S12單片機(jī)模塊應(yīng)用及程序下載調(diào)試

本次智能車(chē)邀請(qǐng)賽采用的MC9S12DG128(以下簡(jiǎn)稱(chēng)DG128)是Freescale公司推出的S12系列單片機(jī)中的一款增強(qiáng)型16位單片機(jī)，片內(nèi)資源豐富，接口模塊包括SPI、SCI、IIC、A/D、PWM等，在汽車(chē)電子應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的用途。DG128在Flash存儲(chǔ)控制及加密方面也有很強(qiáng)的功能，加解密可配合第三方軟件使用。

　　DG128單片機(jī)采用增強(qiáng)型16位HCS12 CPU，片內(nèi)總線時(shí)鐘最高可達(dá)25MHz;片內(nèi)資源包括8K RAM、128K Flash、2K EEPROM; SCI、SPI、PWM串行接口模塊;脈寬調(diào)制模塊(PWM)可設(shè)置成4路8位或者2路16位，邏輯時(shí)鐘選擇頻率寬。它包括兩個(gè)8路10位精度A/D轉(zhuǎn)換器，控制器局域網(wǎng)模塊(CAN)，增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器并支持背景調(diào)試模式。DG128有112-pin和80-pin兩種封裝形式，80-pin封裝的單片機(jī)沒(méi)有引出用于擴(kuò)展的端口，只引出了一個(gè)8路A/D接口。

　　常用接口模塊及外部應(yīng)用

　　PWM(Pulse Width Modulate)模塊：PWM脈寬調(diào)制波是一種可用程序來(lái)控制波形占空比、周期、相位的波形。它在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、D/A變換等場(chǎng)合有著廣泛的應(yīng)用。本次大獎(jiǎng)賽使用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片為MC33886，其輸入信號(hào)即為一路PWM信號(hào)。MC33886根據(jù)PWM信號(hào)的周期和占空比來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和速度。大獎(jiǎng)賽中使用的舵機(jī)也是用PWM來(lái)控制的。PWM信號(hào)的周期大于某一域值后可驅(qū)動(dòng)舵機(jī)工作，保持周期、調(diào)節(jié)PWM的占空比即可調(diào)節(jié)舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在沒(méi)有電機(jī)、舵機(jī)的具體參數(shù)的情況下，可寫(xiě)一個(gè)可調(diào)周期、占空比的PWM輸出程序進(jìn)行測(cè)試。

　　A/D(Analog/Digital)模塊：A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部可分為三個(gè)部分：IP總線接口、轉(zhuǎn)換模式控制/寄存器列表、自定義模擬量。IP總線接口負(fù)責(zé)該模塊與總線的連接，實(shí)現(xiàn)A/D模塊和通用I/O的目的。轉(zhuǎn)換模式控制寄存器列表中有控制該模塊的所有的寄存器。自定義模擬量負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。為了與外部信號(hào)同步進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D有一個(gè)外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換通道，用戶可以選擇觸發(fā)方式(沿觸發(fā)、電平觸發(fā))。

　　A/D模塊設(shè)有時(shí)鐘分頻機(jī)制。需要用戶注意的是，A/D模塊的最大轉(zhuǎn)換時(shí)鐘為2MHz，最小轉(zhuǎn)換時(shí)鐘為500KHz，用戶需要查看自己芯片的內(nèi)部總線時(shí)鐘，必須使得分頻以后的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘處于兩者之間，否則可能得不到正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果。用戶可以設(shè)定轉(zhuǎn)換結(jié)果為有符號(hào)或是無(wú)符號(hào)數(shù)。比如，對(duì)于Vrh為5.12v，Vrl為0v時(shí)，輸入5.12V，8位有符號(hào)的結(jié)果是-$7F，無(wú)符號(hào)的結(jié)果是$FF。A/D模塊允許設(shè)置順序轉(zhuǎn)換，最大的順序轉(zhuǎn)換序列長(zhǎng)度是8。

　　大獎(jiǎng)賽中車(chē)模對(duì)跑道的識(shí)別有可能會(huì)用到A/D模塊，識(shí)別電路的前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有很多種實(shí)現(xiàn)方案，如紅外發(fā)光二極管或是CMOS攝像頭來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

　　Codewarrior軟件使用

　　大賽中采用Codewarrior 3.1 for HCS12作為推薦的程序編譯軟件。"CodeWarrior for S12" 是面向以HC12或S12為CPU的單片機(jī)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)的軟件包。包括集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE、處理器專(zhuān)家?guī)?、全芯?a target="_blank">仿真、可視化參數(shù)顯示工具、項(xiàng)目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調(diào)試器。在Codewarrior軟件中可以使用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言，以及兩種語(yǔ)言的混合編程

工程建立以后，需要定義裝載地址。default.prm文件用于定義目標(biāo)代碼的裝載地址，用戶應(yīng)當(dāng)根據(jù)使用單片機(jī)的內(nèi)存分配情況修改這個(gè)文件。CodeWarrior 自動(dòng)生成的 .prm 文件默認(rèn)DG128 的RAM 在：

　　RAM = READ_WRITE 0x0400 TO 0x1FFF;

　　這個(gè)默認(rèn)區(qū)間必須修改，因?yàn)樵谶@一空間有 1K 的I/O 寄存器空間 和2K EEPROM 空間。使用默認(rèn)定義會(huì)丟失1K RAM 和 2K EEPROM。

　　我們?cè)诒O(jiān)控程序中修改RAM空間：

　　RAM = READ_WRITE 0x2000 TO 0x3FFF;

　　當(dāng)然也可以修改到：

　　RAM = READ_WRITE 0x1000 TO 0x2FFF。

　　建議用戶采用我們的定義。

　　另外，我們使用：

　　STACKTOP 替代 STACKSIZE

　　因?yàn)镾TACKSIZE 0x100 在RAM低端留 0x100 空間，而使用 STACKTOP 0x3F00 可以將SP定義到RAM 高端。但是如果采用這種定義的方法，需要在前面定義RAM的時(shí)候，定義修改為：RAM=READ_WRITE 0x2000 TO 0x3EFF。另外還需要對(duì)于工程文件中 Start12.c中函數(shù) ：

　　void __interrupt 0 _Startup(void) 中

　　#ifdef _HCS12_SERIALMON

　　.......

　　.......

　　#endif

　　兩句宏命令注釋掉，使得其中的對(duì)于EEPROM,RAM起始位置控制寄存器初始化語(yǔ)句有效。這樣，下載后程序可以運(yùn)行正常。

利用監(jiān)控程序下載用戶程序：

　　監(jiān)控程序(Monitor)的主要功能是對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及底層軟件進(jìn)行調(diào)試，也稱(chēng)為Debug程序，是最基本的調(diào)試工具。DG128的Flash有128K，RAM有8K，而監(jiān)控程序源代碼占用不到3K FLASH，占用23字節(jié)RAM。這對(duì)用戶程序的空間影響并不大。異步串行口是要用來(lái)做與PC通訊服務(wù)的，監(jiān)控程序可以用，應(yīng)用程序當(dāng)然也可以使用。

　　下載用戶程序至片內(nèi)資源是監(jiān)控程序的基本功能。清華大學(xué)Freescale MCU & DSP應(yīng)用研發(fā)中心開(kāi)發(fā)的基于DG128的監(jiān)控程序代碼小于4KB，起始地址為$F000處，它把$FF80的中斷向量表移到EF80處，順序不變。用戶可以使用$EF80處的中斷向量表，此中斷向量表和MC9S12DG128手冊(cè)上的中斷向量表順序相同，只是從$FF80移到了$EF80。監(jiān)控程序起來(lái)時(shí)，如果串口在4秒內(nèi)沒(méi)有收到數(shù)據(jù)，就會(huì)檢查$EFFE-$EFFF(用戶復(fù)位向量表)是否為FFFF。如果不是，說(shuō)明FLASH中有用戶程序，程序自動(dòng)調(diào)轉(zhuǎn)到$EFFE-$EFFF所指向的用戶程序。如果程序起來(lái)4秒內(nèi)串口接到數(shù)據(jù)或者$EFFE-$EFFF為$FFFF，則進(jìn)入DEBUG監(jiān)控程序。該監(jiān)控程序中F命令下載程序到FLASH中，可識(shí)別S1或S2格式的S19文件。按“F”鍵后，開(kāi)發(fā)板上的單片機(jī)等待接收來(lái)自串行口的數(shù)據(jù)文件。然后選擇“發(fā)送” -→“發(fā)送文本文件”，找到要下載的*.S19文件，按“打開(kāi)(O)”，這樣，就把文件下載到FLASH中去了。注意，文件類(lèi)型應(yīng)選“所有文件”。待再次出現(xiàn)提示符說(shuō)明程序已下載完成。

　　從PC寄存器的地址處，開(kāi)始運(yùn)行程序?？梢杂肅trl+P 命令修改PC指針到擬運(yùn)行程序的起始地址。如果是匯編的代碼從下載地址開(kāi)始執(zhí)行即可;但如果是C語(yǔ)言編譯生成的代碼，需要加29后的地址再執(zhí)行。這是因?yàn)楣こ淌菑腟TART12.C開(kāi)始執(zhí)行，然后再執(zhí)行用戶的main.c。這是codewarrior內(nèi)部規(guī)定的。用戶只需要知道就可以了。用戶程序的入口地址是用戶在default.prm文件中定義的代碼地址加上29。然后鍵入“G”命令。這時(shí)便可以執(zhí)行用戶程序了。如果用戶程序中無(wú)法從主循環(huán)中跳出，需要停止用戶程序的時(shí)候按一下復(fù)位鍵即可。