第3章MC9S12單片機(jī)內(nèi)核與片上資源

第3章MC9S12單片機(jī)內(nèi)核與片上資源第一頁，共54頁?！?-1內(nèi)核結(jié)構(gòu)及引腳第二頁，共54頁。Freescale單片機(jī)的命名規(guī)則

①產(chǎn)品狀態(tài)。MC—FullyQualified（合格）；PC—ProductEngineering（測試品）；XC表示部分合格品，有限質(zhì)量保證，用于性能評估的器件。②存儲器類型標(biāo)志?！盁o”表示片內(nèi)帶ROM或片內(nèi)沒有程序存儲器；7表示片內(nèi)帶EPROM或一次可編程ROM（onetimeprogrammableROM，OTPROM）；8表示片內(nèi)帶EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory);9表示片內(nèi)帶閃存FlashEEPROM。③芯片內(nèi)核類型。如08表示HC08內(nèi)核、S08表示HCS08內(nèi)核、RS08表示RS08內(nèi)核等。第三頁，共54頁。④子系列型號標(biāo)志。如GP、GB、GZ等。⑤存儲器大小。如2表示2KB、32表示32KB、60表示60KB等。⑥Flash版本標(biāo)志，反映不同的擦寫電壓、時間等。⑦工作溫度范圍標(biāo)志?！盁o”表示商用溫度范圍0℃～70℃；C表示-40℃～85℃；V表示-40℃～105℃；M表示-40℃～125℃。⑧封裝形式。如:P為雙列直插DIP封裝。選用某款芯片制作電路板時要特別注意封裝形式。⑨E表示leadfreepackaging，即無鉛封裝。

在⑨之后有些還有一個可選項，例如MC68HC912B32ACFUE8，此處的“8”表示總線速度為8MHz。第四頁，共54頁。內(nèi)核結(jié)構(gòu)—存儲器以MC9S12DP256為例256KFLASH12KRAM4KEEPROMMC9S12DG128擁有128K的FLASH，8K的RAM，2K的EEPROM。第五頁，共54頁。電壓調(diào)整模塊及相關(guān)引腳電壓調(diào)整模塊給內(nèi)核供電2.5VVDD1/2和VSS1/2：內(nèi)核供電引腳，之間要接去耦電容VREGEN引腳上拉使能電壓調(diào)整模塊，VDD1/2，VDDPLL使用內(nèi)部2.5V電源VREGEN引腳接地禁止模塊，VDD1/2，VDDPLL接外部2.5V電源VDDR、VSSR：電壓調(diào)整模塊及I/O供電，分別接電源和地，之間要接去耦電容第六頁，共54頁。時鐘和鎖相環(huán)及相關(guān)引腳EXTAL、XTAL：接外部振蕩器RESET：接外部復(fù)位，低電平有效XFC：接鎖相環(huán)濾波電容VDDPLL、VSSPLL：鎖相環(huán)供電引腳。使能電壓調(diào)整模塊（VREGEN上拉）時，該引腳直接去耦電容。第七頁，共54頁。模式選擇及相關(guān)引腳模式選擇和PORTE復(fù)用TEST：保留腳，接地XIRQ：非屏蔽中斷IRQ：可屏蔽中斷R/W：讀寫信號，指示總線上數(shù)據(jù)方向LSTRB：總線模式下低位字節(jié)（奇地址）選通ECLK：內(nèi)部總線時鐘輸出，一般在寬擴(kuò)展模式下地址鎖存用BKGD（MODC）、MODB、MODA：模式選擇NOACC/XCLKS：外部振蕩電路方式選擇（當(dāng)使用串行振蕩電路時，該引腳要拉高；當(dāng)使用并行振蕩電路時，該引腳要接地。）第八頁，共54頁。串聯(lián)方式（引腳要拉高）并聯(lián)方式（引腳要接地）第九頁，共54頁。模式選擇第十頁，共54頁。地址數(shù)據(jù)總線PORTA和PORTB作為擴(kuò)展模式下的數(shù)據(jù)和地址復(fù)用總線，尋址達(dá)到64K范圍窄模式下：PORTA為8位數(shù)據(jù)總線寬模式下：PORTA、PORTB為16位數(shù)據(jù)總線PTK為擴(kuò)展存儲器超過64K時用，不擴(kuò)展時作為普通I/O口。第十一頁，共54頁。擴(kuò)展窄模式地址線接法第十二頁，共54頁。擴(kuò)展寬模式地址線接法第十三頁，共54頁。ATD模塊及相關(guān)引腳VRH、VRL：參考高壓和參考低壓，一般接5V（隔離）和GND（單點共地）。VDDA、VSSA：A/D模塊電源引腳。AN0-AN7：模擬量輸入引腳，8個通道。作普通I/O時，只能輸入，不能輸出。第十四頁，共54頁。定時器及相關(guān)引腳IOC0-7：輸入捕獲：捕獲外部有效邊沿輸出比較：輸出一定寬度的脈沖作為普通I/O口時，為PORTT，輸入輸出。第十五頁，共54頁。SPI、PWM及相關(guān)引腳2個SPI口MISO：主機(jī)輸入/從機(jī)輸出MOSI：主機(jī)輸出/從機(jī)輸入SCK：同步時鐘（主機(jī)提供，從機(jī)接受）SS：從機(jī)選擇（1-主機(jī)，0-從機(jī)）PWM0-7：PWM模塊8個通道作為普通I/O：PORTP第十六頁，共54頁。異步串行口及相關(guān)引腳2個SCI：RXD：數(shù)據(jù)接收TXD：數(shù)據(jù)發(fā)送1個SPI1個BDLC4（5）個CAN：RXCAN接收、TXCAN發(fā)送作為普通I/O使用：PORTS，PORTM第十七頁，共54頁。中斷I/O口作為普通并行I/O口：PORTJ、PORTHPJ口和PH口可以作為中斷口：可選擇上升或者下降沿中斷；PJ6和PJ7與I2C和CAN4模塊復(fù)用引腳。（I2C：SDA數(shù)據(jù)引腳、SCL時鐘引腳）第十八頁，共54頁。電源引腳*VDD1、2，VSS1、2：內(nèi)部邏輯供電*VDDPLL，VSSPLL：鎖相環(huán)供電*-使能電壓調(diào)整模塊（VREGEN上拉）。VDDX，VSSX：I/O供電電源引腳VDDR，VSSR：電壓調(diào)整器及I/O供電電源引腳VDDA，VSSA：A/D模塊供電電源引腳第十九頁，共54頁?！?-2內(nèi)部寄存器累加器A、B：保存操作數(shù)和操作結(jié)果，組成16位累加器D。變址寄存器X、Y：尋址操作、臨時數(shù)據(jù)、參與運算。堆棧指針SP：中斷、子程序調(diào)用，暫存數(shù)據(jù)。堆棧由高地址向低地址生成，棧頂為實棧頂。程序計數(shù)器PC：存放下一條要執(zhí)行的指令地址。第二十頁，共54頁。條件碼寄存器CCR：包括5個狀態(tài)指示器、兩個中斷屏蔽位、STOP指令控制位。1-CPU不可執(zhí)行STOP；0-反之1-屏蔽XIRQ中斷；0-反之1-產(chǎn)生了半進(jìn)位1-屏蔽所有可屏蔽中斷1-運算結(jié)果有負(fù)數(shù)1-運算結(jié)果有01-運算結(jié)果溢出1-運算產(chǎn)生進(jìn)/借位第二十一頁，共54頁。溢出標(biāo)志和進(jìn)位標(biāo)志是兩個意義不同的標(biāo)志。進(jìn)位標(biāo)志表示無符號數(shù)運算結(jié)果是否超出范圍，運算結(jié)果仍然正確；溢出標(biāo)志表示有符號數(shù)（以補(bǔ)碼形式表示）運算結(jié)果是否超出范圍，運算結(jié)果已經(jīng)不正確。正數(shù)和負(fù)數(shù)相加不會溢出

兩個正數(shù)相加，如果結(jié)果為負(fù)數(shù)（符號位為1），表明發(fā)生溢出；

兩個負(fù)數(shù)相加，如果結(jié)果為正數(shù)（符號位為0），表明發(fā)生溢出。處理器對兩個操作數(shù)進(jìn)行運算時，按照無符號數(shù)求得結(jié)果，并相應(yīng)設(shè)置進(jìn)位標(biāo)志；同時，根據(jù)是否超出有符號數(shù)的范圍設(shè)置溢出標(biāo)志。第二十二頁，共54頁。按無符號數(shù)對待按帶符號數(shù)對待000001004（+）4+

00001011

+

11

+

（+）110000111115（+）15按無符號數(shù)對待按帶符號數(shù)對待000001117（+）7+

11111011

+

251

+

（-）51C00000010258（+）2

C=1V=0按無符號數(shù)對待按帶符號數(shù)對待000010019（+）9+

01111100

+

124

+

（+）124

10000101133（+）133

C=0V=1按無符號數(shù)對待按帶符號數(shù)對待10000111135（-）121+

11110101

+

245

+

（-）11

1C01111100380（-）132C=1V=1第二十三頁，共54頁?！?-3堆棧堆棧由高地址向低地址生成，SP總是指向最后進(jìn)入堆棧的一個字節(jié)實棧頂

——壓棧時先調(diào)整堆棧指針（SP←（SP－1）），后保存數(shù)據(jù)。

——出棧時先彈出數(shù)據(jù)，后修改棧頂（SP←（SP＋1））子程序調(diào)用時，程序返回地址自動壓棧、中斷響應(yīng)后，除斷點地址自動壓棧外，CPU寄存器Y、X、A、B、CCR也依次自動壓棧；執(zhí)行中斷返回指令時，斷點地址和CPU寄存器按照和入棧時相反的順序依次自動出棧。第二十四頁，共54頁。棧區(qū)必須在程序開始部分在內(nèi)部RAM區(qū)指定，即SP的初始化。中斷進(jìn)棧舉例：執(zhí)行到$80F0處的程序時，CPU響應(yīng)中斷，且此時SP的內(nèi)容（棧頂）為$3F00，則SPSP自動壓棧的內(nèi)容和順序中斷返回時，自動出棧的內(nèi)容和順序第二十五頁，共54頁?！?-4內(nèi)部存儲器—基本內(nèi)存空間MC9S12系列單片機(jī)片內(nèi)有RAM、EEPROM和Flash，不同型號單片機(jī)有不同的存儲器配置。程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，其地址空間可以通過設(shè)置相關(guān)寄存器重新定義。以MC9S12DT128為例：8KBRAM；2KBEEPROM；128KBFlash。第二十六頁，共54頁。第二十七頁，共54頁。存儲器容量寄存器1＝寄存器空間為2KB0＝寄存器空間為1KB存儲器容量寄存器0－MEMSIZ0只讀（默認(rèn)值由芯片的型號決定）詳見下頁表EEPROM空間分配00＝0KB01＝2KB10＝4KB11＝8KB例如：DG128復(fù)位時MEMSIZ0的值為$13，即表示有1KB的寄存器、2KB的EEPROM、8KB的RAM空間。第二十八頁，共54頁。存儲器容量寄存器RAM_SW2-RAM_SW0：分配系統(tǒng)RAM存儲空間第二十九頁，共54頁。寄存器區(qū)映射寄存器－INITRG指定內(nèi)部寄存器區(qū)基址的高5位。則最小基址是$0000，最大基址為$7FFF(D7=0決定)。

使用時，一般定位在$0000開始的1K中。 因為前256個字節(jié)可以用直接地址（8bit地址）訪問，如果定位在其它地方，應(yīng)用擴(kuò)展地址（16bit地址碼）訪問。第三十頁，共54頁。RAM映射寄存器－INITRM0=RAM和內(nèi)部地址空間最低端對齊1=RAM和內(nèi)部地址空間最高端對齊9S12DG128有8KRAM空間，默認(rèn)$0000~$1FFF，若定位在$2000~$3FFF，則INITRM值可為$39。例：第三十一頁，共54頁。EEPROM映射寄存器－INITEE0=禁用EEPROM1=使能EEPROM指定EEPROM基址的高5位。例：DG128有2K的EEPROM。若給INITEE賦值為$09，則EEPROM區(qū)域就是$0800～$0FFF。第三十二頁，共54頁。內(nèi)部寄存器EEPROMRAM16KB固定Flash$3E16KB分頁Flash$3016KB固定Flash$3F中斷向量區(qū)$0000$0400$1000$4000$8000$C000$FF00$FFFF$30$31$32$33$34$35$36$37$38$39$3A$3B$3C$3D$3E$3FBlock3Block2Block1Block0

由PPAGE寄存器（地址$30）決定某一頁在$8000~$BFFF。DP256片內(nèi)有256KFlash，分16頁，每頁16K，一般定位：$4000~$7FFF16K($3E)$C000~$FFFF16K($3F)內(nèi)存以頁面方式擴(kuò)展第三十三頁，共54頁。存儲器優(yōu)先級上述三個寄存器INITRG、INITRM、INITEE負(fù)責(zé)將內(nèi)部資源重新映射若地址分配出現(xiàn)重疊，按優(yōu)先級自動屏蔽級別較低的資源存儲器分配優(yōu)先級：BDMROM寄存器區(qū)RAMEEPROMFlash/ROM外部擴(kuò)展存儲器高低第三十四頁，共54頁。說明：單片機(jī)內(nèi)部有不同的I/O接口模塊，對應(yīng)的寄存器有幾百個，這些存儲器占用1KB的地址空間，這一I/O寄存器空間可以由用戶任意定義到前32KB空間的任何一個2KB空間的前半部分。但是從$0000~$00FF這256個字節(jié)可以使用直接尋址方式。EEPROM默認(rèn)情況下也是從$0000開始的，因為優(yōu)先級沒有寄存器區(qū)高，所以復(fù)位以后有1KB的區(qū)域會被寄存器區(qū)覆蓋，如果要使用全部的EEPROM，可以將其重新定義到其它空間，或?qū)/O寄存器移到其它空間。第三十五頁，共54頁。說明：3.不同型號的單片機(jī)有不同容量的片內(nèi)RAM，有2KB、4KB、8KB、12KB等。例如MC9S12DP256有12KB的RAM，可配置INITRM寄存器使RAM占據(jù)$1000~$3FFF的全部空間。如果單片機(jī)有8KB的RAM，可以定義到$2000~$3FFF。4.$4000~$FFFF的48KB為Flash存儲器空間，分成3塊，每塊16KB。最后16KB空間的最后256B（$FF00~$FFFF）是中斷向量表空間。

第三十六頁，共54頁。§3-5復(fù)位及時鐘—復(fù)位上電復(fù)位單片機(jī)自動檢測VDD端的正跳變，啟動自動工作。外部復(fù)位通過RESET引腳加一低電壓，拉低超過一定時間后可實現(xiàn)復(fù)位?？撮T狗復(fù)位幫助系統(tǒng)在軟件跑飛后自動復(fù)位。時鐘監(jiān)視器復(fù)位利用內(nèi)部的RC電路來保證時鐘頻率滿足要求。第三十七頁，共54頁。振蕩器和時鐘電路EXTAL是外部時鐘輸入或石英振蕩放大器的輸入XTAL是石英振蕩放大器的輸出振蕩電路注：DG128可用串聯(lián)振蕩電路和并聯(lián)振蕩電路兩種連接方式。

9S12X系列單片機(jī)只可用并聯(lián)振蕩電路。使用串行振蕩電路時，PE7引腳要拉高，而使用并聯(lián)振蕩電路或外部有源振蕩器時，該引腳要接地。PE7懸空則為串聯(lián)方式。第三十八頁，共54頁。時鐘初始化寄存器－共5個（1）鎖相環(huán)控制寄存器（PLLCTL）鎖相環(huán)電路允許位1＝允許0＝禁止時鐘監(jiān)控允許位1＝允許0＝禁止注：其余各位的描述見教材49頁。第三十九頁，共54頁。（2）時鐘合成寄存器（SYNR）－低6位有效，有效值0～63。（3）時鐘分頻寄存器（REFDV）－低4位有效，有效值0～15。由鎖相環(huán)來產(chǎn)生時鐘頻率的公式：例如：選用16MHz的外部晶振，若將SYNR設(shè)為

2，REFDV設(shè)為1，通過公式計算可得

PLLCLK＝48MHz。第四十頁，共54頁。鎖相環(huán)頻率鎖定標(biāo)志1＝表示時鐘頻率已穩(wěn)定，且鎖定了鎖相環(huán)頻率。（4）時鐘產(chǎn)生模塊的標(biāo)志寄存器CRGFLG注：其余各位的描述見教材49頁和50頁。（5）時鐘選擇寄存器（CLKSEL）選定鎖相環(huán)1表示BusClock＝PLLCLK/20表示BusClock＝OSCCLK/2實時中斷標(biāo)志位1＝RTI發(fā)生了超時中斷，向該位寫1清除該中斷標(biāo)志位。第四十一頁，共54頁。PLL例子CLKSEL=0x00;//禁止PLLPLLCTL=0xe1;//PLL電路允許

SYNR=2;REFDV=1;//設(shè)置倍頻參數(shù)

PLLCTL=0x60;//時鐘監(jiān)控禁止

while(0==(CRGFLG&0x08));//等待穩(wěn)定

CLKSEL=0x80;//選擇PLL作為時鐘//若晶振為16M,則PLLCLK=2*16*3/2=48MHz,則總線頻率是24MHz第四十二頁，共54頁。實時中斷使能位1＝在RTIF置位時申請中斷0＝不申請來自于RTI模塊的中斷實時中斷RTI相關(guān)寄存器（1）中斷使能寄存器（CRGINT）自給時鐘模式使能位1＝在SCMIF置位時申請中斷0＝不申請SCMLOC中斷鎖定中斷使能位1＝在LOCKIF置位時申請中斷0＝不申請LOCK中斷注：RTIF、LOCKIF、SCMIF見CRGFLG寄存器。第四十三頁，共54頁。RTR[6:4]——實時中斷預(yù)分頻選擇位RTR[3:0]——實時中斷分頻系數(shù)選擇位時鐘源是外部振蕩器RTI超時周期設(shè)置參照表：(具體見S12CRGV4.pdf的第23頁)（2）RTI控制寄存器（RTICTL）第四十四頁，共54頁。RTI程序舉例RTICTL=0x7e;//4M/15*2^16近似等于4HzCRGINT=0x80;//中斷使能得到大約每秒4次的中斷第四十五頁，共54頁。COP（看門狗）相關(guān)寄存器COP窗口模式位1＝看門狗復(fù)位的寫操作必須在看門狗溢出周期的最后1/4時間內(nèi)0＝看門狗復(fù)位的寫操作可以在整個溢出周期內(nèi)發(fā)生（1）COP控制寄存器（COPCTL）BDM模式下，1＝COP和RTI停止運行0＝COP和RTI繼續(xù)運行看門狗溢出周期選擇位（2）COP復(fù)位寄存器（ARMCTL）——向該寄存器先寫$55，然后寫$AA即可復(fù)位看門狗。第四十六頁，共54頁。軟件中斷（SWI）－內(nèi)部中斷源非法指令陷阱－內(nèi)部中斷源非屏蔽中斷（）－外部中