全球主流8位MCU芯片详细解剖No.1:飞思卡尔 MC9S08AC60-文章-硬件设计-芯片IC

全球主流8位MCU芯片详细解剖No.1:飞思卡尔 MC9S08AC60

时间:08-22 15:34 阅读:7338次

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简介：相信很多人在学习MCU（单片机）的时候，都是从最基本的8位MCU开始的。如今，尽管32位MCU甚至更多功能强大的MCU大有下探取代之势，但是在许多工程师的记忆里以及相当一部分应用领域，8位单片机依然是不可磨灭的一代经典！本文将结合单片机的生产厂商，带你深入了解主流8位单片机的功能结构，引脚说明，模块分析以及具体应用等等。

飞思卡尔 MC9S08AC60

简介

MC9S08AC60系列MCU是低成本、高性能HCS08系列8位微处理器单元（MCU）的成员。这个系列的单片机均由一对引脚兼容的8位和32位器件组成，是Flexis系列器件的第3个系列产品。Flexis系列控制器是飞思卡尔控制器联合体的连接点，使8位与32位兼容性成为现实。

模块结构图

系统时钟图

引脚图

通用引脚连接

重要引脚说明

电源（VDD， VSS， VDDAD， VSSAD）

VDD 和VSS 是MCU的主电源引脚。该电压源为所有I/O 缓冲电路以及内部稳压器供电。内部稳压器向CPU 和MCU的其它内部电路提供稳压后的低电压源。

VDDAD 和VSSAD 是MCU的模拟电源引脚。该电源为ADC 模块供电。必须在离该模拟电源引脚尽可能近的地方连接一个0.1 μF 陶瓷旁路电容，来抑制高频噪音。

振荡器（XTAL， EXTAL）

复位后，MCU使用内部生成的时钟（自时钟模式— fSelf_reset），相当于8 MHz 晶体振荡频率。这个频率的时钟源在复位启动时使用，可以作为停止恢复的时钟源，这样可以避免较长的晶体启动延迟。该MCU还包含一个可修整的内部时钟发生器（ICG）模块，可以用它来运行MCU。

RESET 引脚

RESET 是一个专用的引脚，内置一个上拉器件。它有输入滞后，包含一个高电流输出驱动，无输出斜率控制。内部加电复位和低压复压电路一般都不需要外部复位电路。这个引脚通常连接到标准的6引脚后台调试连接器，这样开发系统可以直接复位MCU系统。

后台/模式选择（BKGD/MS）

在复位时，BKGD/MS 引脚充当模式选择引脚。复位完成后，该引脚立即作为后台引脚，可以用于后台调试通信。当作为后台/模式模式选择引脚时，该引脚包括一个内部上拉器件，有输入滞后，且无输出斜率控制。当引脚作为后台引脚时，它包括一个高电流输出驱动。当该引脚作为模式选择引脚时，它只有输入，因此不包含标准的输出驱动。

ADC 参考引脚（VREFH， VREFL）

VREFH和VREFL 引脚分别为ADC模块的电压参考高输入和电压参考低输入。

外部中断引脚（IRQ）

IRQ 引脚是IRQ中断的输入源，也是BIH 和BIL指令的输入。如果未使能IR功能，这个引脚仍配置为TPMCLK 。

通用I/O和外设端口

剩余的引脚被通用I/O和片上外设功能，如定时器和串行I/O系统共用。复位后，所有这些引脚立即配置为高阻抗通用输入，且内部上拉器件关闭。

重要模块分析

存储器

MC9S08AC60系列MCU中的片上存储器包括RAM、非易失性数据存储的Flash存储器、I/O 和控制/ 状态寄存器。这些寄存器可分为以下三类：

• 直接页面寄存器

• 高位页面寄存器

• 非易失性寄存器

复位、中断和系统配置

复位和中断特性包括：

• 多源复位，实现灵活的系统配置和可靠操作

• 加电检测（POR）

• 低压检测（LVD），使能

• 外部RESET 引脚

• COP 看门狗使能，及两个超时选择

• 非法操作代码

• 来自后台调试主机的串行命令

• 复位状态寄存器（SRS），指示最新复位的源

• 每个模块的单独中断向量（减少轮询开销）

并行输入 / 输出

通过端口数据寄存器读/ 写并行I/O。输入输出方向由端口数据方向寄存器控制。下面的结构图举例了一个引脚的并行I/O端口功能。

中央处理单元（S08CPUV2）

HCS08 CPU具有以下特性：

• 目标代码完全兼容M68HC05和M68HC08家族

• 所有寄存器和存储器映射到一个独立的64 KB的地址空间

• 16位堆栈指针（64 K字节地址空间内任意大小、任意地址的堆栈）

• 16位变址寄存器（H:X）支持强大的索引地址模式

• 8位累加器（A）

• 许多指令把X作为第二个通用8位寄存器

• 7种寻址模式：

• 固有寻址模式 — 操作数存于内部寄存器

• 相对寻址模式 —8位有符号偏移量的分支地址

• 立即寻址模式 — 操作数位于下一个目标代码

• 直接寻址模式 — 操作数位于0x0000到0x00FF之间

• 扩展寻址模式 — 操作数位于64K字节地址空间内

• H:X相对变址寻址模式 — 提供包括自动增量在内的5种子模式

• SP相对变址寻址模式 — 大大提高C语言编译的效率

• 提供四种寻址模式组合的寄存器-寄存器数据转移指令

• 溢出、半进位、负、零和进位状况码支持根据带符号、无符号、BCD码操作的结果进行条件转移

• 高效率的位操作指令

• 快速8位乘8位和16位除8位指令

• STOP和WAIT指令调用低功耗运行模式

模数转换器（S08ADC10V1）

10位模数转换器（ADC）是新一代的逼近模数转换器，在集成的微处理器片上系统中运行。这种ADC模块设计支持最高28个独立的模拟输入（AD0-AD27）。MC9S08AC60系列微处理器上只使用了其中18个（AD0-AD15、AD26和AD27）输入。这些输入通过ADCH位选择。

ADC模块特点包括：

• 线性逐次逼近算法，10位精度。

• 多达28个模拟输入。

• 8位或10位右对齐格式输出

• 单个或连续的转换（单个转换后自动返回到空闲）

• 设置采样时间和转换速度（功率）

• 转换完成标志和中断

• 输入时钟可以选择高达四个时钟源

• 在等待或stop3模式中操作为低噪音操作

• 异步时钟源的低噪音操作

• 可选的异步硬件转换触发

• 自动比较小于，大于或等于编程值

• 温度传感器

时钟显示程序

使用MC9S08AC的Timer做一个时钟，并在LCD1602上显示

lcd1602.h

#ifndef _NICROSYSTEM_FREESCALE_S08_DEVKIT_LCD1602_H_

#define _NICROSYSTEM_FREESCALE_S08_DEVKIT_LCD1602_H_

unsigned char lcd_status（void）;

void lcd_init（void）;

void lcd_write_char（unsigned char x，unsigned char y， unsigned char ch）;

void lcd_write_str（unsigned char x，unsigned char y，unsigned char *s）;

void lcd_write_data（unsigned char data）;

void lcd_write_cmd（unsigned char cmd）;

#endif

lcd1602.c

#include "lcd1602.h"

#include "derivative.h"

#define LCD_DATA PTED

#define LCD_DATA_DIR PTEDD

#define LCD_DATA_DS PTEDS

#define LCDRS PTAD_PTAD0

#define LCDRW PTAD_PTAD1

#define LCDE PTBD_PTBD0

#define LCDRS_DIR PTADD_PTADD0

#define LCDRW_DIR PTADD_PTADD1

#define LCDE_DIR PTBDD_PTBDD0

#define LCDE_DS PTBDS_PTBDS0

#define LCDRS_DS PTADS_PTADS0

#define LCDRW_DS PTADS_PTADS1

void lcd_clear（void）;

void lcd_write_cmd（unsigned char cmd）;

void init_lcd（） {

LCD_DATA_DIR=0xff;

LCDRS_DIR=1;

LCDRW_DIR=1;

LCDE_DIR=1;

LCDRS_DS=1;

LCDRW_DS=1;

LCDE_DS=1;

LCD_DATA_DS=0xff;

LCD_DATA=0;

LCDE=1;

asm（"nop"）;

lcd_clear（）;

lcd_write_cmd（0x38）;//设置lcd功能：8位总线，双行显示，5X7点阵字符

lcd_write_cmd（0x0f）;//显示开关控制：显示ON，光标ON，闪烁ON

lcd_write_cmd（0x06）;//光标输入方式增量移位

lcd_write_cmd（0x80）;

}

unsigned char lcd_status（） {

byte lcdstatus;

LCD_DATA_DIR=0x00;

LCDRS=0;

LCDRW=1;

LCDE=0;

asm（"nop"）;

LCDE=1;

lcdstatus=LCD_DATA;

LCD_DATA_DIR=0xff;

return lcdstatus;

}

void lcd_write_cmd（unsigned char cmd） {

byte status;

LCD_DATA=cmd;

LCDRS=0;

LCDRW=0;

LCDE=0;

asm（"nop"）;

do{

status=lcd_status（）;

}

while（status&0x80）;

LCDE=1;

}

void lcd_clear（void） {

lcd_write_cmd（0x01）;

}

void lcd_write_data（unsigned char data） {

byte status;

LCD_DATA=data;

LCDRS=1;

LCDRW=0;

LCDE=0;

asm（"nop"）;

do{

status=lcd_status（）;

}

while（status&0x80）;

LCDE=1;

}

void lcd_write_char（unsigned char x，unsigned char y，unsigned char ch） {

if（y）

lcd_write_cmd（0xc0+x）;

else

lcd_write_cmd（0x80+x）;

lcd_write_data（ch）;

}

void lcd_write_str（unsigned char x，unsigned char y，char*s） {

if（y）

lcd_write_cmd（0xc0+x）;

else

lcd_write_cmd（0x80+x）;

while（*s）{

lcd_write_data（*s）;

s++;

}

main.c

#include /* for EnableInterrupts macro */

#include "derivative.h" /* include peripheral declarations */

#include "mc9s08ac16.h"

#include "lcd1602.h"

const unsigned char table［10］={‘0’，‘1’，‘2’，‘3’，‘4’，‘5’，‘6’，‘7’，‘8’，‘9’};

unsigned char hour=11，minute=20，second=0;

unsigned char con_result［9］;

void init_system_clk（void）

{

ICGC1=0xf8;

ICGC2=0x89;

while（ICGS1_LOCK==0）;

}

void convert（） /*covert numeric data to char data，for instance，1 to ‘1’ */

{

unsigned char tens，unit;

tens=second/10;

unit=second%10;

con_result［7］=table［unit］;

con_result［6］=table［tens］;

tens=minute/10;

unit=minute%10;

con_result［4］=table［unit］;

con_result［3］=table［tens］;

tens=hour/10;

unit=hour%10;

con_result［1］=table［unit］;

con_result［0］=table［tens］;

con_result［8］=‘\0’;

con_result［2］=‘：’;

con_result［5］=‘：’;

}

interrupt VectorNumber_Vtpm1ovf void TMP1_OVF_ISR（void）

{

DisableInterrupts;

TPM1SC_TOF=0;

second++;

if（second>59）

{

minute++;

second=0;

}

if（minute>59）

{

hour++;

minute=0;

}

if（hour>23）

{

hour=0;

}

convert（）;

lcd_write_str（4，1，con_result）;

lcd_write_cmd（0x0c）;

EnableInterrupts;

}

void main（void）

{

EnableInterrupts; /* enable interrupts */

/* include your code here */

SOPT_COPE=0;

init_system_clk（）;

init_lcd（）;

lcd_write_str（2，0，"NicroSystem"）;

TPM1SC=0x4e;

TPM1MODH=0xf4;

TPM1MODL=0x24;

for（;;） {

//__RESET_WATCHDOG（）; /* feeds the dog */

} /* loop forever */

/* please make sure that you never leave main */

}

典型应用

室内空调系统

现代空调系统使用越来越多的半导体来支持一系列高级功能，包括节能电机、交互式用户界面和遥控器等。飞思卡尔可提供满足这些领域特定需求的相应解决方案，例如，能够提高能效并降低工作噪声的高级电机控制解决方案，针对用户界面的一系列控制解决方案，以及针对遥控的基于红外线和射频的解决方案。

无刷直流电机（BLDC）

无刷直流（BLDC）电机在风扇、泵、HVAC风机与压缩机、计算机磁盘驱动器与外设、家用电器、机器人、伺服系统、牵引控制、缝纫机和跑步机等应用中广泛使用。BLDC电机是一种旋转电动机械，其定子为类似感应电机的传统三相定子，转子使用永磁体。电机扭矩和速度可由微控制器（MCU）或数字信号控制器（DSC）实现极高效控制。飞思卡尔支持霍尔传感器（换向）和无传感器控制功能。