序决定；每个通道的周期和占空比由程序决定；v 8 8个个8 8通道或通道或1616个个4
45、4通道；通道；v 各通道独立控制；各通道独立控制；v 脉冲在周期内中心对称或左对齐输出；脉冲在周期内中心对称或左对齐输出；v 可编程时钟选择逻辑；可编程时钟选择逻辑；v 紧急事件关断输入；紧急事件关断输入；v 可作为中断输入。可作为中断输入。武汉科技大学信息科学与工程学院5.3.1 Freescale HCS125.3.1 Freescale HCS12单片机系列简介单片机系列简介v（9 9）串行口）串行口v 2 2个异步串行通信接口（个异步串行通信接口（SCISCI）vSCISCI是一种采用标准的不归零数据是一种采用标准的不归零数据NRZNRZ格式的异步串行通信格式的异步串行通信接口，它内置
46、独立的波特率产生电路和接口，它内置独立的波特率产生电路和SCISCI收发器，可以收发器，可以选择选择8 8或或9 9个数据位（其中个数据位（其中9 9位数据格式的第位数据格式的第9 9位可由位可由SCISCI控控制寄存器的制寄存器的M M位指定位奇或偶校验位）。发送和接收的奇位指定位奇或偶校验位）。发送和接收的奇偶校验位可以选择是否由硬件生成。偶校验位可以选择是否由硬件生成。SCISCI的特点是：双线的特点是：双线串行接口，标准串行接口，标准NRZNRZ格式，硬件自动生成奇偶标志，全双格式，硬件自动生成奇偶标志，全双工操作，独立波特率产生逻辑，独立的发送器和接收器允工操作，独立波特率产生逻辑，
47、独立的发送器和接收器允许控制位，通信中采用中断驱动机制，具有回送方式，可许控制位，通信中采用中断驱动机制，具有回送方式，可以监视发送器的输出，实现通信过程的自诊断。以监视发送器的输出，实现通信过程的自诊断。武汉科技大学信息科学与工程学院5.3.1 Freescale HCS125.3.1 Freescale HCS12单片机系列简介单片机系列简介v 2 2个同步串行设备接口（个同步串行设备接口（SPISPI）vSPISPI系统的时钟源是总线时钟，可以通过设置系统的时钟源是总线时钟，可以通过设置SPISPI波特率寄波特率寄存器来选择分频系数。存器来选择分频系数。HCS12 SPIHCS12 SP
48、I的核心是一个的核心是一个8 8位移位寄位移位寄存器，数据传输时，在时钟信号存器，数据传输时，在时钟信号SCKSCK的控制下，数据寄存的控制下，数据寄存器的数据从器的数据从8 8位移位寄存器移出或移入。位移位寄存器移出或移入。SPISPI数据寄存器有数据寄存器有SPISPI控制寄存器控制寄存器 1 1（SPICR1SPICR1）和）和SPISPI控制器控制器2 2（SPICR2SPICR2）设置。）设置。SPISPI状态寄存器可以通过设置改变状态寄存器可以通过设置改变SPISPI的工作状态。当的工作状态。当SPISPI系统使能时，系统使能时，PORTSPORTS端口的端口的PS7PS7PS4P
49、S4四四个引脚将分别为个引脚将分别为SPISPI的的MISO,MISO,vMOSI,SCK,MOSI,SCK,引脚。引脚。SPISPI有三种工作模式：主机模式、从机有三种工作模式：主机模式、从机模式和双工模式。模式和双工模式。武汉科技大学信息科学与工程学院5.3.1 Freescale HCS125.3.1 Freescale HCS12单片机系列简介单片机系列简介v（1010）总线）总线v 兼容总线标准；兼容总线标准；v 多组总线模块。多组总线模块。v（1111）LQFP-112LQFP-112和和QFP-80QFP-80封装选择封装选择v 5 V5 V输入和带驱动能力输入和带驱动能力I/O
50、I/O；v 5 V A/D5 V A/D转换器输入；转换器输入；v 50 MHz50 MHz系统频率；系统频率；v 单线背景调试模块；单线背景调试模块；v 片上硬件断点。片上硬件断点。武汉科技大学信息科学与工程学院5.3.2 5.3.2 MC9S12DG128MC9S12DG128最小系统设计最小系统设计vMC9S12DG128MC9S12DG128芯片是全国智能汽车竞赛组委会指定各参赛队使芯片是全国智能汽车竞赛组委会指定各参赛队使用的用的Freescale HCS12Freescale HCS12系列中的一款芯片，本节介绍以系列中的一款芯片，本节介绍以MC9S12DG128MC9S12DG1