相信很多人在學(xué)習(xí)MCU（單片機(jī)）的時(shí)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(qiáng)大的MCU大有下探取代之勢(shì)，但是在許多工程師的記憶里以及相當(dāng)一部分應(yīng)用領(lǐng)域，8位單片機(jī)依然是不可磨滅的一代經(jīng)典！本文將結(jié)合單片機(jī)的生產(chǎn)廠商，帶你深入了解主流8位單片機(jī)的功能結(jié)構(gòu)，引腳說(shuō)明，模塊分析以及具體應(yīng)用等等。
飛思卡爾 MC9S08AC60
簡(jiǎn)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(gè)系列的單片機(jī)均由一對(duì)引腳兼容的8位和32位器件組成，是Flexis系列器件的第3個(gè)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(diǎn)，使8位與32位兼容性成為現(xiàn)實(shí)。
模塊結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)時(shí)鐘圖
引腳圖
通用引腳連接
重要引腳說(shuō)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(gè)0.1 μF 陶瓷旁路電容，來(lái)抑制高頻噪音。
振蕩器（XTAL， EXTAL）
復(fù)位后，MCU使用內(nèi)部生成的時(shí)鐘（自時(shí)鐘模式— fSelf_reset），相當(dāng)于8 MHz 晶體振蕩頻率。這個(gè)頻率的時(shí)鐘源在復(fù)位啟動(dòng)時(shí)使用，可以作為停止恢復(fù)的時(shí)鐘源，這樣可以避免較長(zhǎng)的晶體啟動(dòng)延遲。該MCU還包含一個(gè)可修整的內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器（ICG） 模塊，可以用它來(lái)運(yùn)行MCU。
RESET 引腳
RESET 是一個(gè)專用的引腳，內(nèi)置一個(gè)上拉器件。它有輸入滯后，包含一個(gè)高電流輸出驅(qū)動(dòng)，無(wú)輸出斜率控制。內(nèi)部加電復(fù)位和低壓復(fù)壓電路一般都不需要外部復(fù)位電路。 這個(gè)引腳通常連接到標(biāo)準(zhǔn)的6引腳后臺(tái)調(diào)試連接器，這樣開發(fā)系統(tǒng)可以直接復(fù)位MCU系統(tǒng)。
后臺(tái)/模式選擇（BKGD/MS）
在復(fù)位時(shí)，BKGD/MS 引腳充當(dāng)模式選擇引腳。復(fù)位完成后，該引腳立即作為后臺(tái)引腳，可以用于后臺(tái)調(diào)試通信。當(dāng)作為后臺(tái)/模式模式選擇引腳時(shí)， 該引腳包括一個(gè)內(nèi)部上拉器件，有輸入滯后，且無(wú)輸出斜率控制。當(dāng)引腳作為后臺(tái)引腳時(shí)，它包括一個(gè)高電流輸出驅(qū)動(dòng)。當(dāng)該引腳作為模式選擇引腳時(shí)，它只有輸入，因此不包含標(biāo)準(zhǔn)的輸出驅(qū)動(dòng)。
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(gè)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(shí)器和串行I/O系統(tǒng)共用。復(fù)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(chǔ)器
MC9S08AC60系列MCU中的片上存儲(chǔ)器包括RAM、非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的Flash存儲(chǔ)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(yè)面寄存器
• 高位頁(yè)面寄存器
• 非易失性寄存器
復(fù)位、中斷和系統(tǒng)配置
復(fù)位和中斷特性包括：
• 多源復(fù)位，實(shí)現(xiàn)靈活的系統(tǒng)配置和可靠操作
• 加電檢測(cè)（POR）
• 低壓檢測(cè)（LVD），使能
• 外部RESET 引腳
• COP 看門狗使能，及兩個(gè)超時(shí)選擇
• 非法操作代碼
• 來(lái)自后臺(tái)調(diào)試主機(jī)的串行命令
• 復(fù)位狀態(tài)寄存器（SRS） ，指示最新復(fù)位的源
• 每個(gè)模塊的單獨(dú)中斷向量 （減少輪詢開銷）
并行輸入/ 輸出
通過(guò)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(gè)引腳的并行I/O端口功能。
中央處理單元 （S08CPUV2）
HCS08 CPU具有以下特性：
• 目標(biāo)代碼完全兼容M68HC05和M68HC08家族
• 所有寄存器和存儲(chǔ)器映射到一個(gè)獨(dú)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(qiáng)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(gè)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(duì)尋址模式 —8位有符號(hào)偏移量的分支地址
• 立即尋址模式 — 操作數(shù)位于下一個(gè)目標(biāo)代碼
• 直接尋址模式 — 操作數(shù)位于0x0000到0x00FF之間
• 擴(kuò)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(duì)變址尋址模式 — 提供包括自動(dòng)增量在內(nèi)的5種子模式
• SP相對(duì)變址尋址模式 — 大大提高C語(yǔ)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(jìn)位、負(fù)、零和進(jìn)位狀況碼支持根據(jù)帶符號(hào)、無(wú)符號(hào)、BCD碼操作的結(jié)果進(jìn)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(yùn)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(yùn)行。 這種ADC模塊設(shè)計(jì)支持最高28個(gè)獨(dú)立的模擬輸入 （AD0-AD27）。MC9S08AC60系列微處理器上只使用了其中18個(gè)（AD0-AD15、AD26和AD27）輸入。這些輸入通過(guò)ADCH位選擇。
ADC模塊特點(diǎn)包括：
• 線性逐次逼近算法，10位精度。
• 多達(dá)28個(gè)模擬輸入。
• 8位或10位右對(duì)齊格式輸出
• 單個(gè)或連續(xù)的轉(zhuǎn)換 （單個(gè)轉(zhuǎn)換后自動(dòng)返回到空閑）
• 設(shè)置采樣時(shí)間和轉(zhuǎn)換速度 （功率）
• 轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志和中斷
• 輸入時(shí)鐘可以選擇高達(dá)四個(gè)時(shí)鐘源
• 在等待或stop3模式中操作為低噪音操作
• 異步時(shí)鐘源的低噪音操作
• 可選的異步硬件轉(zhuǎn)換觸發(fā)
• 自動(dòng)比較小于，大于或等于編程值
• 溫度傳感器
時(shí)鐘顯示程序
使用MC9S08AC的Timer做一個(gè)時(shí)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”）;
asm（“nop”）;
asm（“nop”）;
asm（“nop”）;
asm（“nop”）;
asm（“nop”）;
lcd_clear（）;
lcd_write_cmd（0x38）;//設(shè)置lcd功能：8位總線，雙行顯示，5X7點(diǎn)陣字符
lcd_write_cmd（0x0f）;//顯示開關(guān)控制：顯示ON，光標(biāo)ON，閃爍ON
lcd_write_cmd（0x06）;//光標(biāo)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”）;
asm（“nop”）;
asm（“nop”）;
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”）;
asm（“nop”）;
asm（“nop”）;
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”）;
asm（“nop”）;
asm（“nop”）;
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(yīng)用
室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)
現(xiàn)代空調(diào)系統(tǒng)使用越來(lái)越多的半導(dǎo)體來(lái)支持一系列高級(jí)功能，包括節(jié)能電機(jī)、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(yīng)解決方案， 例如，能夠提高能效并降低工作噪聲的高級(jí)電機(jī)控制解決方案，針對(duì)用戶界面的一系列控制解決方案，以及針對(duì)遙控的基于紅外線和射頻的解決方案。
無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）
無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)在風(fēng)扇、泵、HVAC風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)、計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器與外設(shè)、家用電器、機(jī)器人、伺服系統(tǒng)、牽引控制、縫紉機(jī)和跑步機(jī)等應(yīng)用中廣 泛使用。BLDC電機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)械，其定子為類似感應(yīng)電機(jī)的傳統(tǒng)三相定子，轉(zhuǎn)子使用永磁體。電機(jī)扭矩和速度可由微控制器（MCU）或數(shù)字信號(hào)控制器 （DSC）實(shí)現(xiàn)極高效控制。飛思卡爾支持霍爾傳感器（換向）和無(wú)傳感器控制功能。
汽車暖通空調(diào)（HVAC）
暖通空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)利用各種傳感器輸入的數(shù)據(jù)，控制不同類型的電機(jī)，如用于擺葉的步進(jìn)電機(jī)和直流/無(wú)刷直流風(fēng)扇電機(jī)。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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