全球主流8位MCU芯片詳細解剖No.1:飛思卡爾 MC9S08AC60 - 全文

　　相信很多人在學習MCU（單片機）的時候，都是從最基本的8位MCU開始的。如今，盡管32位MCU甚至更多功能強大的MCU大有下探取代之勢，但是在許多工程師的記憶里以及相當一部分應用領(lǐng)域，8位單片機依然是不可磨滅的一代經(jīng)典！本文將結(jié)合單片機的生產(chǎn)廠商，帶你深入了解主流8位單片機的功能結(jié)構(gòu)，引腳說明，模塊分析以及具體應用等等。

　　飛思卡爾 MC9S08AC60

　　簡介

　　MC9S08AC60系列MCU是低成本、高性能HCS08系列8位微處理器單元（MCU）的成員。這個系列的單片機均由一對引腳兼容的8位和32位器件組成，是Flexis系列器件的第3個系列產(chǎn)品。Flexis系列控制器是飛思卡爾控制器聯(lián)合體的連接點，使8位與32位兼容性成為現(xiàn)實。

　　模塊結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)時鐘圖

經(jīng)典盤點——8位主流單片機學習詳解NO.1:飛思卡爾 MC9S08AC60

　　引腳圖

　　通用引腳連接

經(jīng)典盤點——8位主流單片機學習詳解NO.1:飛思卡爾 MC9S08AC60

　　重要引腳說明

　　電源（VDD， VSS， VDDAD， VSSAD）

　　VDD 和VSS 是MCU的主電源引腳。該電壓源為所有I/O 緩沖電路以及內(nèi)部穩(wěn)壓器供電。內(nèi)部穩(wěn)壓器向CPU 和MCU的其它內(nèi)部電路提供穩(wěn)壓后的低電壓源。

　　VDDAD 和VSSAD 是MCU的模擬電源引腳。該電源為ADC 模塊供電。必須在離該模擬電源引腳盡可能近的地方連接一個0.1 μF 陶瓷旁路電容，來抑制高頻噪音。

　　振蕩器（XTAL， EXTAL）

　　復位后，MCU使用內(nèi)部生成的時鐘（自時鐘模式— fSelf_reset），相當于8 MHz 晶體振蕩頻率。這個頻率的時鐘源在復位啟動時使用，可以作為停止恢復的時鐘源，這樣可以避免較長的晶體啟動延遲。該MCU還包含一個可修整的內(nèi)部時鐘發(fā)生器（ICG）模塊，可以用它來運行MCU。

　　RESET 引腳

　　RESET 是一個專用的引腳，內(nèi)置一個上拉器件。它有輸入滯后，包含一個高電流輸出驅(qū)動，無輸出斜率控制。內(nèi)部加電復位和低壓復壓電路一般都不需要外部復位電路。這個引腳通常連接到標準的6引腳后臺調(diào)試連接器，這樣開發(fā)系統(tǒng)可以直接復位MCU系統(tǒng)。

　　后臺/模式選擇（BKGD/MS）

　　在復位時，BKGD/MS 引腳充當模式選擇引腳。復位完成后，該引腳立即作為后臺引腳，可以用于后臺調(diào)試通信。當作為后臺/模式模式選擇引腳時，該引腳包括一個內(nèi)部上拉器件，有輸入滯后，且無輸出斜率控制。當引腳作為后臺引腳時，它包括一個高電流輸出驅(qū)動。當該引腳作為模式選擇引腳時，它只有輸入，因此不包含標準的輸出驅(qū)動。

　　ADC 參考引腳（VREFH， VREFL）

　　VREFH和VREFL 引腳分別為ADC模塊的電壓參考高輸入和電壓參考低輸入。

　　外部中斷引腳（IRQ）

　　IRQ 引腳是IRQ中斷的輸入源，也是BIH 和BIL指令的輸入。如果未使能IR功能，這個引腳仍配置為TPMCLK 。

　　通用I/O和外設(shè)端口

　　剩余的引腳被通用I/O和片上外設(shè)功能，如定時器和串行I/O系統(tǒng)共用。復位后，所有這些引腳立即配置為高阻抗通用輸入，且內(nèi)部上拉器件關(guān)閉。

　　重要模塊分析

　　存儲器

　　MC9S08AC60系列MCU中的片上存儲器包括RAM、非易失性數(shù)據(jù)存儲的Flash存儲器、I/O 和控制/ 狀態(tài)寄存器。這些寄存器可分為以下三類：

　　? 直接頁面寄存器

　　? 高位頁面寄存器

　　? 非易失性寄存器

　　復位、中斷和系統(tǒng)配置

　　復位和中斷特性包括：

　　? 多源復位，實現(xiàn)靈活的系統(tǒng)配置和可靠操作

　　? 加電檢測（POR）

　　? 低壓檢測（LVD），使能

　　? 外部RESET 引腳

　　? COP 看門狗使能，及兩個超時選擇

　　? 非法操作代碼

　　? 來自后臺調(diào)試主機的串行命令

　　? 復位狀態(tài)寄存器（SRS），指示最新復位的源

　　? 每個模塊的單獨中斷向量（減少輪詢開銷）

　　并行輸入 / 輸出

　　通過端口數(shù)據(jù)寄存器讀/ 寫并行I/O。輸入輸出方向由端口數(shù)據(jù)方向寄存器控制。下面的結(jié)構(gòu)圖舉例了一個引腳的并行I/O端口功能。

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　　中央處理單元（S08CPUV2）

　　HCS08 CPU具有以下特性：

　　? 目標代碼完全兼容M68HC05和M68HC08家族

　　? 所有寄存器和存儲器映射到一個獨立的64 KB的地址空間

　　? 16位堆棧指針（64 K字節(jié)地址空間內(nèi)任意大小、任意地址的堆棧）

　　? 16位變址寄存器（H:X）支持強大的索引地址模式

　　? 8位累加器（A）

　　? 許多指令把X作為第二個通用8位寄存器

　　? 7種尋址模式：

　　? 固有尋址模式 — 操作數(shù)存于內(nèi)部寄存器

　　? 相對尋址模式 —8位有符號偏移量的分支地址

　　? 立即尋址模式 — 操作數(shù)位于下一個目標代碼

　　? 直接尋址模式 — 操作數(shù)位于0x0000到0x00FF之間

　　? 擴展尋址模式 — 操作數(shù)位于64K字節(jié)地址空間內(nèi)

　　? H:X相對變址尋址模式 — 提供包括自動增量在內(nèi)的5種子模式

　　? SP相對變址尋址模式 — 大大提高C語言編譯的效率

　　? 提供四種尋址模式組合的寄存器-寄存器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移指令

　　? 溢出、半進位、負、零和進位狀況碼支持根據(jù)帶符號、無符號、BCD碼操作的結(jié)果進行條件轉(zhuǎn)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指令調(diào)用低功耗運行模式

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器（S08ADC10V1）

　　10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是新一代的逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在集成的微處理器片上系統(tǒng)中運行。這種ADC模塊設(shè)計支持最高28個獨立的模擬輸入（AD0-AD27）。MC9S08AC60系列微處理器上只使用了其中18個（AD0-AD15、AD26和AD27）輸入。這些輸入通過ADCH位選擇。

　　ADC模塊特點包括：

　　? 線性逐次逼近算法，10位精度。

　　? 多達28個模擬輸入。

　　? 8位或10位右對齊格式輸出

　　? 單個或連續(xù)的轉(zhuǎn)換（單個轉(zhuǎn)換后自動返回到空閑）

　　? 設(shè)置采樣時間和轉(zhuǎn)換速度（功率）

　　? 轉(zhuǎn)換完成標志和中斷

　　? 輸入時鐘可以選擇高達四個時鐘源

　　? 在等待或stop3模式中操作為低噪音操作

　　? 異步時鐘源的低噪音操作

　　? 可選的異步硬件轉(zhuǎn)換觸發(fā)

　　? 自動比較小于，大于或等于編程值

　　? 溫度傳感器

　　時鐘顯示程序

　　使用MC9S08AC的Timer做一個時鐘，并在LCD1602上顯示

　　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）;//設(shè)置lcd功能：8位總線，雙行顯示，5X7點陣字符

　　lcd_write_cmd（0x0f）;//顯示開關(guān)控制：顯示ON，光標ON，閃爍ON

　　lcd_write_cmd（0x06）;//光標輸入方式增量移位

　　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 */

　　}

　　典型應用

　　室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)

　　現(xiàn)代空調(diào)系統(tǒng)使用越來越多的半導體來支持一系列高級功能，包括節(jié)能電機、交互式用戶界面和遙控器等。飛思卡爾可提供滿足這些領(lǐng)域特定需求的相應解決方案，例如，能夠提高能效并降低工作噪聲的高級電機控制解決方案，針對用戶界面的一系列控制解決方案，以及針對遙控的基于紅外線和射頻的解決方案。

經(jīng)典盤點——8位主流單片機學習詳解NO.1:飛思卡爾 MC9S08AC60

　　無刷直流電機（BLDC）

　　無刷直流（BLDC）電機在風扇、泵、HVAC風機與壓縮機、計算機磁盤驅(qū)動器與外設(shè)、家用電器、機器人、伺服系統(tǒng)、牽引控制、縫紉機和跑步機等應用中廣泛使用。BLDC電機是一種旋轉(zhuǎn)電動機械，其定子為類似感應電機的傳統(tǒng)三相定子，轉(zhuǎn)子使用永磁體。電機扭矩和速度可由微控制器（MCU）或數(shù)字信號控制器（DSC）實現(xiàn)極高效控制。飛思卡爾支持霍爾傳感器（換向）和無傳感器控制功能。

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