MC68HC908QYA/QTA系列微控制器的深度剖析與應(yīng)用指南

在電子工程師的日常工作中，選擇一款合適的微控制器（MCU）至關(guān)重要。MC68HC908QYA/QTA系列MCU憑借其豐富的功能和出色的性能，成為眾多應(yīng)用場(chǎng)景的理想選擇。今天，我們就來(lái)深入探討這款MCU的各個(gè)方面。

文件下載：MC908QY1ACDTE.pdf

一、產(chǎn)品概述

MC68HC908QYA/QTA系列屬于低成本、高性能的M68HC08家族8位MCU。該系列采用增強(qiáng)型M68HC08中央處理器單元（CPU08），具備多種模塊、不同的內(nèi)存大小和類型，以及多樣化的封裝形式，能滿足不同應(yīng)用的需求。

1.1 設(shè)備變體

該系列包含多個(gè)型號(hào)，如MC68HC908QT1A、MC68HC908QT2A、MC68HC908QT4A、MC68HC908QY1A、MC68HC908QY2A和MC68HC908QY4A，它們?cè)贔LASH內(nèi)存大小、ADC功能和引腳數(shù)量上各有差異。例如，MC68HC908QT1A具有1536字節(jié)的FLASH內(nèi)存，無(wú)ADC功能，采用8引腳封裝；而MC68HC908QY4A則擁有4096字節(jié)的FLASH內(nèi)存，具備6通道10位ADC，采用16引腳封裝。

1.2 主要特性

• 高性能CPU核心：采用M68HC08 CPU核心，與M68HC05家族的目標(biāo)代碼完全向上兼容，支持5V和3V工作電壓，在5V時(shí)內(nèi)部總線操作頻率可達(dá)8MHz，3V時(shí)為4MHz。
• 可調(diào)節(jié)內(nèi)部振蕩器：提供1MHz、2MHz或3.2MHz的內(nèi)部總線操作選項(xiàng)，具備8位調(diào)節(jié)能力，未調(diào)節(jié)時(shí)精度為±25%，可調(diào)節(jié)至約0.4%。
• 多種時(shí)鐘源選擇：軟件可選擇晶體振蕩器范圍，包括32 - 100kHz、1 - 8MHz和8 - 32MHz，還能從內(nèi)部或外部源配置輸入時(shí)鐘。
• 自動(dòng)喚醒功能：可通過(guò)專用內(nèi)部32kHz RC或總線時(shí)鐘源從STOP模式自動(dòng)喚醒。
• 片上可編程FLASH內(nèi)存：支持內(nèi)部程序/擦除電壓生成，包含用戶可調(diào)用的程序/擦除例程，具備FLASH安全功能。
• 豐富的外設(shè)模塊：擁有片上隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、2通道16位定時(shí)器接口（TIM）模塊、6通道10位模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）、6位鍵盤中斷（KBI）、低電壓抑制（LVI）模塊等，還具備系統(tǒng)保護(hù)功能，如計(jì)算機(jī)運(yùn)行正常（COP）看門狗、低電壓檢測(cè)和非法操作碼/地址檢測(cè)。
• 多種封裝形式：MC68HC908QY4A、MC68HC908QY2A和MC68HC908QY1A提供16引腳塑料雙列直插式封裝（PDIP）、16引腳小外形集成電路（SOIC）封裝和16引腳薄型收縮小外形封裝（TSSOP）；MC68HC908QT4A、MC68HC908QT2A和MC68HC908QT1A則提供8引腳PDIP、8引腳SOIC和8引腳雙扁平無(wú)引腳（DFN）封裝。

二、功能模塊詳解

2.1 內(nèi)存模塊

該系列MCU的中央處理器單元（CPU08）可尋址64KB的內(nèi)存空間，包括未實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存位置、保留的內(nèi)存位置、直接頁(yè)面寄存器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和FLASH內(nèi)存。

2.1.1 RAM

MCU包含靜態(tài)RAM，地址低于$0100的RAM位置可使用更高效的直接尋址模式，且該區(qū)域的任何單一位都可通過(guò)位操作指令訪問(wèn)。在低功耗等待或停止模式下，RAM可保留數(shù)據(jù)，但上電時(shí)其內(nèi)容未初始化。為了更好地利用直接頁(yè)面RAM，建議將最常訪問(wèn)的程序變量放置在此區(qū)域，并在復(fù)位初始化例程中重新初始化堆棧指針。

2.1.2 FLASH內(nèi)存

FLASH內(nèi)存主要用于程序存儲(chǔ)，支持在線編程和應(yīng)用內(nèi)編程。其最小擦除單位為64字節(jié)，每個(gè)編程周期的最大編程單位為32字節(jié)（一行）。通過(guò)FLASH控制寄存器（FLCR）的控制位可實(shí)現(xiàn)程序和擦除操作。同時(shí)，為防止意外擦除或編程，還提供了FLASH塊保護(hù)寄存器（FLBPR）。此外，還可使用FLASH內(nèi)存進(jìn)行EEPROM模擬，通過(guò)特定的軟件算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取。

2.2 模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC10）模塊

ADC10模塊采用線性逐次逼近算法，具有10位分辨率，輸出可格式化為10位或8位右對(duì)齊格式。支持單轉(zhuǎn)換或連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，可自動(dòng)在單轉(zhuǎn)換模式下進(jìn)入低功耗狀態(tài)。其時(shí)鐘源可從三個(gè)來(lái)源中選擇，能在等待和停止模式下運(yùn)行，以降低噪聲。

2.2.1 功能描述

ADC10通過(guò)逐次逼近將輸入樣本轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示，輸出結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)寄存器（ADRH和ADRL）中。轉(zhuǎn)換完成后，轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志（COCO）置位，若中斷使能（AIEN），則會(huì)生成中斷。

2.2.2 時(shí)鐘選擇和分頻電路

該電路可從三個(gè)時(shí)鐘源中選擇一個(gè)，并通過(guò)可配置的值進(jìn)行分頻，以生成轉(zhuǎn)換器的輸入時(shí)鐘（ADCK）。時(shí)鐘源包括異步時(shí)鐘源（ACLK）、替代時(shí)鐘源和總線時(shí)鐘。

2.2.3 轉(zhuǎn)換控制

轉(zhuǎn)換可在10位或8位模式下進(jìn)行，可通過(guò)軟件或硬件觸發(fā)。在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，當(dāng)前轉(zhuǎn)換完成后會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換。

2.2.4 誤差來(lái)源

ADC轉(zhuǎn)換存在多種誤差來(lái)源，如采樣誤差、引腳泄漏誤差、噪聲誘導(dǎo)誤差、代碼寬度和量化誤差、線性誤差、代碼抖動(dòng)、非單調(diào)性和缺失代碼等。為減少這些誤差，可采取相應(yīng)的措施，如設(shè)置ADLSMP以增加采樣窗口、降低ADCK頻率、添加電容濾波、在等待模式下操作等。

2.3 自動(dòng)喚醒模塊（AWU）

AWU模塊可在停止模式下生成周期性中斷，無(wú)需外部信號(hào)即可喚醒MCU。它具有一個(gè)內(nèi)部中斷，與鍵盤中斷共享同一向量和掩碼位，可選擇不同的超時(shí)周期，使用獨(dú)立于主系統(tǒng)時(shí)鐘源的低功耗內(nèi)部振蕩器，還可在STOP模式下允許總線時(shí)鐘源運(yùn)行。

2.4 配置寄存器（CONFIG）

配置寄存器（CONFIG1和CONFIG2）用于啟用或禁用多種選項(xiàng)，如停止模式恢復(fù)時(shí)間、STOP指令、計(jì)算機(jī)運(yùn)行正常模塊（COP）、COP復(fù)位周期、低電壓抑制（LVI）啟用和跳閘電壓選擇、自動(dòng)喚醒超時(shí)周期、允許時(shí)鐘源在STOP模式下保持啟用、啟用IRQ引腳、禁用IRQ引腳拉上設(shè)備和啟用RST引腳等。這些寄存器在每次復(fù)位后只能寫入一次，建議在復(fù)位后立即進(jìn)行配置。

2.5 計(jì)算機(jī)運(yùn)行正常（COP）模塊

COP模塊包含一個(gè)自由運(yùn)行的計(jì)數(shù)器，若計(jì)數(shù)器溢出則會(huì)生成復(fù)位信號(hào)，有助于軟件從失控代碼中恢復(fù)?？赏ㄟ^(guò)周期性清除COP計(jì)數(shù)器來(lái)防止復(fù)位，也可通過(guò)配置1（CONFIG1）寄存器中的COPD位禁用該模塊。

2.6 中央處理器單元（CPU）

M68HC08 CPU是M68HC05 CPU的增強(qiáng)版本，與M68HC05家族的目標(biāo)代碼完全向上兼容。它具有16位堆棧指針和索引寄存器，支持16種尋址模式，具備快速的8位乘8位乘法和16位除8位除法指令，以及增強(qiáng)的二進(jìn)制編碼十進(jìn)制（BCD）數(shù)據(jù)處理能力。同時(shí)，支持低功耗停止和等待模式。

2.7 外部中斷（IRQ）模塊

IRQ模塊提供可屏蔽的外部中斷輸入，通過(guò)配置寄存器2（CONFIG2）的IRQEN位啟用。該模塊具有專用的外部中斷引腳IRQ、中斷控制位、可編程的邊沿或邊沿和電平中斷靈敏度、自動(dòng)中斷確認(rèn)和內(nèi)部上拉設(shè)備。

2.8 鍵盤中斷模塊（KBI）

KBI模塊提供獨(dú)立可屏蔽的外部中斷，其引腳與通用輸入/輸出（I/O）端口引腳共享。該模塊具有鍵盤中斷引腳、獨(dú)立的中斷使能位和一個(gè)鍵盤中斷掩碼，可配置邊沿或邊沿和電平中斷靈敏度，以及上升或下降沿、高或低電平的極性，還能根據(jù)極性自動(dòng)啟用上拉或下拉設(shè)備，并可從低功耗模式喚醒。

2.9 低電壓抑制（LVI）模塊

LVI模塊作為系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制，可防止MCU在低于特定工作電源電壓水平下運(yùn)行。它具有可編程的LVI復(fù)位、可選擇的LVI跳閘電壓和可編程的停止模式操作等功能。通過(guò)配置寄存器中的控制位，可實(shí)現(xiàn)不同的功能配置。

2.10 振蕩器（OSC）模塊

OSC模塊為MCU系統(tǒng)和總線提供穩(wěn)定的時(shí)鐘源，其引腳與通用I/O端口引腳共享。該模塊提供多種時(shí)鐘源選項(xiàng)，包括內(nèi)部振蕩器、外部振蕩器、外部RC和外部晶體，可通過(guò)軟件選擇不同的時(shí)鐘頻率。同時(shí)，支持內(nèi)部和外部時(shí)鐘源的切換。

2.11 輸入/輸出端口（PORTS）

MC68HC908QY1A、MC68HC908QY2A和MC68HC908QY4A具有13個(gè)雙向輸入 - 輸出（I/O）引腳和1個(gè)僅輸入引腳；MC68HC908QT1A、MC68HC908QT2A和MC68HC908QT4A具有5個(gè)雙向I/O引腳和1個(gè)僅輸入引腳。所有I/O引腳均可編程為輸入或輸出，未使用的引腳必須進(jìn)行端接，以防止浮動(dòng)輸入導(dǎo)致的過(guò)量電流，并增強(qiáng)抗噪聲和瞬態(tài)事件的能力。

2.12 系統(tǒng)集成模塊（SIM）

SIM模塊支持多達(dá)24個(gè)外部和/或內(nèi)部中斷，與中央處理器單元（CPU）一起控制所有微控制器單元（MCU）的活動(dòng)。它負(fù)責(zé)總線時(shí)鐘生成和控制、停止/等待/復(fù)位/中斷的進(jìn)入和恢復(fù)、內(nèi)部時(shí)鐘控制、主復(fù)位控制以及中斷控制等功能。

2.13 定時(shí)器接口模塊（TIM）

TIM模塊是一個(gè)2通道定時(shí)器，提供輸入捕獲、輸出比較和脈沖寬度調(diào)制（PWM）功能。它具有可編程的時(shí)鐘輸入、自由運(yùn)行或模計(jì)數(shù)操作、可在溢出時(shí)切換通道引腳等特點(diǎn)。

2.14 開(kāi)發(fā)支持

包括中斷模塊（BRK）和監(jiān)控模塊（MON）。中斷模塊可在指定地址生成中斷，停止正常程序流，進(jìn)入后臺(tái)程序；監(jiān)控模塊允許通過(guò)單線路接口與主機(jī)計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)試和編程，支持多種監(jiān)控模式進(jìn)入方法，具備FLASH內(nèi)存安全功能和編程接口。

三、電氣規(guī)格

3.1 絕對(duì)最大額定值

該MCU的絕對(duì)最大額定值規(guī)定了其能承受的極端極限，包括電源電壓、輸入電壓、模式進(jìn)入電壓、引腳電流、存儲(chǔ)溫度等。在使用時(shí)，應(yīng)確保不超過(guò)這些額定值，以避免永久性損壞。

3.2 功能操作范圍

MCU的工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C（不同型號(hào)可能有所差異），工作電壓范圍為2.7V至5.5V。

3.3 熱特性

不同封裝形式的MCU具有不同的熱阻，如8引腳PDIP為105°C/W，16引腳PDIP為76°C/W等。同時(shí)，還給出了I/O引腳功耗、總功耗、平均結(jié)溫等參數(shù)的計(jì)算方法。

3.4 5V和3V直流電氣特性

詳細(xì)列出了5V和3V工作電壓下的輸出高電壓、輸出低電壓、輸入高電壓、輸入低電壓、輸入滯后、直流注入電流、端口高阻泄漏電流、電容、POR重新觸發(fā)電壓、POR上升時(shí)間斜坡率、監(jiān)控模式進(jìn)入電壓、上拉電阻、下拉電阻、低電壓抑制復(fù)位跳閘電壓等參數(shù)。

3.5 振蕩器特性

包括內(nèi)部振蕩器頻率、調(diào)節(jié)精度、與調(diào)節(jié)后的偏差、外部時(shí)鐘參考頻率、RC振蕩器外部電阻、晶體頻率等參數(shù)。

3.6 電源電流特性

給出了運(yùn)行模式、等待模式和停止模式下的電源電流，以及不同溫度和電壓條件下的變化情況。

3.7 ADC10特性

包含電源電壓、電源電流、ADC內(nèi)部時(shí)鐘、轉(zhuǎn)換時(shí)間、采樣時(shí)間、輸入電壓、輸入電容、輸入阻抗、模擬源阻抗、理想分辨率、總未調(diào)整誤差、差分非線性、積分非線性、零刻度誤差、滿刻度誤差、量化誤差、輸入泄漏誤差和帶隙電壓輸入等參數(shù)。

3.8 定時(shí)器接口模塊特性

規(guī)定了定時(shí)器輸入捕獲脈沖寬度、輸入捕獲周期和輸入時(shí)鐘脈沖寬度等參數(shù)。

3.9 內(nèi)存特性

包括RAM數(shù)據(jù)保留電壓、FLASH程序總線時(shí)鐘頻率、FLASH PGM/ERASE電源電壓、FLASH讀取總線時(shí)鐘頻率、FLASH頁(yè)面擦除時(shí)間、FLASH大規(guī)模擦除時(shí)間、FLASH PGM/ERASE到HVEN設(shè)置時(shí)間、FLASH高壓保持時(shí)間、FLASH程序保持時(shí)間、FLASH程序時(shí)間、FLASH返回讀取時(shí)間、FLASH累積程序HV周期、FLASH耐久性和FLASH數(shù)據(jù)保留時(shí)間等參數(shù)。

四、訂購(gòu)信息和機(jī)械規(guī)格

4.1 訂購(gòu)信息

提供了消費(fèi)者和工業(yè)設(shè)備編號(hào)系統(tǒng)以及汽車設(shè)備編號(hào)系統(tǒng)的詳細(xì)信息，包括設(shè)備編號(hào)、ADC功能、FLASH內(nèi)存大小和封裝形式等。

4.2 機(jī)械規(guī)格

給出了不同封裝形式（如8引腳PDIP、8引腳SOIC、8引腳DFN、16引腳PDIP、16引腳SOIC和16引腳TSSOP）的機(jī)械圖紙和相關(guān)文檔編號(hào)。

五、908QTA/QYxA轉(zhuǎn)換指南

5.1 增強(qiáng)型QYxA的優(yōu)勢(shì)

QYxA相比QY Classic具有許多新的和增強(qiáng)的模塊，如10位ADC模塊、增強(qiáng)的振蕩器模塊、改進(jìn)的自動(dòng)喚醒模塊、新的上電復(fù)位模塊、鍵盤接口模塊功能增強(qiáng)以及片上例程改進(jìn)等。這些改進(jìn)增加了靈活性和新功能，提高了應(yīng)用的性能和安全性。

5.2 轉(zhuǎn)換考慮因素

在從QY Classic轉(zhuǎn)換到QYxA時(shí)，需要考慮一些因素，如監(jiān)控ROM大小的變化、新模塊的引入、參考時(shí)鐘的改變等，可能需要對(duì)應(yīng)用代碼進(jìn)行一些修改。

5.3 代碼更改清單

提供了一個(gè)代碼更改清單，包括檢查原始軟件是否使用輔助ROM例程、是否使用FLASH作為EEPROM、是否使用自動(dòng)喚醒定時(shí)器、是否涉及OSCSC、CONFIG2和ADC寄存器的位更改、是否使用外部OSC、晶體或RC以及是否使用ADC等方面。

5.4 開(kāi)發(fā)工具

用于QYx的開(kāi)發(fā)硬件可用于QYxA，QYxA與QY Classic引腳兼容，可放置在現(xiàn)有的QY4 Classic硬件上?，F(xiàn)有的Cyclone/Multilink工具和任何編程或評(píng)估板均可用于QYxA，還可使用EML08QCBLTYE進(jìn)行仿真。

5.5 封裝差異

所有QYxA封裝均為無(wú)鉛封裝，支持QYx Classic支持的所有封裝形式。

MC68HC908QYA/QTA系列MCU功能強(qiáng)大、性能出色，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師需要根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)和配置，并注意相關(guān)的電氣規(guī)格和轉(zhuǎn)換指南，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用這款MCU的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。