MC9S12单片机的内核及片上资源.ppt

Freescale单片机发展历程 Freescale公司单片机的发展演变概况 MC9S12XS128片上资源 MC9S12XS单片机是以CPU12的V2内核为核心的单片机系列 最高总线速度从25MHz提高到40MHz 电源简化供电 不在需要外部的PLL滤波电路器件 以闪存代替EEPROM 编程简化 128KFlash 8KRAM 2KEEPROM 2个SCI 2个SPI 1个IIC 2个CAN 16路12位ADC 8路PWM 8路16位定时 计数器 一个16位脉冲累加器 支持单线BDM调试 MC9S12xs128片上资源 内核 外设 内部结构及引脚 内核结构 存储器 以MC9S12XS为例128KFLASH8KRAM8KEEPROM MC9S12DG128拥有128K的FLASH 8K的RAM 2K的EEPROM 9S12系列单片机RAM 2K 4K 8K 12K EEPROM 4K 8K Flash 128K 512K 1M 不同型号的单片机有不同的存储器分配程序存储器和数据存储器统一编址I O寄存器和存储器统一编址 MemoryMapedI O 地址空间可以通过设置相关的寄存器重新定义 内部存储器 基本内存空间 内部存储器 基本内存空间 S12XCPU是16位的 它的寻址操作都是16位的 所以最大的寻址空间就是 64K S12X系列单片机采用了分页管理的方式来怎增加寻址空间 扩大存储能力 为此增加了以下寄存器来管理 全程寄存器GPAGE闪存分页管理寄存器PPAGERAM页面管理寄存器RPAGEEEPROM页面管理寄存器EPAGE I O寄存器 EEPROM RAM 16KB 固定Flash 3E 16KB 分页Flash 30 16KB 固定Flash 3F 中断向量区 0000 0400 1000 4000 8000 C000 FF00 FFFF 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 3A 3B 3C 3D 3E 3F Block3 Block2 Block1 Block0 由PPAGE寄存器 地址 30 决定某一页在 8000 BFFF xs256片内有256KFlash 分16页 每页16K 一般定位 4000 7FFF16K 页面编号 3E C000 FF0016K 页面编号 3F 内存以页面方式扩展 8000 BFFF永远只能看到某一页 存储器优先级 若地址分配出现重叠 按优先级自动屏蔽级别较低的资源存储器分配优先级 高 低 电压调整模块及相关引脚 电压调整模块给内核供电1 8V给电压调整模块及I O供电3 3v 5V 单片机内部有电压调整模块 产生单片机内部需要的电压 3 3v 5v宽电压范围供电 输入 VDDR 5V给内部电压调整器供电 VDDX1 5V给一部分I O模块供电 VDDX2 5V给另外一部分I O模块供电 VDDA 5VA D模块供电 VRH5VA D变换参考电压输入端 电压调整模块及相关引脚 输出 VDDF 2 8V内部电压调整器的输出端 给片内闪存供电 VDD 1 8V内部电压调整器的输出端 给CPU内核供电 VDDPLL 1 8v内部电压调整器的输出端 给锁相环供电 对于电压输出引脚 我们需要加上去耦电容 尤其是锁相环输出电路VDDPLL 时钟和锁相环及相关引脚 EXTAL XTAL 接外部振荡器RESET 接外部复位 低电平有效VDDPLL VSSPLL 锁相环供电引脚 该引脚需要接去耦电容 VDDPLLVSSPLL 去耦电容 模式选择及相关引脚 R W 读写信号 指示总线上数据方向LSTRB 总线模式下低位字节 奇地址 选通ECLK 内部总线时钟输出 一般在宽扩展模式下地址锁存用BKGD MODC MODB PE6 MODA PE5 模式选择NOACC XCLKS 当前外部总线操作无效 模式选择和PORTE复用TEST 保留脚 接地XIRQ 非屏蔽中断IRQ 可屏蔽中断 模式选择 MCU片上集成了十余个I O接口 其中有通用并行I O口 一般每口8个外部引脚 以及SCI PWM ADC I2C CAN等专用子系统 PTA PTB PTE PTH PTJ PTS PTP PTK AD接口 复位后所有I O引脚默认设置为通用I O输入 当专用子系统激活后 自动变更为专用功能 A B 在扩展方式下为地址数据分时复用总线 在单芯片模式下为通用I O I O模块及相关引脚 ATD模块及相关引脚 VDDA VSSA A D模块电源引脚 一般5V VRH VRL 参考高压和参考低压 一般接5V 隔离 和GND 单点共地 PTAD0 PTAD15 模拟量输入引脚 16个通道 A D的精度可是8位 10位 12位 定时器及相关引脚 IOC0 7 输入捕获 捕获外部有效边沿输出比较 输出一定宽度的脉冲PT7可以做16位脉冲累加器 作为普通I O口时 为PORTT 输入输出 SPI PWM及相关引脚 2个SPI口MISO 主机输入 从机输出MOSI 主机输出 从机输入SCK 同步时钟SS 从机选择 PWM0 7 PWM模块8个通道XS128的PWM引脚是可以选择的 通过PTTRR可以把PWM引脚定义到PP口或者PT口 默认是在PP口上 作为普通I O PORTP 异步串行口及相关引脚 2个SCI RXD 数据接收TXD 数据发送1个SPI1个BDLC 4 5 个CAN RXCAN接收 TXCAN发送作为普通I O使用 PORTS PORTM 中断I O口 作为普通并行I O口 PORTJ PORTH PJ口和PH口可以作为中断口 可选择上升或者下降沿中断 PJ6和PJ7与I2C和CAN4模块复用引脚 I2C SDA数据引脚 SCL时钟引脚 堆栈 堆栈在单片机中有着极其重要的作用 堆栈是一块连续的存储空间 主要用于保存临时数据 局部变量 中断或子程序的返回地址以及核心寄存器的内容 在CPU中有一个堆栈指针寄存器 StackPointer 简称SP寄存器 用来指明堆栈当前栈顶的位置 子程序调用时 程序指针PC内容自动压栈 子程序返回时 将压栈的地址返回到PC中 恢复主程序运行 中断响应后 除PC内容自动压栈外 CPU寄存器Y X A B CCR也依次自动压栈 执行中断返回指令时 将堆栈中保存的现场信息按照入栈时相反的顺序依次自动出栈 原程序从中断的下一条指令处恢复运行 在子程序调用和中断操作中 堆栈是CPU自动进行的 堆栈由高地址向低地址生成 SP总是指向最后进入堆栈的一个字节实栈顶 压栈时先调整堆栈指针 SP SP 1 后保存数据 出栈时先弹出数据 后修改栈顶 SP SP 1 栈区必须在程序开始部分在内部RAM区指定 即SP的初始化 中断进栈举例 执行到 80F0处的程序时 CPU响应中断 且此时SP的内容 栈顶 为 3F00 则 自动压栈的内容和顺序 中断返回时 自动出栈的内容和顺序 3 5复位及时钟 复位 上电复位单片机自动检测VDD端的正跳变 启动自动工作 外部复位通过RESET引脚加一低电压 拉低超过一定时间后可实现复位 看门狗复位帮助系统在软件跑飞后自动复位 软件必须定期复位看门狗定时器 否则溢出 导致MCU复位 时钟监视器复位利用内部的RC电路来保证时钟频率满足要求 如果时钟频率跌落到预定值以下 产生复位 振荡器和时钟电路 EXTAL是外部时钟输入或石英振荡放大器的输入XTAL是石英振荡放大器的输出 串联方式 PE7悬空 并联方式 PE7引脚要拉低 任何CPU都离不开时序逻辑电路 没有时钟脉冲无法运行 利用锁相环可以提高总线频率若晶振为4M不使用锁相环 总线频率为2M使用锁相环 总线频率可为40MHz可通过以下锁相环模块的寄存器设置提高总线频率锁相环控制寄存器 PLLCTL 时钟合成寄存器 SYNR 时钟分频寄存器 REFDV 时钟产生模块的标志寄存器 CRGFLG 时钟选择寄存器 CLKSEL 时钟初始化寄存器 共5个 1 锁相环控制寄存器 PLLCTL 锁相环电路允许位1 允许0 禁止 时钟监控允许位1 允许0 禁止 注 其余各位的描述见教材57页 时钟分频寄存器REFDV 前两位REFFRQ 1 0 和参考时钟有关 1 2M002 6M016 12M1012以上11后六位是分频系数 时钟合成寄存器SYNR VCOFRQ 1 0 是和压控振动器有关的 VCO频率32 48M00VCO频率48 80M01VCO频率80 120M10VCO频率120M以上11后六位锁相环时钟倍频数 0 63 时钟产生模块的标志寄存器CRGFLG LOCK位 锁相环锁定标志 当锁相环输出稳定后lock位置1 从外部晶振切换到VCO时钟时需要查看该位 预分频寄存器POSTDIV 默认时 例如 选用12MHz的外部晶振 若将SYNR设为19 REFDV设为05 通过公式计算可得PLLCLK 80MHz fbus 40M POSTDIV为默认时 后四位全0 fvoc fpll 注 其余各位的描述见教材57页和58页 5 时钟选择寄存器 CLKSEL 选定锁相环1表示BusClock PLLCLK 20表示BusClock OSCCLK 2 PLL例子 REFDV 5 设置分频系数SYNR 0X53 设置倍频参数while 0 CRGFLG LOCK 等待稳定POSTDIV 0 预分频系数默认fpll fvocCLKSEL 0 x80 选择PLL作为时钟 若晶振为12M 则PLLCLK 2 12 19 1 5 1 80MHz 则总线频率是40MHz 所谓中断就是指CPU在执行程序的过程中 当出现了某些异常事件或请求时 CPU暂时中止正在执行的程序 而转去执行对异常事件或某种请求的服务子程序 当处理完毕后 CPU再回到被暂时中止的程序继续执行 中断既与硬件有关也和软件有关 3 6中断系统 MC9S12XS128大约有50个中断源 1 外部中断2个 XIRQIRQ其余均为内部中断外部和内部中断实现机制完全相同 在中断中 提出中断请求的一方为中断源 2 非可屏蔽中断3个 软件中断 SWI 实际上是一条指令非法指令陷阱 系统混乱时 无法取到正确的操作码 操作码无法辨识 XIRQ其余均为可屏蔽中断 CPU为每个中断源指定一个标号 这个标号就叫做中断向量号 每个中断的中断服务子程序的入口地址都按照中断向量号的顺序保存成一张表 这个表就叫中断向量表 中断向量表通常放置在一个固定的区域 CPU可以根据发出中断请求的中断的向量号 通过中断向量表迅速跳转到相应的中断服务子程序 中断向量 中断向量存放在FLASH的最后的128B FF80 FFFF 每个中断向量占用2个字节 中断向量表中存放的是相应中断子程序的入口地址 各个中断源 中断向量表以及优先级见教材64页表2 8 I O寄存器 EEPROM RAM 16KB 固定Flash 3E 16KB 分页Flash 30 16KB 固定Flash 3F 中断向量区 0000 0400 1000 4000 8000 C000 FF00 FFFF 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 3A 3B 3C 3D 3E 3F Block3 Block2 Block1 Block0 由PPAGE寄存器 地址 30 决定某一页在 8000 BFFF xs256片内有256KFlash