合工大S12X單片機原理2

1、單片機原理Microcontrollers Principles MC9S12單片機原理及嵌入式應用開發(fā)技術6/21/2022 2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.4 并行I/O口 MC9S12XS單片機有11個并行I/O端口，包括A、B、E、K、T、S、M、P、H、J和AD。其中A、B和K作為通用I/O口，其他端口除了作為通用I/O口外，還具有復用功能。2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.4 并行I/O口I/O口的一般特性：1.I/O是和外部接口的最基本的手段是和外部接口的最基本的手段2.通常在微控制器中通常在微控制器中a)將將8個個I/O口合成一組口合成一組b)I/O通常是雙向的通常是

2、雙向的（部分管腳是單向的）（部分管腳是單向的）c)I/O引腳通常還和其他外設引腳復用引腳通常還和其他外設引腳復用3.I/O的相關寄存器的相關寄存器a)端口方向寄存器端口方向寄存器 (比如比如DDR)b)端口數(shù)據(jù)寄存器端口數(shù)據(jù)寄存器 (比如比如PT)c)端口狀態(tài)寄存器端口狀態(tài)寄存器 (比如比如PTI)d)端口設定寄存器端口設定寄存器 (如如key wakeup, pull-up )2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.4 并行I/O口I/O口的結(jié)構(gòu)示意圖配置成輸出配置成輸入2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.4 并行I/O口I/O口寄存器配置的示意圖2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.4 并

3、行I/O口pA、B、E和和K口口1.數(shù)據(jù)方向寄存器（以A端口為例）1=輸出 0=輸入2.數(shù)據(jù)寄存器（以A端口為例）3.上拉控制寄存器(PUCR) 1=上拉電阻使能 0=上拉電阻未被使能4.低功耗驅(qū)動寄存器(RDRIV)1=輸出引腳功耗為正常值的1/5 0=輸出引腳功耗為正常值2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.4 并行I/O口pA、B、E和和K口口A、B、E和K口寄存器的地址2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.4 并行I/O口pT、S、M、P、H和和J口口1.數(shù)據(jù)方向寄存器2.數(shù)據(jù)寄存器定義為輸入時，讀該寄存器，讀出的是該寄存器的值，而不是對應引腳的電平（注意，這點定義為輸入時，讀該寄存器

4、，讀出的是該寄存器的值，而不是對應引腳的電平（注意，這點與與A A口不同?？诓煌?。3.輸入寄存器只讀寄存器，當數(shù)據(jù)方向寄存器定義為輸入時，讀出的值為對應引腳的電平；當引腳作為輸只讀寄存器，當數(shù)據(jù)方向寄存器定義為輸入時，讀出的值為對應引腳的電平；當引腳作為輸出時，出時，該寄存器監(jiān)視對應引腳是否負荷超載或電路短路，若是，則置該寄存器監(jiān)視對應引腳是否負荷超載或電路短路，若是，則置1 1；否則；否則為為0.0.4.低功耗驅(qū)動寄存器5.上拉或下拉使能寄存器6.上拉或下拉選擇寄存器 1=選擇下拉電阻 0=選擇上拉電阻2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.4 并行I/O口pAD口口AD口除了作為AD轉(zhuǎn)換模塊

5、的模擬量輸入口和外界觸發(fā)脈沖的輸人口外，也可作為普通輸入口。AD口中沒有數(shù)據(jù)方向寄存器，所以AD口只能作為輸入口，而不能作為輸出口。p端口的復用功能端口的復用功能a)a)T T口還具有接收輸入捕捉功能，每個引腳作為一個輸入捕捉端口。在系統(tǒng)復位時，引腳置位為高口還具有接收輸入捕捉功能，每個引腳作為一個輸入捕捉端口。在系統(tǒng)復位時，引腳置位為高阻態(tài)。阻態(tài)。b)b)S S口還與口還與SCISCI模塊和模塊和SPISPI模塊關聯(lián)作為通信接口。在系統(tǒng)復位時，引腳置位為帶上拉電阻的輸入狀模塊關聯(lián)作為通信接口。在系統(tǒng)復位時，引腳置位為帶上拉電阻的輸入狀態(tài)。態(tài)。c)c)M M口還與口還與ByteFlightBy

6、teFlight模塊、模塊、BDLC(J1850)BDLC(J1850)模塊、模塊、CANCAN模塊和模塊和SPISPI關聯(lián)作為通信接口關聯(lián)作為通信接口。在系統(tǒng)復位時，在系統(tǒng)復位時，引腳置位為高阻態(tài)。引腳置位為高阻態(tài)。d)d)P P口還與口還與PWMPWM模塊和模塊和SPISPI模塊關聯(lián)作為通信接口模塊關聯(lián)作為通信接口。另外，當另外，當P P口作為輸入口作為輸入/ /輸出端口時，還提供中斷輸出端口時，還提供中斷功能。在系統(tǒng)復位時，引腳置位為高阻態(tài)輸入。功能。在系統(tǒng)復位時，引腳置位為高阻態(tài)輸入。e)e)H H口與口與SPISPI模塊關聯(lián)作為通信接口，即模塊關聯(lián)作為通信接口，即P P。在系統(tǒng)復位時

7、，引腳置位為高阻態(tài)輸入。在系統(tǒng)復位時，引腳置位為高阻態(tài)輸入。f)f)J J口還與口還與CANCAN模塊和模塊和I2CI2C模塊關聯(lián)作為通信接口。另外，當模塊關聯(lián)作為通信接口。另外，當J J口作為輸入口作為輸入/ /輸出端口時，還提供中斷輸出端口時，還提供中斷功能。在在系統(tǒng)復位時，引腳置位為帶上拉電阻的輸入狀態(tài)功能。在在系統(tǒng)復位時，引腳置位為帶上拉電阻的輸入狀態(tài)。2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset Generator）2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset Generator）2.S12X

8、S單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset Generator）時鐘模塊1. 時鐘分頻寄存器(REFDV) 用于設定內(nèi)部鎖相環(huán)電路時鐘分頻系數(shù)。鎖相環(huán)參考時鐘晶振時鐘具體參見芯片參考手冊具體參見芯片參考手冊 MC9S12XS256RMV1.PDF2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset Generator）時鐘模塊2. 時鐘合成寄存器(SYNR)鎖相環(huán)時鐘頻率晶振時鐘頻率鎖相環(huán)中壓控振蕩器振蕩頻率單片機內(nèi)部總線時鐘頻率2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset

9、Generator）時鐘模塊3. CRG時鐘后分頻寄存器(POSTDIV)2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset Generator）時鐘模塊4. CRG標志寄存器(CRGFLG)1) RTIF：實時中斷標志位。 2) PORF：上電復位標志位。3) LVRF：低電壓復位標志位。 4) LOCKIF：內(nèi)部鎖相環(huán)鎖定中斷標志位。5) LOCK：鎖定狀態(tài)位。 6) ILAF：非法地址復位標志位。7) SCMIF：自時鐘模式中斷標志位。 8) SCM：自時鐘模式狀態(tài)位，只讀。2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks a

10、nd Reset Generator）時鐘模塊5. CRG時鐘選擇寄存器(CLKSEL)1) PLLSEL:1) PLLSEL:鎖相環(huán)選擇位。置鎖相環(huán)選擇位。置1 1，PLLCLKPLLCLK為系統(tǒng)時鐘源；清為系統(tǒng)時鐘源；清O O，選擇，選擇OSCCLKOSCCLK為系統(tǒng)時鐘源；為系統(tǒng)時鐘源；2) PSTP：偽停止位。該位控制在停止模式下晶振源的功能。置l，表示在停止模式下晶振繼續(xù)運行；3) XCLKS：振蕩器配置狀態(tài)位。4) PLLWAI:等待模式PLL停止位。置1，PLL在待機模式時繼續(xù)運行；清0，PLL在待機時停止；5) RTIWAI：等待模式RTI停止位；置1，只要進入等待模式RTI就

11、停止工作并將RTI的分頻器清零；6) COPWAI:等待模式COP停止位。2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset Generator）時鐘模塊6. PLL控制寄存器(PLLCTL)1)CME：時鐘監(jiān)控使能位。當時鐘監(jiān)控器檢測到時鐘信號不穩(wěn)定時，會復位MCU或者進入自時鐘模式。置1，允許時鐘監(jiān)控器；清0，不允許時鐘監(jiān)控器。2)PLLON：IPLL啟動位。當啟動位。當PLLON1時，打開時，打開PLL電路；當電路；當PLLON0時，關閉時，關閉PLL電路。電路。3)FM1和FM0：IPLL頻率調(diào)制使能位。4)FSTWKP：完全停止快速喚醒位。5)

12、PRE：在不完全停止模式下使能實時中斷。6) PCE：在不完全停止模式下使能看門狗。7) SCME：自時鐘模式使能位。2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset Generator）時鐘模塊7. CRG實時中斷控制寄存器（RTICTL）1)RTDEC：十進制或二進制分頻系數(shù)選擇位。2)RTR6:4：實時中斷預分頻率選擇位。3)RTR3:0：實時中斷模數(shù)計數(shù)器選擇位。如果采用二進制表示：如果采用二進制表示：溢出時鐘周期溢出時鐘周期(實時中斷周期實時中斷周期)=(RTR3:0+1)2 (RTR6:4 +9) /OSCCLK(晶振時鐘頻率晶振時鐘頻率)

13、 2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset Generator）時鐘模塊8. CRG看門狗控制寄存器(COPCTL) COP (Computer Operating Properly)1)WCOP：窗口COP模式使能位。置1后，必須在看門狗周期的后25%時間向ARMCOP中依次寫人0 x55和0 xAA，在其他時間內(nèi)寫入或者寫入其他值無效，并且會讓MCU復位。WCOP=1，窗口COP模式；WCOP0，正常COP模式。2)RSBCK：，BDM模式下的COP和RTI停止位。3)WRTMASK：WCOP和CR2:0寫屏蔽位。4)CR2:0：COP計時

14、速率選擇位。COP溢出時鐘周期溢出時鐘周期= CR2:0 指示的分頻值指示的分頻值 /OSCCLK(晶振時鐘頻率晶振時鐘頻率) 2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset Generator）鎖相環(huán)功能及應用注意事項CRG模塊的鎖相環(huán)電路由模塊的鎖相環(huán)電路由OSCCLK時鐘產(chǎn)生一個規(guī)定的頻率時鐘時鐘產(chǎn)生一個規(guī)定的頻率時鐘PLLCLK，為系統(tǒng)提為系統(tǒng)提供各種時鐘頻率源。它們之間的關系分別如下所述供各種時鐘頻率源。它們之間的關系分別如下所述：壓控振蕩器輸出頻率：壓控振蕩器輸出頻率：fVCOCLK = 2 fOSCCLK(SYNR + 1)/(REFD

15、V+1)內(nèi)部鎖相環(huán)輸出頻率：內(nèi)部鎖相環(huán)輸出頻率：fPLLCLK = fVCOCLK / ( 2 POSTDIV)選擇鎖相環(huán)時，內(nèi)部時鐘總線頻率：選擇鎖相環(huán)時，內(nèi)部時鐘總線頻率：fBUSCLK = fPLLCLK / 2fVCOCLK和和fPLLCLK之間的頻率比例一般為之間的頻率比例一般為1 1，所以一般情況下，所以一般情況下, ,POSTDIV=0。為了使時。為了使時鐘源穩(wěn)定，一般鐘源穩(wěn)定，一般REFDIV盡可能取最大值。盡可能取最大值。2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset Generator）鎖相環(huán)應用范例1) 禁止總中斷。2) 寄存器

16、CLKSEL的第7位置0，即CLKSEL_PLLSEL=0。3) 禁止鎖相環(huán)(PLL)，即PLLCTLPLLON=0。4) 根據(jù)想要的時鐘頻率設置SYNR和REFDV以及POSTDIV(可以不管)3個寄存器。5) 打開PLL，即PLLCTLPLLON=1。6) CRGFLGLOCK位確定PLL是否穩(wěn)定。7) PLLCLK穩(wěn)定后，允許鎖相環(huán)時鐘源PLLCLK為系統(tǒng)提供時鐘，即CLKSELPLLSEL=1。2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset Generator）復位單片機產(chǎn)生復位的條件： 引腳加低電平。 電源電壓低于特定值。 看門狗復位。 時

17、鐘監(jiān)控器復位。 執(zhí)行復位指令引發(fā)的復位 非法指令引起的復位單片機的啟動過程：上電復位后程序代碼程序代碼變量、堆棧變量、堆棧外設寄存器外設寄存器2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset Generator）復位中斷向量表：詳細的中斷向量表見芯片手冊“MC9S12XS256 Reference Manual”P54：Table 1-10. “Interrupt Vector Locations ” 2.S12XS單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.5 時鐘與復位模塊（Clocks and Reset Generator）復位復位后單片機CPU要完成的任務：一從

18、固定地址取得復位向量并開始執(zhí)行指令二初始化微控制器內(nèi)部電路 將所有寄存器恢復成默認值 確認MCU的工作模式 禁止全局中斷 關閉外設 將IO置為高阻輸入狀態(tài) 等待時鐘振蕩趨于穩(wěn)定三初始化堆棧指針；四初始化內(nèi)存，復制初始化數(shù)據(jù)，例如Init()；五調(diào)用主函數(shù)，例如main()；六設置系統(tǒng)時鐘，是否啟動PLL。自動執(zhí)行3.單片機最小系統(tǒng)與軟件運行環(huán)境3.1 硬件電路設計單片機最小系統(tǒng)：所謂最小系統(tǒng)就是能夠在上電時，單片機正常工作的基本保障。MCU正常工作所需的最基本外圍配置有：時鐘電路，復位電路，BDM接口電路，以及供電電源。S12XS128單片機BDM接口Reset 按鈕Crystal（晶振）LE

19、D發(fā)光二極管RS232 DB9(SCI0)異步串行通信接口MAX232 異步串行通信驅(qū)動芯片 Power socketSignal connector信號插排3.單片機最小系統(tǒng)與軟件運行環(huán)境3.1 硬件電路設計實驗擴展板：為了學習、調(diào)試單片機各種功能而設計的。Signal connectorSignal connectorkeypadPulse generatorPWM D/A convertAnalog voltage generator8 LEDswitchI2CSPIRS232 driver7Seg Numeric LEDConnect points3.單片機最小系統(tǒng)與軟件運行環(huán)境3.1

20、 硬件電路設計單片機電源單片機最小系統(tǒng)：所謂最小系統(tǒng)就是能夠在上電時，單片機正常工作的基本保障。MCU正常工作所需的最基本外圍配置有：時鐘電路，復位電路，BDM接口電路，以及供電電源。3.單片機最小系統(tǒng)與軟件運行環(huán)境3.1 硬件電路設計單片機電源3.單片機最小系統(tǒng)與軟件運行環(huán)境3.1 硬件電路設計單片機電源3.單片機最小系統(tǒng)與軟件運行環(huán)境3.1 硬件電路設計單片機電源3.單片機最小系統(tǒng)與軟件運行環(huán)境3.1 硬件電路設計單片機電源電路設計圖3-1單片機系統(tǒng)電源濾波電路設計10uF的是濾波電容，起能量緩沖作用和濾波穩(wěn)壓作用，一般選電解電容。0.1uF、0.01uF的是去耦高頻電容，是用來濾除高頻信

21、號干擾的。3.單片機最小系統(tǒng)與軟件運行環(huán)境3.1 硬件電路設計單片機電源電路設計圖3-2單片機濾波電路內(nèi)部電壓調(diào)整模塊需要外部連接濾波電路才能正常工作。3.單片機最小系統(tǒng)與軟件運行環(huán)境3.1 硬件電路設計單片機時鐘電路設計a)晶振和單片機引腳之間的連線盡可能短、線寬盡可能寬，這樣可以保證其工作的穩(wěn)定性和避免晶振體的高頻信號對周圍線路造成過多的干擾。b)晶振體的下方和周圍盡量不要走線，尤其不要接對信號質(zhì)量要求高的器件的線路。c)晶振體的周圍和下面盡量用地線包圍和覆蓋，將晶振體的噪聲阻擋起來，也防止其他干擾信號進來。單片機時鐘電路XTALXTAL，EXTALEXTAL間可以接入不同形式的振蕩電路間

22、可以接入不同形式的振蕩電路, ,具體參數(shù)需要看器件文檔。具體參數(shù)需要看器件文檔。3.單片機最小系統(tǒng)與軟件運行環(huán)境3.1 硬件電路設計復位電路設計 Power-On Reset External Hardware Reset Low voltage reset COP reset clock monitor reset不可屏蔽不可屏蔽可屏蔽可屏蔽3.單片機最小系統(tǒng)與軟件運行環(huán)境3.1 硬件電路設計BDM接口電路設計BDM（Background Debug Mode）接口電路是）接口電路是S12單片機用單片機用來連接來連接BDM調(diào)試器的，主要用于調(diào)試器的，主要用于將應用程序從微機下載到單片機，將應用程序從微機下載到單片機，以及動態(tài)調(diào)試使用。以及動態(tài)調(diào)試使用。3.單片機最小系統(tǒng)與軟件運行環(huán)境3.1 硬件電路設計BDM接口電路設計例子 （電路原理圖）從內(nèi)部VREG輸出工作電壓輸入3.單片機最小系統(tǒng)與軟件運行環(huán)境3.1 硬件電路設計C6C7C5Good isolation of PLL / Oscillator Power supply. C5 = 1nf, C6 = 100nF.Low impeda