第3章 MC9S12单片机的内核及片上资源v2

1、第三章 MC9S12单片机的内核(ni h)及片上资源 3-1 内核结构及引脚 3-2 内部寄存器3-3 堆栈(duzhn)3-4 内部存储器3-5 复位及时钟3-6 中断3-7 最小系统设计内容提要:共五十四页3-1 内核(ni h)结构及引脚共五十四页Freescale单片机的命名(mng mng)规则 产品状态。MCFully Qualified（合格(hg)）；PCProduct Engineering（测试品） ； XC表示部分合格品，有限质量保证，用于性能评估的器件 。存储器类型标志。“无”表示片内带ROM或片内没有程序存储器；7表示片内带EPROM或一次可编程ROM（one ti

2、me programmable ROM，OTPROM）；8表示片内带EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) ;9表示片内带闪存Flash EEPROM。芯片内核类型。如08表示HC08内核、S08表示HCS08内核、RS08表示RS08内核等。共五十四页子系列型号标志。如GP、GB、GZ等。存储器大小。如2表示2KB、32表示32KB、60表示60KB等。Flash版本标志，反映不同的擦写电压、时间等。工作温度范围标志。“无”表示商用温度范围070；C表示-4085；V表示-40105；M表示-40125。封装形

3、式 。如:P为双列直插DIP封装。FU表示80引脚QFP封装。PV表示112引脚LQFP封装。选用某款芯片制作电路板时要特别注意封装形式。E表示lead free packaging，即无铅封装。 在之后有些(yuxi)还有一个可选项，例如MC68HC912B32ACFUE8，此处的“8”表示总线速度为8MHz。 注：由于历史原因，飞思卡尔（前身为Motorola半导体部）的微控制器类产品常冠以68。共五十四页内核(ni h)结构存储器以MC9S12DP256为例256K FLASH12K RAM4K EEPROMMC9S12DG128拥有(yngyu)128K的FLASH，8K的RAM，2K

4、的EEPROM。共五十四页电压调整(tiozhng)模块及相关引脚电压(diny)调整模块给内核供电2.5VVDD1/2和VSS1/2：内核供电引脚，之间要接去耦电容VREGEN引脚上拉使能电压调整模块，VDD1/2，VDDPLL使用内部2.5V电源VREGEN引脚接地禁止模块，VDD1/2，VDDPLL接外部2.5V电源VDDR、VSSR：电压调整模块及I/O供电，分别接电源和地，之间要接去耦电容共五十四页时钟(shzhng)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XFC：接锁相环滤波电容VDDPLL、VSSPLL：锁相环供电(n din)引脚。

5、使能电压调整模块（ VREGEN 上拉）时，该引脚直接去耦电容。共五十四页模式选择(xunz)及相关引脚模式(msh)选择和PORTE复用TEST：保留脚，接地XIRQ：非屏蔽中断IRQ：可屏蔽中断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、MODA：模式选择NOACC/XCLKS：外部振荡电路方式选择（当使用串行振荡电路时，该引脚要拉高；当使用并行振荡电路时，该引脚要接地。）共五十四页串联(chunlin)方式（引脚要拉高）并联(bnglin)方式（引脚要接地）共五十四

6、页模式(msh)选择共五十四页地址(dzh)数据总线PORTA和PORTB作为扩展模式下的数据和地址复用总线(zn xin)，寻址达到64K范围窄模式下：PORTA为8位数据总线宽模式下：PORTA、PORTB为16位数据总线PTK为扩展存储器超过64K时用，不扩展时作为普通I/O口。共五十四页扩展(kuzhn)窄模式地址线接法共五十四页扩展(kuzhn)宽模式地址线接法共五十四页ATD模块(m kui)及相关引脚VRH、VRL：参考高压和参考低压，一般(ybn)接5V（隔离）和GND（单点共地）。VDDA、VSSA：A/D模块电源引脚。AN0-AN7：模拟量输入引脚，8个通道。作普通I/O时

7、，只能输入，不能输出。共五十四页定时器及相关(xinggun)引脚IOC0-7：输入捕获(bhu)：捕获(bhu)外部有效边沿输出比较：输出一定宽度的脉冲作为普通I/O口时，为PORTT，输入输出。共五十四页SPI、PWM及相关(xinggun)引脚2个SPI口MISO：主机(zhj)输入/从机输出MOSI：主机输出/从机输入SCK：同步时钟（主机提供，从机接受）SS：从机选择（1-主机，0-从机）PWM0-7：PWM模块8个通道作为普通I/O：PORTP共五十四页异步串行口及相关(xinggun)引脚2个SCI：RXD：数据接收(jishu)TXD：数据发送1个SPI1个BDLC4（5）个C

8、AN：RXCAN接收、TXCAN发送作为普通I/O使用：PORTS，PORTM共五十四页中断(zhngdun)I/O口作为普通(ptng)并行I/O口：PORTJ、PORTHPJ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）共五十四页电源(dinyun)引脚*VDD1、2，VSS1、2：内部逻辑(lu j)供电*VDDPLL，VSSPLL：锁相环供电*-使能电压调整模块（ VREGEN 上拉）。VDDX，VSSX：I/O供电电源引脚VDDR，VSSR：电压调整器及I/O供电电源引脚VDDA，VSSA

9、：A/D模块供电电源引脚共五十四页3-2 内部(nib)寄存器累加器A、B：保存操作数和操作结果，组成16位累加器D。变址寄存器X、Y：寻址操作、临时数据、参与运算。堆栈指针SP：中断、子程序调用，暂存数据。堆栈由高地址向低地址生成，栈顶为实栈顶。程序计数器PC ：存放(cnfng)下一条要执行的指令地址。共五十四页条件码寄存器CCR：包括5个状态指示器、两个(lin )中断屏蔽位、STOP指令控制位。1-CPU不可执行STOP；0-反之1-屏蔽XIRQ中断；0-反之1-产生了半进位1-屏蔽所有可屏蔽中断1-运算结果有负数1-运算结果有01-运算结果溢出1-运算产生进/借位共五十四页 溢出标志

10、和进位标志是两个意义不同(b tn)的标志。进位标志表示无符号数运算结果是否超出范围，运算结果仍然正确；溢出标志表示有符号数（以补码形式表示）运算结果是否超出范围，运算结果已经不正确。 正数和负数相加不会溢出 两个正数相加，如果结果为负数（符号位为 1），表明发生溢出； 两个负数相加，如果结果为正数（符号位为 0），表明发生溢出。 处理器对两个操作数进行运算时，按照无符号数求得结果，并相应设置进位标志；同时，根据是否超出有符号数的范围设置溢出标志。共五十四页按无符号数对待 按带符号数对待0000 01004（+） 4+ 0000 1011 + 11 + （+）110000 111115（+）1

11、5按无符号数对待按带符号数对待0000 01117（+）7+ 1111 1011 + 251 + （-）51C 0000 0010258（+）2C= 1V =0按无符号数对待按带符号数对待0000 10019（+）9+ 0111 1100 + 124 + （+）124 1000 0101133（+）133C =0V = 1按无符号数对待按带符号数对待 1000 0111135（-）121+ 1111 0101 + 245 + （-）11 1C 0111 1100380（-）132C =1V = 1共五十四页3-3 堆栈(duzhn)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

12、栈顶 压栈时先调整堆栈指针（SP（SP1），后保存数据。 出栈时先弹出数据，后修改栈顶（SP（SP1）子程序调用时，程序返回地址自动(zdng)压栈、中断响应后，除断点地址自动压栈外，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，断点地址和CPU寄存器按照和入栈时相反的顺序依次自动出栈。共五十四页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(j l)：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SPSP自动压栈的内容(nirng)和顺序中断返回时，自动出栈的内容和顺序共五十四页3-4 内部(nib)存储器

13、基本内存空间MC9S12系列单片机片内有RAM、EEPROM和Flash，不同型号单片机有不同的存储器配置。程序存储器和数据存储器统一编址，其地址空间可以通过设置相关(xinggun)寄存器重新定义。以MC9S12DT128为例：8KB RAM；2KB EEPROM； 128KB Flash。 共五十四页共五十四页存储器容量(rngling)寄存器1寄存器空间(kngjin)为2KB0寄存器空间为1KB存储器容量寄存器0MEMSIZ0只读（默认值由芯片的型号决定）详见下页表EEPROM空间分配000 KB012 KB104 KB118 KB例如：DG128复位时MEMSIZ0的值为$13，即表

14、示有1KB的寄存器、2KB的EEPROM、8KB的RAM空间。共五十四页存储器容量(rngling)寄存器RAM_SW2-RAM_SW0：分配(fnpi)系统RAM存储空间 共五十四页寄存器区映射(yngsh)寄存器INITRG指定(zhdng)内部寄存器区基址的高5位。则最小基址是$0000，最大基址为$7FFF(D7=0决定)。 使用时，一般定位在$0000开始的1K中。 因为前256个字节可以用直接地址（8 bit地址）访问，如果定位在其它地方，应用扩展地址（16 bit地址码）访问。共五十四页RAM映射(yngsh)寄存器INITRM0=RAM和内部地址空间(kngjin)最低端对齐1

15、=RAM和内部地址空间最高端对齐9S12DG128有8K RAM空间，默认$0000$1FFF，若定位在$2000$3FFF，则INITRM值可为$39。例：共五十四页EEPROM映射(yngsh)寄存器INITEE0=禁用(jn yn)EEPROM1=使能EEPROM指定EEPROM基址的高5位。例：DG128有2K的EEPROM。若给INITEE赋值为$09，则EEPROM区域就是$0800$0FFF。共五十四页内部(nib)寄存器EEPROMRAM16KB固定(gdng)Flash$3E16KB分页Flash$3016KB固定Flash$3F中断向量区$0000$0400$1000$40

16、00$8000$C000$FF00$FFFF$30$31$32$33$34$35$36$37$38$39$3A$3B$3C$3D$3E$3FBlock3Block2Block1Block0由PPAGE寄存器（地址$30）决定某一页在$8000$BFFF。 DP256片内有256KFlash，分16页，每页16K，一般定位：$4000$7FFF 16K($3E) $C000$FFFF 16K($3F)内存以页面方式扩展共五十四页存储器优先级上述三个寄存器INITRG、INITRM、INITEE负责将内部资源重新映射(yngsh)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：

17、BDM ROM寄存器区RAMEEPROMFlash/ROM外部扩展存储器高低共五十四页说明：单片机内部有不同的I/O接口模块，对应的寄存器有几百个，这些存储器占用1KB的地址空间，这一I/O寄存器空间可以由用户任意定义到前32KB空间的任何一个2KB空间的前半部分。但是从$0000$00FF这256个字节可以使用直接寻址方式。EEPROM默认(mrn)情况下也是从$0000开始的，因为优先级没有寄存器区高，所以复位以后有1KB的区域会被寄存器区覆盖，如果要使用全部的EEPROM，可以将其重新定义到其它空间，或将I/O寄存器移到其它空间。共五十四页说明：3. 不同型号的单片机有不同容量(rngl

18、ing)的片内RAM，有2KB、4KB、8KB、12KB等。例如MC9S12DP256有12KB的RAM，可配置INITRM寄存器使RAM占据$1000$3FFF的全部空间。如果单片机有8KB的RAM，可以定义到$2000$3FFF。4. $4000$FFFF的48KB为Flash存储器空间，分成3块，每块16KB。最后16KB空间的最后256B（$FF00$FFFF）是中断向量表空间。 共五十四页3-5 复位(f wi)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

19、复位。时钟监视器复位 利用(lyng)内部的RC电路来保证时钟频率满足要求。共五十四页振荡器和时钟(shzhng)电路EXTAL是外部时钟输入(shr)或石英振荡放大器的输入(shr)XTAL是石英振荡放大器的输出振荡电路注：DG128可用串联振荡电路和并联振荡电路两种连接方式。 9S12X系列单片机只可用并联振荡电路。 使用串行振荡电路时，PE7引脚要拉高，而使用并联振荡电路或外部有源振荡器时，该引脚要接地。PE7悬空则为串联方式。共五十四页时钟(shzhng)初始化寄存器共5个（1）锁相环控制(kngzh)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

20、各位的描述见教材49页。共五十四页（2）时钟合成(hchng)寄存器（SYNR）低6位有效，有效值063。（3）时钟分频寄存器（REFDV）低4位有效，有效值015。由锁相环来产生时钟(shzhng)频率的公式：例如：选用16MHz的外部晶振，若将SYNR设为 2，REFDV设为1，通过公式计算可得 PLLCLK48MHz。共五十四页锁相环频率锁定(su dn)标志1表示时钟频率已稳定，且锁定了锁相环频率。（4）时钟产生(chnshng)模块的标志寄存器CRGFLG注：其余各位的描述 见教材49页和50页。（5）时钟选择寄存器（CLKSEL）选定锁相环1表示Bus ClockPLLCLK/20

21、表示Bus ClockOSCCLK/2实时中断标志位1RTI发生了超时中断，向该位写1清除该中断标志位。共五十四页PLL例子(l zi) CLKSEL=0 x00; /禁止PLL PLLCTL=0 xe1; /PLL电路(dinl)允许 SYNR=2;REFDV=1; /设置倍频参数 PLLCTL=0 x60; /时钟监控禁止 while(0=(CRGFLG&0 x08);/等待稳定 CLKSEL=0 x80; /选择PLL作为时钟/若晶振为16M,则PLLCLK=2*16*3/2=48MHz,则总线频率是24MHz共五十四页实时中断使能位1在RTIF置位时申请中断0不申请来自(li z)于R

22、TI模块的中断实时(sh sh)中断RTI相关寄存器（1）中断使能寄存器（CRGINT）自给时钟模式使能位1在SCMIF置位时申请中断0不申请SCMLOC中断锁定中断使能位1在LOCKIF置位时申请中断0不申请LOCK中断注：RTIF、LOCKIF、SCMIF见CRGFLG寄存器。共五十四页RTR6:4实时中断预分频选择位RTR3:0实时中断分频系数选择位时钟源是外部振荡器RTI超时周期设置参照(cnzho)表：(具体见S12CRGV4.pdf的第23页)（2）RTI控制(kngzh)寄存器（RTICTL）共五十四页RTI程序(chngx)举例RTICTL = 0 x7e;/4M/15*216

23、 近似等于(dngy) 4HzCRGINT = 0 x80; / 中断使能 得到大约每秒4次的中断共五十四页COP（看门狗）相关(xinggun)寄存器COP窗口模式位1看门狗复位(f wi)的写操作必须在看门狗溢出周期的最后1/4时间内0看门狗复位的写操作可以在整个溢出周期内发生（1）COP控制寄存器（COPCTL）BDM模式下，1COP和RTI停止运行0COP和RTI继续运行看门狗溢出周期选择位（2）COP复位寄存器（ARMCTL）向该寄存器先写$55，然后写$AA即可复位看门狗。共五十四页软件中断（SWI）内部中断源非法指令陷阱内部中断源非屏蔽中断（ ）外部中断源 一次操作机会(j hu)，打开后不能关闭。可屏蔽中断 除上面三种类型的，其余均为可屏蔽中断。其 中 为外部中断源，其余均为内部中断源。注：（1）每个可屏蔽中断受两层控制，一是全局中断屏 蔽位，即CCR中的I位；二是各个中断源相关的 本地控制位。 （2）各个中断源、中断向量表以及优先级见教材55页 表2-8。1、中断(zhngdun)源3-6 中断系统共五十四页 边沿触发(chf)允许位0 引脚低电平触