飞卡单片机与嵌入式系统实践第7章

1、TM2015年年6月月单片机与嵌入式系统实践单片机与嵌入式系统实践第七章第七章 时钟系统与内部时钟发时钟系统与内部时钟发生器生器TMSlide 1目录目录7.1 HCS08单片机时钟系统7.2 ICG的操作寄存器7.3 时钟模块工作模式7.4 时钟系统配置与应用7.5 项目实践 项目1 ICG功能基础实践 项目2 LED闪烁调速控制TMSlide 27.1 HCS087.1 HCS08单片机时钟系统单片机时钟系统 时钟系统是微控制器工作的基础，MCU的所有操作均在一定的时钟节拍下统一而协调地运行。因此，在设计嵌入式应用系统电路时要注意时钟系统的工作质量和稳定性。HCS08单片机具有性能优异的内

2、部时钟发生装置，能在较低的外部时钟下实现较高的内部时钟频率，从而降低了系统的高频噪声和电路设计的复杂度，提升了系统性能。TMSlide 37.1 HCS087.1 HCS08单片机时钟系统单片机时钟系统 7.1.1 7.1.1 系统时钟分配系统时钟分配 HCS08微控制器的时钟系统主要由S08内部时钟发生器（ICG)、系统时钟控制（SYSTEM CONTROL LOGIC）和总线时钟（BUSCLK）等部分组成。TMSlide 47.1 HCS087.1 HCS08单片机时钟系统单片机时钟系统 7.1.2 ICG7.1.2 ICG组成结构组成结构 内部时钟发生器ICG模块采用锁频环技术FLL和内

3、部倍频技术等，可在无需任何外界时钟发生器的情况下，通过软件设置实现高达20 MHz的内部总线时钟频率。ICG由4个子模块构成：振荡器模块、内部参考时钟发生器、锁频环(FLL)和时钟选择模块。TMSlide 57.1 HCS087.1 HCS08单片机时钟系统单片机时钟系统 7.1.2 ICG7.1.2 ICG组成结构组成结构(1)振荡器模块 用于外接晶体振荡器，可通过软件选择两种晶体振荡器频率范围：32100 kHz低频范围或116 MHz高频范围，以获得最佳的启动和稳定性能。(2)内部参考时钟发生器 由两个可控时钟源组成：一个产生大约8 MHz的ICGLCLK时钟，可作为背景调试控制器的局部

4、时钟；另一个内部时钟参考源ICGIRCLK的典型值为243 kHz，可作为FLL模的参考输入。TMSlide 67.1 HCS087.1 HCS08单片机时钟系统单片机时钟系统 7.1.2 ICG7.1.2 ICG组成结构组成结构(3)锁频环 FLL锁频环用于倍频内部或者外部时钟源，得到一个非常高且稳定的频率输出，结构如下图所示。FLL由 3个主要模块组成：时钟参考选择、数控振荡器和用于比较其他两个模块输出的数字环路滤波器。TMSlide 77.1 HCS087.1 HCS08单片机时钟系统单片机时钟系统 7.1.2 ICG7.1.2 ICG组成结构组成结构(4)时钟选择模块 该模块用于选择不

5、同的时钟源连接到系统时钟树上，ICGDCLK是FLL输出的倍频时钟，ICGERCLK是晶体或外部时钟源参考时钟频率，FFE 是一控制信号，用于控制系统固定时钟，ICGLCLK是背景调试控制器(BDC)的时钟源。 ICG模块的输出时钟有四个时钟：ICGOUT、FFE、ICGLCLK和ICGERCLK。ICG的主输出为ICGOUT，它用于生成CPU和系统总线的时钟信号 。FFE是ICG内部产生的一个控制信号，用于选定固定时钟XCLK的颁率fXCLK。ICGLCLK，大约8 MHz的内部自供时钟源ICGLCLK来加快BDC通信。ICGERCLK，外部参考时钟ICGERCLK可被用于实时中断时钟源，也

6、可用于ADC模块时钟ALTCLK的时钟源。TMSlide 87.1 HCS087.1 HCS08单片机时钟系统单片机时钟系统 7.1.3 7.1.3 时钟系统性能特性时钟系统性能特性 对于飞思卡尔S08系列的CPU而言，由于时钟频率是总线时钟频率的2倍，最高总线频率为20 MHz，因而CPU速率可达40 MHz。工作时MCU除了可以对外接的高频时钟2分频得到总线时钟外，内部也可以通过ICG对外接的32100 kHz范围的低频时钟或116 MHz范围的高频时钟进行倍频，得到高达20 MHz的总线时钟频率。 利用外接低频时钟源获得较高的内部操作时钟，是Freescale MCU的特点和优点之一，这

7、样可以大大降低系统的高频噪声，提高系统的EMC性能，增强系统的可靠性和稳定性。ICG模块提供了多种时钟源选择，允许用户在成本、精度、电流驱动和性能等方面做出各种选择TMSlide 97. 2 ICG7. 2 ICG的操作寄存器的操作寄存器 ICG模块具有两个8位的控制寄存器(ICGC1、ICGC2)，两个8位的状态寄存器(ICGS1、ICGS2)，一个12位的滤波寄存器(ICGFLT)和一个8位的调整寄存器(ICGTRM)。用户对ICG模块的操作都是通过对这些寄存器的设定来实现的。（1）ICG 控制寄存器1（ICGC1）TMSlide 107. 2 ICG7. 2 ICG的操作寄存器的操作寄存

8、器 （2）ICG 控制寄存器2（ICGC2）（3）ICG 状态寄存器1（ICGS1）（4） ICG 状态寄存器2（ICGS2）TMSlide 117. 2 ICG7. 2 ICG的操作寄存器的操作寄存器 （5）ICG 滤波器寄存器（ICGFLTU、ICGFLTL）（6）ICG 调整寄存器（ICGTRM）TMSlide 127.3 时钟模块工作模式时钟模块工作模式 HCS08单片机的ICG模块具有5种工作模式：关断(OFF)模式、自时钟(SCM， Self-Clocked Model)模式、启用FLL且采用内部时钟源模式(FEI，FLL Engaged Internal)、旁路FLL且采用外部时

9、钟源模式(FBE，FLL Bypassed External)和启用FLL且采用外部时钟源模式(FEE，FLL Engaged External)SCM和FEI两种模式都不需要外接元件，MCU可以使用内部时钟源产生系统时钟。TMSlide 137.3 时钟模块工作模式时钟模块工作模式 7.3.1 OFF7.3.1 OFF模式模式 当执行STOP指令后，CPU进入STOP模式，内部时钟输出ICGOUT关闭，ICG模块将停止所有的时钟活动进入OFF模式。7.3.2 7.3.2 自时钟模式（自时钟模式（SCMSCM） 自时钟模式(SCM)是MCU复位之后的默认工作模式，在复位后立即进入，此时ICGO

10、UT的频率通常约为8 MHz左右，这样无须用户编程就可以快速、可靠地得到4 MHz的总线频率。TMSlide 147.3 时钟模块工作模式时钟模块工作模式 7.3.3 FLL7.3.3 FLL内部时钟模式（内部时钟模式（FEIFEI） 在FEI模式下，MCU不需要外接晶振，而是使用内部FLL对内部243 kHz的参考时钟IRG进行倍频生成ICGOUT时钟频率，即 fICGOUT=(fIRG7)64N/R 式中，fICGOUT的典型值为243KHz；N为倍频因子取值范围从4到18，按2递增；R为分频因子，取值范围从l到128，按2的幂级数递增；N和R都是通过控制寄存器ICGC2中的MFD位和RF

11、D位设定的。TMSlide 157.3 时钟模块工作模式时钟模块工作模式 7.3.4 FLL7.3.4 FLL旁路外部时钟模式（旁路外部时钟模式（FBEFBE） 在FBE模式下，ICG内部FLL被旁路，MCU不再使用倍频电路，而仅仅对外部时钟ICGERCLK进行分频生成系统时钟，即fICGOUT =fEXT/R 式中，R为分频因子，取值范围从1到128，按2的n次幂递增，可通过控制寄存器ICGC2中的RFD位设定。 当外接晶振时，晶振的频率必须处于32100 kHz的低频范围（RANGE=0）或者116 MHz的高频范围（RANGE=1），此时还应该确保ICG1寄存器中的REFS被设置为1；当

12、使用外部时钟源时，高、低频率范围被忽略，方波的频率要被限定在40 MHz以内，并且要把ICG1寄存器中的REFS位设为0 .TMSlide 167.3 时钟模块工作模式时钟模块工作模式 7.3.5 FLL7.3.5 FLL外部时钟模式（外部时钟模式（FEEFEE） 在FEE模式下，MCU使用内部的FLL对外部参考时钟ICGERCLK进行倍频生成系统时钟，即 fICGOUT = fEXT P N/R 式中，外接晶振频率fEXT =32100 kHz低频范围时P=64，外接晶振频率fEXT =210 MHz高频范围时P=l；N为倍频因子，取值范围从4到18，按2递增；R为分频因子，取值范围从l到1

13、28，按2的n次幂递增；N和R都通过控制寄存器ICGC2中的MFD位和RFD位设定。FEE模式下外部时钟源的最高频率限定在10 MHz以内以免DCO时钟溢出。FLL的倍频因子最大为4，由于410 MHz=40 MHz，已经等于DCO的限制值，所以外部参考时钟源不能快于10 MHz。TMSlide 177.4 时钟系统配置与应用时钟系统配置与应用 7.4.1 7.4.1 时钟选择方法时钟选择方法 在一些应用中常常会涉及到使用准确的参考时钟，或采用最低功耗时钟，甚至是一些低成本的时钟系统，对此，HCS08单片机的ICG模块具有很大的灵活性，能为不同的应用提供了最佳的时钟TMSlide 187.4

14、时钟系统配置与应用时钟系统配置与应用 7.4.2 7.4.2 时钟系统初始化配置时钟系统初始化配置 时钟系统的初始化配置主要是通过设置ICG模块实现的，用户可以通过自己编写初始化代码或者使用Codewarrior开发环境提供的快速设置工具PE中的Device Initialization来实现时钟系统的初始化配置TMSlide 197.57.5 项目实践项目实践 项目项目1 ICG1 ICG功能基础实践功能基础实践要求：要求： 单片机的GPIO接口连接一LED小灯，使用ICG模块设置系统时钟频率，要求使用内部时钟源，总线时钟频率设约为5MHz左右，实现小灯闪烁。方案设计：方案设计： 选取PTA0端口连接一LED小灯，采用“灌电流”方式驱动，端口输出低电平时小灯点亮，利用软件延时实现小灯闪烁。在时钟设置方面，使用处理器专家（PE）功能中的Device Initialization工具设置系统时钟，在ICG模块中设置内部参考时钟（243KHz），使能FLL功能将时钟信号倍频，再通过模块分频得到内部5MHz左右总线频率。具体内容详见教材TMSlide 207.57.5 项目实践项目实践 项目项目2 2 LED LED闪烁调速控制闪烁调速控制要求：要求： 单片机的GPIO接口连接一LED小灯