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1、第2章 S12X单片机的结构与组成,2.1 MC9S12XS128的主要功能和结构 2.2.1 功能特性,16位S12XS CPU内核：CPU12X（V2) 。兼容S12，CCRW 内部容错,纠错ECC，最大8M 内存. 时钟和复位发生器，CM 、COP。简化了电源及PLL电路 中断控制管理模块（INT）,中断源细分为7级 带中断功能的8位和4位端口 2个8通道12位A/D转换模块（ 3s）、8个PWM通道 2个SCI、1个SPI、1个CAN总线模块 增强型扑捉定时器TIM ,定时模块PIT 80MHz系统频率（40MHz总线频率） 128KB FLASH、8KB DFLASH、8KB RAM
2、 单线背景调试模块（BDM） 输入/输出端口（I/O）：多达91个通用输入输出端口。 温度性能：-40C 125C的宽温度范围。,2.1.2 MC9S12XS128的结构,总结： MCU核心 - 左侧 E口可作为控制总线。 A口、B口、K口。 MCU外设 - 右 丰富的I/O接口，多功能复用： AD口、 H口、J口、M口、P口、S口和T口。 P,J,H口有中断功能, 可以使MCU退出WAIT,STOP 没有同样功能在不同的端口复用 外设模块，在功能上就是集成了微机原理的对应功能 。 AD ，AN【0：15】， 可做PAD口的16位GPIO 不仅具有AD功能，还有通用输入口功能。 内部时钟根据需
3、要设定,128K FLASH ,8K RAM , 8K EEPROM 比较丰富, 可以选择内存容量大的MCU. 背景调试功能，方便、灵活,2.1.3封装与引脚,一.封装 LQFP-112引脚 QFP-80引脚 （薄）四方扁平 封装表面贴焊,双排直列封装,贴片封装,表2-l MC9S12XS MCU引脚功能一览表,二. 引脚功能描述 1.系统功能类引脚 EXTAL、XTAL：振荡器引脚 RESET：外部复位引脚，低电平有效 （外部电路应有上拉功能） TEST：厂家测试预留，须连至Vss BKGD/MODC：背景调试/模式选择引脚 (内部上拉) 2.电源类引脚 电压调整模块将+3.3 - +5V调
4、整为3组独立电源供片内使用 VDD、VSS2、VSS3 ：MCU核心的工作电源，1.8V; VDDF、VSS1：片内闪存 ， 2.8V; VDDPLL、VSSPLL：PLL的电源供给端，1.8V; 外部电源提供5组+5V电源：电压调整器、I/O、AD,3.I/O类引脚 共有91 个引脚，包括AD,A,B,E,H,J,K,M,P,S,T共11 组端口，每组端口不仅可设定为普通的I/O 端口，还可复用。 例如：AD端口可A/D转换的模拟输入，S端口可设置为SPI 和SCI 通讯接口，T 端口可设置为增强型捕捉定时器的输入，输出接口等。,3.1AD口 、 A口和B口 PAD口：PAD158, 70
5、通用输入口/ 模拟量输; PA、PB、PK：通用I/O口（PA7-0,PB7-0，PK7-0);,3.2 E口 系统启动控制口，用于开机时确定MCU的工作模式。通常使用缺省状况，尽量不作为普通输入/输出端口。,3.3 H口、J口、M口、P口、S口和T口,这些端口都有第二种功能，在不使用第二种功能的时候，可以作为通用输入/输出口 T口（PT70） ：作为定时器模块的IOC关联引脚； S口（PS70） ：与SCI、SPI模块关联作为通信引脚； M口（PM70）：与CAN模块关联作为通信引脚； P口（PP70） ：与PWM模块关联作为通信引脚，也做唤醒中断输入； H口（PH70） ：与唤醒中断输入模
6、块关联引脚； J口（PJ7、PJ6、PJ1、PJ0）；与唤醒中断输入模块关联引脚；,2.2 运行模式,1.多种运行模式 满足各种需要，共3种： 普通单片模式： 最终产品正常运行应用程序； 特殊单片模式: BDM可用，开发、调试； 普通扩展宽模式：数据16位； 普通扩展窄模式：数据8位； 仿真宽模式： 接逻辑分析仪，看总线控制信号； 仿真窄模式： 同上； 特殊测试模式：生产； 特殊设备模式； 同上；,2.运行模式的配置 教学、实验仅要求： 普通单片模式：MODC(BKGD)=1 特殊单片模式：MODC(BKGD)=0 特殊单片模式（Special Single Chip） -又称为背景调试模式(
7、Background Debug Mode，BDM),引脚BKGD有内部上拉，悬空时默认为高电平； 当插上BDM头时，由BDM调试工具的相应引脚给BKGD提供低电平，使MCU进入特殊单片模式；若不插BDM头，则进入普通单片模式。,MODA MODB MODC/BKGD,RESET,HCS12,CLOCK /RESET MODA MODB MODC,Sample Latch,运行模式的时序,在复位时，复位信号的上升沿锁存MODC的输入电平到运行模式寄存器。,3.BDM接口电路 BDM-Background Debug Mode 是Freescal自定义的，方便下载程序、在线调试、监视等 BDM调
8、试器。 -须另购或自制，通过USB接口接PC，插头接目标板。 插头引脚形式：,信号含义： BKGD-接单线背景调试引脚 GND-接地 VDD-接电源 RESET-接目标机复位引脚,4.低功耗模式 运行模式如下： 等待（Wait） 停止（Stop）、 伪停止（Pseudo）,应用背景： 电池供电； 功能多，串行使用； 处于等待事件情况； 根据需要选择不同模式。,等待模式：,唤醒等待模式的条件： 外部复位； 时钟监控复位； 看门狗复位 实时中断； 自时钟模式中断； 其它中断。,特点：CPU 停止执行指令，时钟运行，所有外 设处于激活状态。,特点： 停止所有时钟，保留初始化； 唤醒条件： 外部中断、
9、外部复位。,3）伪停止模式 特点： 时钟继续 工作 ； 可以选择看门狗、实时时钟使能；,唤醒条件： 外部复位； 实时时中断； 看门狗中断。,2）停止模式：,唤醒时间：等待模式小于伪停止模式， 伪停止模式小于停止模式。,2.3 晶振电路,提供MCU工作的时钟基本脉冲。 XTAL-振荡器的输出引脚， EXTAL-振荡器的输入引脚。 XCLKS(PE7)=1时，因有内部上拉，复位默认 XCLKS(PE7)=0时的两种接法：（XS128）,左图中，RB、RS为保证起振，RB取1M，高频率时RS取小或短接 滤波电容C1、C2取22pF 右图中，一般为外接有源晶振 S12(X)的总线时钟频率=晶振频率的1
10、/2 如晶振频率为16MHz，则总线时钟频率为8MHz,CRG时钟复位发生器,时钟与功能模块关联关系,2.4 S12XS128的最小系统电路设计,复位电路,晶振电路,BDM电路,PLL电路,外部供电,单片模式,2.5 系统复位、运行监视与时钟选择,1. 复位功能,目的：错误或故障恢复 S12X MCU复位共有5种： 上电复位 低电压复位 外部复位 COP看门狗复位 (可选,默认无) 时钟监视复位 (可选,默认有),当上述事件触发复位时，MCU在程序计数器中放置一个复位向量，处理器执行启动例程。COP复位和时钟监视复位还有其各自的复位中断向量。,上电复位 ： 正向跳变 ； 低电压复位： 电压监测
11、4.65V； 外部复位 ： 手动； 时钟监视复位 ： 时钟失效（内复位）； 低于预期频率； 看门狗复位： 计时到（内复位）；,复位产生条件:,复位不会返回到复位前的地点！,（1）看门狗 WDT 背景： 程序跑飞； 等待不可能信号； 死循环，不合理参数。 支持： 时钟定时产生溢出 处理： 上电或专用复位程序。 地点： 关键点。长循环出口。 关闭： 调试程序 缺点： 消耗CPU资源,2. 系统运行监视,两种监视手段，以保证系统的正确运行，提高可靠性: COP看门狗定时器（WDT）-程序跑飞或异常时，使MCU复位 （正常运行时“喂狗”） 时钟监视器（CM） -时钟异常时，使MCU复位,背景 : 恶劣
12、环境，晶体振荡器失效； 特点：独立于MCU时钟； 支持：独立硬件； 处理：复位程序 ； 应用：系统时钟故障报警 。,（2）时钟监视 CM -监视时钟异常,三种时钟： OSCCLK PLLCLK SCM: 内部自给时钟，MCU启动后默认是关闭，误差大。,3. 时钟选择,系统时钟Sysclk由PLL和OSCCLK选择一个作为系统时钟；, CM检测的对象是针对OSCLLK的频率, PLL的时钟源是来自OSCCLK,总线时钟频率=系统时钟频率/2,COP (WDT) ,RTI 时钟取自OSCCLK,除非进入自时钟,MCU工作的总线时钟可以使用默认的外部时钟，也可以选择使用来自内部锁相环的时钟，以获得更
13、高的总线时钟频率。 此时需要在MCU最开始初始化时设置时钟合成寄存器和时钟分频寄存器以确定PLL时钟频率，然后设置时钟选择寄存器的控制位PLLSEL=1，从而选定PLL时钟，而不用复位默认的外部时钟。 锁相环产生的时钟频率可由下面的公式得到： fPLLCLK= 2 fOSCCLK (SYNR1) / (REFDV1) 式中：fOSCCLK为振荡器频率；SYNR为时钟合成寄存器的值；REFDV为时钟分频寄存器的值。 例如，当S12X16MHz外部晶振频率时，若将SYNR设为2，REFDV设为1，就可以得到48MHz的锁相环时钟频率和24MHz的总线频率,fBUSCLK = fOSCCLK /2
14、fBUSCLK = fPLLCLK /2,S12(X)MCU的时钟、复位和WDT、CM的操作控制需要设置一些基本的寄存器，涉及到的各个寄存器描述见书。,2.6 存储器,ROM（Read Only Memory ）：只读存储器 RAM（Random Access Memory ）：随机存取存储器 MCU常用的存储器： ROM-程序存储器；非易失；不能更改 RAM-数据存储器；掉电丢失数据；可读/写 EPROM-紫外线擦除。非易失；可反复擦写，擦写速度慢 EEPROM-电擦除。非易失；可反复擦写，擦写速度稍慢 FLASH ROM-闪存，更高级的EEPROM。非易失；可反复擦写并允许在线编程；更高速
15、、更方便、容量大.简称Flash. 在Freescale S12X比较新出的MCU中，有DataFlash取代EEPROM的趋势,2.6.1 存储器空间组织与分配,XS128的存储器资源：8KB RAM、8KB DataFlash、128KB Flash。 Freescale单片机的存储器结构采用冯.诺依曼-RAM、ROM统一编址，不同于51单片机。 编址范围：64KB($0000$FFFF，每存储单元存8位信息） 空间覆盖：I/O寄存器 1KB，RAM 8KB，DataFlash 8KB (EEPROM) FLASH 128KB（页面扩展机制）,地址分配重叠时，存储器优先级：,$0000$07FF(2KB)：I/O寄存器区。用以安排S12X的众多不同I/O接口模块的几百个寄存器，I/O寄存器区可以映射到其它位置，但一般不予改变，就留给I/O寄存器使用。 $0800$0BFF(1KB)：分页Data Flash区。通过分页扩展的方法以达到管理256KB空间的Data Falsh，此区间对应$00$FE共255个页面窗口，每个页面为1KB空间。其中本地地址
