相信很多人在學習MCU（單片機）的時候，都是從最基本的8位MCU開始的。如今，盡管32位MCU甚至更多功能強大的MCU大有下探取代之勢，但是在許多工程師的記憶里以及相當一部分應用領(lǐng)域，8位單片機依然是不可磨滅的一代經(jīng)典！本文將結(jié)合單片機的生產(chǎn)廠商，帶你深入了解主流8位單片機的功能結(jié)構(gòu)，引腳說明，模塊分析以及具體應用等等。
飛思卡爾 MC9S08AC60
簡介
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。這個系列的單片機均由一對引腳兼容的8位和32位器件組成，是Flexis系列器件的第3個系列產(chǎn)品。Flexis系列控制器是飛思卡爾控制器聯(lián)合體的連接點，使8位與32位兼容性成為現(xiàn)實。
模塊結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)時鐘圖
引腳圖
通用引腳連接
重要引腳說明
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0.1 μF 陶瓷旁路電容，來抑制高頻噪音。
振蕩器（XTAL， EXTAL）
復位后，MCU使用內(nèi)部生成的時鐘（自時鐘模式— fSelf_reset），相當于8 MHz 晶體振蕩頻率。這個頻率的時鐘源在復位啟動時使用，可以作為停止恢復的時鐘源，這樣可以避免較長的晶體啟動延遲。該MCU還包含一個可修整的內(nèi)部時鐘發(fā)生器（ICG） 模塊，可以用它來運行MCU。
RESET 引腳
RESET 是一個專用的引腳，內(nèi)置一個上拉器件。它有輸入滯后，包含一個高電流輸出驅(qū)動，無輸出斜率控制。內(nèi)部加電復位和低壓復壓電路一般都不需要外部復位電路。 這個引腳通常連接到標準的6引腳后臺調(diào)試連接器，這樣開發(fā)系統(tǒng)可以直接復位MCU系統(tǒng)。
后臺/模式選擇（BKGD/MS）
在復位時，BKGD/MS 引腳充當模式選擇引腳。復位完成后，該引腳立即作為后臺引腳，可以用于后臺調(diào)試通信。當作為后臺/模式模式選擇引腳時， 該引腳包括一個內(nèi)部上拉器件，有輸入滯后，且無輸出斜率控制。當引腳作為后臺引腳時，它包括一個高電流輸出驅(qū)動。當該引腳作為模式選擇引腳時，它只有輸入，因此不包含標準的輸出驅(qū)動。
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，這個引腳仍配置為TPMCLK 。
通用I/O和外設端口
剩余的引腳被通用I/O和片上外設功能，如定時器和串行I/O系統(tǒng)共用。復位后，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
存儲器
MC9S08AC60系列MCU中的片上存儲器包括RAM、非易失性數(shù)據(jù)存儲的Flash存儲器、I/O 和控制/ 狀態(tài)寄存器。這些寄存器可分為以下三類：
• 直接頁面寄存器
• 高位頁面寄存器
• 非易失性寄存器
復位、中斷和系統(tǒng)配置
復位和中斷特性包括：
• 多源復位，實現(xiàn)靈活的系統(tǒng)配置和可靠操作
• 加電檢測（POR）
• 低壓檢測（LVD），使能
• 外部RESET 引腳
• COP 看門狗使能，及兩個超時選擇
• 非法操作代碼
• 來自后臺調(diào)試主機的串行命令
• 復位狀態(tài)寄存器（SRS） ，指示最新復位的源
• 每個模塊的單獨中斷向量 （減少輪詢開銷）
并行輸入/ 輸出
通過端口數(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：
• 目標代碼完全兼容M68HC05和M68HC08家族
• 所有寄存器和存儲器映射到一個獨立的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
• 相對尋址模式 —8位有符號偏移量的分支地址
• 立即尋址模式 — 操作數(shù)位于下一個目標代碼
• 直接尋址模式 — 操作數(shù)位于0x0000到0x00FF之間
• 擴展尋址模式 — 操作數(shù)位于64K字節(jié)地址空間內(nèi)
• H:X相對變址尋址模式 — 提供包括自動增量在內(nèi)的5種子模式
• SP相對變址尋址模式 — 大大提高C語言編譯的效率
• 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、半進位、負、零和進位狀況碼支持根據(jù)帶符號、無符號、BCD碼操作的結(jié)果進行條件轉(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)中運行。 這種ADC模塊設計支持最高28個獨立的模擬輸入 （AD0-AD27）。MC9S08AC60系列微處理器上只使用了其中18個（AD0-AD15、AD26和AD27）輸入。這些輸入通過ADCH位選擇。
ADC模塊特點包括：
• 線性逐次逼近算法，10位精度。
• 多達28個模擬輸入。
• 8位或10位右對齊格式輸出
• 單個或連續(xù)的轉(zhuǎn)換 （單個轉(zhuǎn)換后自動返回到空閑）
• 設置采樣時間和轉(zhuǎn)換速度 （功率）
• 轉(zhuǎn)換完成標志和中斷
• 輸入時鐘可以選擇高達四個時鐘源
• 在等待或stop3模式中操作為低噪音操作
• 異步時鐘源的低噪音操作
• 可選的異步硬件轉(zhuǎn)換觸發(fā)
• 自動比較小于，大于或等于編程值
• 溫度傳感器
時鐘顯示程序
使用MC9S08AC的Timer做一個時鐘，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）;//設置lcd功能：8位總線，雙行顯示，5X7點陣字符
lcd_write_cmd（0x0f）;//顯示開關(guān)控制：顯示ON，光標ON，閃爍ON
lcd_write_cmd（0x06）;//光標輸入方式增量移位
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 */
}
典型應用
室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)
現(xiàn)代空調(diào)系統(tǒng)使用越來越多的半導體來支持一系列高級功能，包括節(jié)能電機、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)域特定需求的相應解決方案， 例如，能夠提高能效并降低工作噪聲的高級電機控制解決方案，針對用戶界面的一系列控制解決方案，以及針對遙控的基于紅外線和射頻的解決方案。
無刷直流電機（BLDC）
無刷直流（BLDC）電機在風扇、泵、HVAC風機與壓縮機、計算機磁盤驅(qū)動器與外設、家用電器、機器人、伺服系統(tǒng)、牽引控制、縫紉機和跑步機等應用中廣 泛使用。BLDC電機是一種旋轉(zhuǎn)電動機械，其定子為類似感應電機的傳統(tǒng)三相定子，轉(zhuǎn)子使用永磁體。電機扭矩和速度可由微控制器（MCU）或數(shù)字信號控制器 （DSC）實現(xiàn)極高效控制。飛思卡爾支持霍爾傳感器（換向）和無傳感器控制功能。
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，如用于擺葉的步進電機和直流/無刷直流風扇電機。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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