全球主流8位MCU芯片详细解剖：MC9S08AC60

 　 相信很多人在学习MCU（单片机）的时候，都是从最基本的8位MCU开始的。如今，尽管32位MCU甚至更多功能强大的MCU大有下探取代之势，但是在许多工程师的记忆里以及相当一部分应用领域，8位单片机依然是不可磨灭的一代经典！本文将结合单片机的生产厂商，带你深入了解主流8位单片机的功能结构，引脚说明，模块分析以及具体应用等等。

　　飞思卡尔 MC9S08AC60

　　简介

　　MC9S08AC60系列MCU是低成本、高性能HCS08系列8位微处理器单元  （MCU）的成员。这个系列的单片机均由一对引脚兼容的8位和32位器件组成，是Flexis系列器件的第3个系列产品。Flexis系列控制器是飞思卡尔控制器联合体的连接点，使8位与32位兼容性成为现实。

　　模块结构图

　　系统时钟图

　　引脚图

　　通用引脚连接

　　重要引脚说明

　　电源（VDD， VSS， VDDAD， VSSAD）

　　VDD 和VSS 是MCU的主电源引脚。该电压源为所有I/O 缓冲电路以及内部稳压器供电。内部稳压器向CPU  和MCU的其它内部电路提供稳压后的低电压源。

　　VDDAD 和VSSAD 是MCU的模拟电源引脚。该电源为ADC 模块供电。必须在离该模拟电源引脚尽可能近的地方连接一个0.1 μF  陶瓷旁路电容，来抑制高频噪音。

　　振荡器（XTAL， EXTAL）

　　复位后，MCU使用内部生成的时钟（自时钟模式— fSelf_reset），相当于8 MHz  晶体振荡频率。这个频率的时钟源在复位启动时使用，可以作为停止恢复的时钟源，这样可以避免较长的晶体启动延迟。该MCU还包含一个可修整的内部时钟发生器（ICG）  模块，可以用它来运行MCU。

　　RESET 引脚

　　RESET  是一个专用的引脚，内置一个上拉器件。它有输入滞后，包含一个高电流输出驱动，无输出斜率控制。内部加电复位和低压复压电路一般都不需要外部复位电路。  这个引脚通常连接到标准的6引脚后台调试连接器，这样开发系统可以直接复位MCU系统。

　　后台/模式选择（BKGD/MS）

　　在复位时，BKGD/MS 引脚充当模式选择引脚。复位完成后，该引脚立即作为后台引脚，可以用于后台调试通信。当作为后台/模式模式选择引脚时，  该引脚包括一个内部上拉器件，有输入滞后，且无输出斜率控制。当引脚作为后台引脚时，它包括一个高电流输出驱动。当该引脚作为模式选择引脚时，它只有输入，因此不包含标准的输出驱动。

　　ADC 参考引脚（VREFH， VREFL）

　　VREFH和VREFL 引脚分别为ADC模块的电压参考高输入和电压参考低输入。

　　外部中断引脚 （IRQ）

　　IRQ 引脚是IRQ中断的输入源，也是BIH 和BIL指令的输入。如果未使能IR功能，这个引脚仍配置为TPMCLK 。

　　通用I/O和外设端口

　　剩余的引脚被通用I/O和片上外设功能，如定时器和串行I/O系统共用。复位后，所有这些引脚立即配置为高阻抗通用输入，且内部上拉器件关闭。

　　重要模块分析

　　存储器

　　MC9S08AC60系列MCU中的片上存储器包括RAM、非易失性数据存储的Flash存储器、I/O 和控制/  状态寄存器。这些寄存器可分为以下三类：

　　• 直接页面寄存器

　　• 高位页面寄存器

　　• 非易失性寄存器

　　复位、中断和系统配置

　　复位和中断特性包括：

　　• 多源复位，实现灵活的系统配置和可靠操作

　　• 加电检测（POR）

　　• 低压检测（LVD），使能

　　• 外部RESET 引脚

　　• COP 看门狗使能，及两个超时选择

　　• 非法操作代码

　　• 来自后台调试主机的串行命令

　　• 复位状态寄存器（SRS） ，指示最新复位的源

　　• 每个模块的单独中断向量 （减少轮询开销）

　　并行输入/ 输出

　　通过端口数据寄存器读/ 写并行I/O。输入输出方向由端口数据方向寄存器控制。下面的结构图举例了一个引脚的并行I/O端口功能。

　　中央处理单元 （S08CPUV2）

　　HCS08 CPU具有以下特性：

　　• 目标代码完全兼容M68HC05和M68HC08家族

　　• 所有寄存器和存储器映射到一个独立的64 KB的地址空间

　　• 16位堆栈指针 （64 K字节地址空间内任意大小、任意地址的堆栈）

　　• 16位变址寄存器 （H:X）支持强大的索引地址模式

　　• 8位累加器 （A）

　　• 许多指令把X作为第二个通用8位寄存器

　　• 7种寻址模式：

　　• 固有寻址模式 — 操作数存于内部寄存器

　　• 相对寻址模式 —8位有符号偏移量的分支地址

　　• 立即寻址模式 — 操作数位于下一个目标代码

　　• 直接寻址模式 — 操作数位于0x0000到0x00FF之间

　　• 扩展寻址模式 — 操作数位于64K字节地址空间内

　　• H:X相对变址寻址模式 — 提供包括自动增量在内的5种子模式

　　• SP相对变址寻址模式 — 大大提高C语言编译的效率

　　• 提供四种寻址模式组合的寄存器-寄存器数据转移指令

　　• 溢出、半进位、负、零和进位状况码支持根据带符号、无符号、BCD码操作的结果进行条件转移

　　• 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指令调用低功耗运行模式

　　模数转换器（S08ADC10V1）

　　10位模数转换器 （ADC）是新一代的逼近模数转换器，在集成的微处理器片上系统中运行。 这种ADC模块设计支持最高28个独立的模拟输入  （AD0-AD27）。MC9S08AC60系列微处理器上只使用了其中18个（AD0-AD15、AD26和AD27）输入。这些输入通过ADCH位选择。

　　ADC模块特点包括：

　　• 线性逐次逼近算法，10位精度。

　　• 多达28个模拟输入。

　　• 8位或10位右对齐格式输出

　　• 单个或连续的转换 （单个转换后自动返回到空闲）

　　• 设置采样时间和转换速度 （功率）

　　• 转换完成标志和中断

　　• 输入时钟可以选择高达四个时钟源

　　• 在等待或stop3模式中操作为低噪音操作

　　• 异步时钟源的低噪音操作

　　• 可选的异步硬件转换触发

　　• 自动比较小于，大于或等于编程值

　　• 温度传感器

　　时钟显示程序

　　使用MC9S08AC的Timer做一个时钟，并在LCD1602上显示

　　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）;//设置lcd功能：8位总线，双行显示，5X7点阵字符

　　lcd_write_cmd（0x0f）;//显示开关控制：显示ON，光标ON，闪烁ON

　　lcd_write_cmd（0x06）;//光标输入方式增量移位

　　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 */

　　}

　　典型应用

　　室内空调系统

　　现代空调系统使用越来越多的半导体来支持一系列高级功能，包括节能电机、交互式用户界面和遥控器等。飞思卡尔可提供满足这些领域特定需求的相应解决方案，  例如，能够提高能效并降低工作噪声的高级电机控制解决方案，针对用户界面的一系列控制解决方案，以及针对遥控的基于红外线和射频的解决方案。

　　无刷直流电机（BLDC）

　　无刷直流（BLDC）电机在风扇、泵、HVAC风机与压缩机、计算机磁盘驱动器与外设、家用电器、机器人、伺服系统、牵引控制、缝纫机和跑步机等应用中广  泛使用。BLDC电机是一种旋转电动机械，其定子为类似感应电机的传统三相定子，转子使用永磁体。电机扭矩和速度可由微控制器（MCU）或数字信号控制器  （DSC）实现极高效控制。飞思卡尔支持霍尔传感器（换向）和无传感器控制功能。

　　汽车暖通空调（HVAC）

　　暖通空调（HVAC）系统利用各种传感器输入的数据，控制不同类型的电机，如用于摆叶的步进电机和直流/无刷直流风扇电机。