重庆大学通信工程学院-任勇

重庆大学通信工程学院任勇

课程：《单片机原理及应用》

教材：《单片机原理及应用》

------使用FreescaleS12X构建嵌入式系统

任勇等编著，清华大学出版社，2012年2月第1版学时：理论32+实验32=64

教学内容与要求：见教学大纲

实验内容与要求：见实验指导重庆大学通信工程学院任勇第1章概述微型计算机计算机技术带来了科研和生活的许多重大变革，可以说，标志了人类社会进步文明的又一次飞跃；更得益于大规模集成电路进步与发展，计算机的重要分支------微型计算机的发展日新月异，应用日益广泛，已渗透到生产、生活的各个方面，使许多领域的技术水平和自动化程度得以大大提高，并且越来越多的领域和越来越多的时候，人们都需要微型计算机来进行学习、工作或间接利用其工作等。

微型计算机------简称微机；微机技术的发展又形成相互独立、不同方向的两大分支：１、通用微机系统---以微处理器为核心(MicroProcessorUnit)，强调处理功用，解决多方位需求。表现形式：外设配备齐全的微机系统（PC）２、单片微机系统---以微控制器为核心(MicroControllerUnit)，强调控制功用，解决单一问题。表现形式：专用功能的嵌入式产品---嵌入式系统的表现形式之一（MCU）重庆大学通信工程学院任勇微型计算机的基本结构重庆大学通信工程学院任勇1.1单片机的定义、发展、特点及应用定义在一块半导体芯片上，集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等主要功能部件，构成一个芯片级的微型计算机。由于集成电路的进步，还可以包含Ａ/Ｄ、Ｄ/Ａ、通信接口等部件，功能日益增强。

术语称谓中文：微控制器=单片机=单片微机=单片微控制器英文：MCU（MicrocontrollerUnit）并非SingleChipMicrocomputer

标准：微控制器（MCU

）重庆大学通信工程学院任勇MCU的发展

早期：以Intel公司为领袖，同步于通用微机，有３个阶段：第一阶段（1974～1978）初级，8位，MCS-48系列（带并行I/O接口、定时器／计数器、无串行I／O接口）第二阶段（1978～1983）高级，8位，MCS-51系列（新增串行I/O接口、多级中断等功能完备，拓宽了其应用范围）第三阶段（1983～）16位单片机，MCS-96系列（16位处理，含A/D转换器，功能加强，速度加快）

其中：MCS-51系列获得了最为广泛的应用，典型型号为使用Intel8051内核的89C51、89S51、89S52……

其它类似：MotorolaMC68HC05/08系列重庆大学通信工程学院任勇

目前：8位、16位、32位、64位并存，各厂家、多种类并存

注：字长(位)：CPU一次能够运算处理的二进制位数。位数越高，运算处理能力越强。（有别与数据总线的位数）MCU的发展趋势可靠性功能模块总线接口

CPU的处理位数功耗、价格MCU的主要生产厂家

Intel、Atmel、Philips（恩智浦，NXP）、Motorola、ADI、TI、Microchip、西门子、富士通、三星、凌阳、盛群……

美国领先，中国没有（龙芯？！）重庆大学通信工程学院任勇MCU的特点体积小，重量轻，价格低，耗电少，可靠性高（因内部集成）控制能力强（如位处理，直接I/O操作）形成的产品生命周期长资源有限（如引脚少、片内存储器容量不大，但可扩或选）运算能力不强（如乘、除、大数据量等）

MCU的应用范围几乎“无所不在，无所不为”渗透：工业控制、通信、交通、仪器仪表、家用电器、办公自动化、汽车电子、PC外设……重庆大学通信工程学院任勇MCU与嵌入式系统

MCU技术、FPGA技术和DSP技术，是目前数字电路系统设计领域公认的三大基础性技术，以这三类技术形成的应用系统也是目前嵌入式系统的主要表现形式。其中MCU技术最为经典、应用成熟、受众面广。近年来，MCU技术发展迅速，已从传统设计技术走向现代设计技术，其功能、速度、资源正在不断加强，更加易于解决电子系统的嵌入性、微型化、低功耗、高可靠性和低价格等问题。MCU的学习

MCU技术已经成为广大电子工程师和电类专业大学生必备的技能之一，是学习、理解、提高计算机应用开发能力的基础学科，是应用型新技术发展的基石，其重要性是不言而喻的。软硬件兼顾并重领会结构原理、部件功能、常规接口方法达到：能够理解书本或别人的电路和程序，能够看懂芯片厂家的原文数据手册，能够自行设计硬件电路和软件程序勤于实践，应用创新重庆大学通信工程学院任勇单片机技术的学习方法首先是模仿验证、吸收消化，然后才是结合应用、自主创新。在这个学习过程中，需要领会单片机的结构原理、单元部件功能、常规接口方法、特殊应用方案等，要让单片机“动起来”解决实际问题，还要掌握汇编语言编程、C语言编程、调试系统、下载程序等方法，至于应用对象的行业知识可通过交流、查询得到补充。单片机应用系统设计涉及的相关技术很多，包括了MCU结构原理、数字逻辑电路、模拟电子电路、硬件设计与制作、汇编语言编程、C语言编程、仿真调试、低功耗、抗干扰以及各种互联接口等技术，在短时间内全面掌握这些技术对于初学者来说是非常困难的。如果学习者具有深厚的基本功自然更好，假设有所欠缺也无妨，可以在单片机技术学习和应用的过程中重新回顾理解。实际上，有些知识或技术可以边用边学甚至用通了再反学，在应用中提高并积累，有些单元技术也不必深究硬啃，采用“拿来主义”共享，比如一些MCU典型电路、范例程序、基本模块等。经过一段时间的基础学习，单片机技术学习者最终需要做到三个“能够”：能够看懂书本或别人的电路和程序；能够看懂芯片厂家的原文数据手册（DataSheet）；能够自行设计硬件电路和软件程序。这样，就是入门了。需要指出的是，单片机的课堂教学内容或书本知识，能帮助学习者快速入门、建立概念和掌握一般应用。但要成为单片机应用开发的高手或专家，需要学习掌握的知识还很多，更需要自己摸索、实践。“高手之路”是自己走出来的，并不是老师、教本能够教出来的。重庆大学通信工程学院任勇1.2MCS-51单片机的基本了解主要特性：

8位CPU，111条指令，DIP封装(常用)，

40引脚，

128BytesRAM，4KBytesEEPROM(FLASH)，

4个8位并行I/O口，1个串行I/O口，2个定时器，

5个中断源，……引脚说明：

参见书P551单片机的引脚从名称上反映出功用，并且具有下列特点：①功能多，引脚数少，许多引脚具有第二功能。②对外呈三总线形式：地址总线：P0口、P2口合成16位；数据总线：P0口8位；控制总线：由ALE、/PSEN、RST、/EA、/INT0、/INT1、T0、T1、/WR、/RD共10个引脚构成。重庆大学通信工程学院任勇AT89C51的最小系统最小系统电路原理图汇编语言程序：

ORG0000HSJMPSTARTORG0040HSTART:SETBP1.0CLRP1.0SJMP$

运行结果：点亮LED灯重庆大学通信工程学院任勇1.3Freescale单片机关于Freescale

Freescale（飞思卡尔）半导体公司是全球最大的半导体公司之一，其前身为Motorola（摩托罗拉）半导体部，2004年从摩托罗拉分拆上市。它从1953年开始从事半导体业务，是世界半导体产业与技术的开拓者，为汽车电子、消费电子、工业控制、网络和无线市场设计并制造了众多的嵌入式半导体产品,在微控制器领域长期居于全球市场领先地位。如1983年推出的MC68HC05是世界产量第一的8位单片机（产量第二的是8051单片机）

！2015年底与NXP合并，强强联合，名字为NXP！重庆大学通信工程学院任勇FreescaleMCU产品线流水线指令结构，按位数分为：低端8位机---HC05、HC08、HCS08、RS08系列中端16位机---HC12、S12、S12X系列高端32位机或DSC型---PowerPC、Coldfire、ARM、M.CORE、DSC系列总体特点品种全、选择余地大、新产品多（纷繁）、个性化应用领域极广，尤其在汽车、工业、手机领域在同样速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强，更适合用于工控领域及恶劣的环境。重视大客户，缺乏中小用户（近年正在改善）重庆大学通信工程学院任勇重庆大学通信工程学院任勇S12系列单片机位数---增强型16位CPU内核---HC12S12（兼容，统称为HCS12）最高总线频率---8MHz

25MHz特性具有片内FLASH存储器、RAM、EEPROM(K量级)CPU编码效率高背景调试（BDM，单线，低成本，在线全仿真、下载）子系列MC9S12A、MC9S12B、MC9S12D---通用MC9S12H、MC9S12L---带液晶驱动MC9S12E128、MC9S12E64---低供电电压MC9S12UF32---带USB接口MC9S12NE---带以太网接口重庆大学通信工程学院任勇S12X系列单片机位数---增强型16位CPU内核---S12S12X（兼容，统称为S12(X)）比S12增加2条与CCR寄存器相关的指令及其它最高总线频率---25MHz

50MHz新增特性XGATE模块---并行处理，达32位MCU的性能水平FlexRay模块---新型的通信协议，高达10Mbps的数据速率

子系列S12XB、S12XD---通用型S12XE---S12系列中性能最高的S12XS---低成本车身电子S12XF---面向底盘控制应用的FlexRay系列

S12XH---业界第一款集成TFT图形显示驱动，仪表板应用重庆大学通信工程学院任勇表1-1S12与S12X系列中的部分MCU主要性能型号最高总线频率/MHzRAM/KBFLASE/KBEEPROM/KB通信接口A/DPWMECT其它MC9S12A322546412个SCI,1个SPI8路10位7路8位8路16位MC9S12B12825412812个SCI,1个SPI1个I2C,1个CAN16路10位8路8位8路16位MC9S12DG128MC9S12DJ128MC9S12DT12825812822个SCI,2个SPI1个I2C,2个CAN16路10位8路8位8路16位MC9S12DP256251225642个SCI,3个SPI1个I2C,2个CAN16路10位8路8位8路16位MC9S12HZ12825612822个SCI,2个SPI1个I2C,1个CAN16路10位6路8位8路16位带LCD驱动和SSDMC9S12UF32303.532-1个SCI--8路16位带USB2.0等接口MC9S12NE642586412个SCI,1个SPI1个I2C8路10位8路8位4路16位带10/100M以太网MC9S12XB12833812812个SCI,1个SPI1个I2C,1个CAN16路10位8路8位8路16位MC9S12XDT512502051246个SCI,3个SPI1个I2C,3个CAN24路10位8路8位8路16位MC9S12XEP768504876848个SCI,3个SPI2个I2C,5个CAN24路12位8路8位8路16位MC9S12XFE128381612822个SCI,1个SPI1个CAN16路10位6路8位8路16位带FlexRay重庆大学通信工程学院任勇选用S12(X)单片机的理由重庆大学通信工程学院任勇FreescaleS12(X)系列MCU的命名规则①产品状态

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