第2章 Freescale HCS12和HCS12X系列單片機(jī)簡介

目前世界上的單片機(jī)或者微控制器的種類繁多，單片機(jī)供應(yīng)商也有很多，例如Freescale、ATMEL、NXP、ST、Microchip、Infineon、TI、NEC等，其中Freescale（飛思卡爾）公司的8位、16位和32位單片機(jī)性能穩(wěn)定、品種齊全，針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域可以選擇不同性能、型號的單片機(jī)。本章著重介紹Freescale公司的HCS12系列16位單片機(jī)的概況，并和HCS12X系列16位雙核單片機(jī)進(jìn)行簡單比較，最后給出HCS12系列單片機(jī)最小系統(tǒng)中各部分的設(shè)計(jì)方案。

2.1 HCS12系列單片機(jī)概述

Freescale公司的16位單片機(jī)主要分為HC12系列、HCS12系列以及HCS12X系列。其中HC12系列單片機(jī)是在HC11系列的基礎(chǔ)上開發(fā)的，其核心是16位高速CPU12核，支持HC11系列所有指令、尋址方式和操作模式。HCS12系列單片機(jī)以速度更快的CPU12內(nèi)核為核心，簡稱為S12系列。相比于HC12的8 MHz總線速度，典型的S12總線速度可以達(dá)到25 MHz。

2.1.1 HCS12系列單片機(jī)的命名規(guī)則

Freescale公司的單片機(jī)型號眾多，初次接觸的用戶面對眾多型號，可能不知該如何選擇。首先簡單介紹一下HCS12系列單片機(jī)的命名規(guī)則，以MC9S12DG128為例進(jìn)行介紹。

① 表示質(zhì)量認(rèn)定狀態(tài)。MC表示完全合格產(chǎn)品，XC表示初始產(chǎn)品，PC表示預(yù)測試產(chǎn)品。

②表示存儲(chǔ)器類型。無表示片內(nèi)帶ROM或者片內(nèi)沒有程序存儲(chǔ)器，7表示片內(nèi)帶EPROM或一次可編程ROM（OTP ROM），8表示片內(nèi)帶EEPROM，9表示片內(nèi)帶Flash存儲(chǔ)器。

③ 表示內(nèi)核類型。S12表示16位單片機(jī)，S08表示8位單片機(jī)。

④ 表示系列。DG表示為D系列產(chǎn)品。

⑤ 表示存儲(chǔ)空間大小及版本。128表示128 KB的Flash存儲(chǔ)空間，B為Flash版本。

⑥ 表示工作溫度范圍。無表示工作溫度范圍是0℃～70℃，C表示工作溫度范圍是-40℃～85℃，V表示工作溫度范圍是-40℃～105℃，M表示工作溫度范圍是-40℃～125℃。

⑦ 表示封裝形式。FU表示80引腳QFP封裝，PV表示112引腳LQFP封裝。

⑧ 表示無鉛標(biāo)志。E表示芯片生產(chǎn)過程無鉛。

2.1.2 HCS12系列單片機(jī)簡介

Freescale公司HCS12系列單片機(jī)分為很多子系列，各個(gè)子系列產(chǎn)品具有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。表2.1列舉了HCS12各個(gè)子系列部分單片機(jī)的型號、主要特點(diǎn)、資源等基本情況介紹。

2.2 HCS12X系列單片機(jī)概述

2.2.1 HCS12X系列單片機(jī)主要特點(diǎn)

Freescale公司于2005年推出HCS12X系列單片機(jī)（也稱為MCU），該系列是HCS12系列的增強(qiáng)型產(chǎn)品，基于S12 CPU內(nèi)核，可以達(dá)到25 MHz的HCS12的2～5倍的性能。S12X系列增加了172條指令，可以執(zhí)行32位運(yùn)算，總線頻率最高可達(dá)40 MHz，并且改進(jìn)了中斷處理能力。

S12X系列單片機(jī)采用復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（CISC）架構(gòu)，集成了中斷控制器，具有豐富的尋址方式。中斷有7個(gè)優(yōu)先級，并且內(nèi)核支持優(yōu)先級的的調(diào)度，最多可以有117個(gè)中斷源。

S12X系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)是增加了一個(gè)并行處理的外圍協(xié)處理器XGATE模塊，它是一個(gè)獨(dú)立于主處理器（S12XD）的可編程RISC內(nèi)核。XGATE可作為一個(gè)高效的DMA控制器使用，能夠自主地實(shí)現(xiàn)外設(shè)與RAM之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，并在數(shù)據(jù)傳送過程中靈活進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；XGATE也可作為一個(gè)單獨(dú)的算法單元完成運(yùn)算功能，如通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)；XGATE還可作為虛擬外設(shè)使用，如使用通用I/O口模擬串行通信口功能，或?qū)唵蔚耐庠O(shè)通過軟件包裝實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的個(gè)性化外設(shè)功能等。集成XGATE的目的就是在日益復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中，減輕S12XD主處理器的負(fù)擔(dān)，以增強(qiáng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力和應(yīng)用功能設(shè)計(jì)的靈活性。

S12X系列單片機(jī)與S12系列單片機(jī)的主要區(qū)別如表2.2所示。

XGATE模塊大大提高了MCU處理應(yīng)用程序的能力。通過承擔(dān)中斷源處理功能，從而降低了主處理器的負(fù)擔(dān)，使得中斷服務(wù)程序能夠在XGATE中處理的同時(shí)，主處理器可以并行的處理其他應(yīng)用程序。通過表2.2的比較，可以近似地認(rèn)為S12X核的性能是S12的5倍。

2.2.2 XGATE協(xié)處理器與主處理器的關(guān)系

在S12X系列中，中斷控制器硬件產(chǎn)生的中斷可以選擇由XGATE或者S12XD主處理器來處理。XGATE對于任何中斷的處理都會(huì)減輕主處理器的中斷負(fù)荷，并且XGATE完全有能力響應(yīng)整個(gè)中斷。

從圖2.1中可以看到，一個(gè)開關(guān)中斷信號可以指向XGATE或者主處理器，如果指向XGATE，它就會(huì)執(zhí)行所響應(yīng)的中斷服務(wù)程序；當(dāng)程序執(zhí)行完成后，等待下一個(gè)中斷請求。另外有的寄存器可以使XGATE指向特殊的中斷信號，并且中斷優(yōu)先級的等級可以設(shè)置為7個(gè)級別之一。如果有2個(gè)中斷請求同時(shí)產(chǎn)生，則處理器就會(huì)根據(jù)中斷級別的優(yōu)先級高低來判斷，優(yōu)先級高的中斷首先執(zhí)行。這些中斷等級在S12XD主處理器和XGATE中相同。

XGATE和主處理器完全一樣，是一個(gè)支持C編譯器的可編程內(nèi)核。當(dāng)中斷源產(chǎn)生時(shí)，它開始運(yùn)行；在完成中斷任務(wù)以后，它會(huì)中止時(shí)鐘工作等待下次事件發(fā)生，以降低功耗。

XGATE與主處理器之間可相互中斷以進(jìn)行同步。XGATE有一個(gè)特殊指令SIF，用于向主處理器提交中斷。通常SIF為XGATE線程的最后一條指令，用以觸發(fā)主處理器中斷。在默認(rèn)情況下，此時(shí)XGATE的中斷矢量就對應(yīng)于此前XGATE所處理的中斷，故由SIF所觸發(fā)的主處理器的中斷服務(wù)程序通常不必查詢中斷源。

XGATE是一個(gè)協(xié)處理器，它可以直接使用，幾乎可以直接進(jìn)入所有的存儲(chǔ)空間。XGATE的創(chuàng)新特點(diǎn)就在于它以獨(dú)特的方式訪問MCU內(nèi)部RAM單元，通過交換總線功能，MCU的內(nèi)部總線允許交叉進(jìn)入RAM區(qū)。當(dāng)主處理器全速執(zhí)行時(shí)，它訪問RAM只需半個(gè)時(shí)鐘總線周期，XGATE可以在另外半個(gè)時(shí)鐘總線周期訪問RAM。若主處理器不進(jìn)入訪問RAM的周期內(nèi)，則XGATE訪問RAM的速度就會(huì)是主處理器訪問RAM最高速度的2倍。

另外，XGATE有8個(gè)軟件中斷源。主處理器通過置位或清除XGATE的軟件觸發(fā)寄存器（XGSWT）中相應(yīng)的位來觸發(fā)或清除這8個(gè)中斷源。需要注意的是：由于XGSWT屬于片上外設(shè)寄存器，所以XGATE也可以通過XGSWT的位設(shè)置向自己發(fā)出中斷信號。

2.2.3 XGATE的基本特性

XGATE協(xié)處理器結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，它具有以下基本特征。

（1）精簡指令集內(nèi)核

XGATE是一個(gè)16位的精簡指令集內(nèi)核。內(nèi)核擁有8個(gè)16位通用寄存器R0～R7，1個(gè)程序計(jì)數(shù)器PC，1個(gè)4位的條件碼寄存器CCR。其中R0恒為0，可用于對變量的快速清零或置位。R1和R7有額外用途：XGATE響應(yīng)中斷時(shí)，硬件將中斷向量表中對應(yīng)通道的1個(gè)16位字裝載到R1（通常用做數(shù)據(jù)指針），將棧指針裝載到R7，如圖2.3所示。

（2）XGATE指令集

XGATE共有72條獨(dú)立的指令，指令時(shí)鐘最高可達(dá)100 MHz。XGATE的時(shí)鐘速度總是主處理器總線速度的2倍。XGATE的大部分指令是對通用寄存器的操作，為單周期指令。訪問存儲(chǔ)器的指令為雙周期指令。跳轉(zhuǎn)指令視條件而定可能為1個(gè)或2個(gè)周期指令。XGATE有一些特殊的比特提取及插入的單周期指令，特別適用于串行通信協(xié)議使用。

（3）XGATE訪問空間

S12X的全局存儲(chǔ)空間共有8 MB，XGATE可以訪問其中片內(nèi)的64 KB空間。這64 KB空間包括2 KB的片上外設(shè)寄存器，30 KB的片上閃存和最大32 KB的片內(nèi)RAM。注意XGATE不能訪問EEPROM空間或片外資源。XGATE的訪問空間完全限制在主處理器內(nèi)部訪問空間范圍內(nèi)。地址仲裁的規(guī)則是主處理器的優(yōu)先級總高于XGATE，如圖2.4所示。

（4）XGATE事件驅(qū)動(dòng)線程

XGATE的代碼執(zhí)行是由事件驅(qū)動(dòng)的，這里的事件就是指中斷。所謂事件驅(qū)動(dòng)就是指由中斷來觸發(fā)XGATE運(yùn)行。沒有中斷時(shí)，XGATE不執(zhí)行任何指令，從而也沒有功耗?？梢奨GATE的代碼就是一組中斷服務(wù)程序，沒有主程序或空閑時(shí)的循環(huán)程序。XGATE的中斷服務(wù)程序也稱做線程。

（5）互斥信號量

主處理器與XGATE之間常用的通信方式是共享資源。由于這兩個(gè)內(nèi)核可以獨(dú)立異步的訪問內(nèi)存及片上外設(shè)，就會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)完整性問題。為了保證共享數(shù)據(jù)的完整性， XGATE集成了8個(gè)硬件互斥信號量（Semaphore）。用戶可以通過硬件信號量來同步兩個(gè)內(nèi)核對共享數(shù)據(jù)的訪問。信號量有3種狀態(tài)：釋放、主處理器鎖定和XGATE鎖定。每個(gè)內(nèi)核在訪問共享資源前，應(yīng)當(dāng)首先鎖定相應(yīng)的信號量；在訪問結(jié)束后應(yīng)當(dāng)釋放相應(yīng)的信號量。

2.2.4 典型S12X系列單片機(jī)簡介

相比于S12系列單片機(jī)而言，S12X系列單片機(jī)的型號目前還是較少的，S12X系列單片機(jī)目前有以下幾個(gè)子系列：MC9S12XA系列、MC9S12XD系列、MC9S12XE系列、MC9S12XF系列、MC9S12XH系列和MC9S12XS系列。下面簡要介紹幾個(gè)子系列單片機(jī)的各自特點(diǎn)。

（1）MC9S12XA、MC9S12XB和MC9S12XD系列

這三個(gè)系列的單片機(jī)是以低成本和低功耗為目的設(shè)計(jì)的，具有良好的電磁兼容性和高效的代碼執(zhí)行效率。MC9S12XA系列主要包括MC9S12XA256和MC9S12XA512兩種型號的單片機(jī)，其中MC9S12XA512包含外部總線接口EBI，模塊映像控制MMC功能，中斷控制器INT，用于監(jiān)控HCS12X CPU和XGATE總線活動(dòng)的調(diào)試模塊DBG和背景調(diào)試模式BDM功能，具有2個(gè)A/D模塊，每個(gè)為12通道10位分辨率，具有4個(gè)獨(dú)立暫停期限的定時(shí)器PIT，暫停期限可以在1～224總線時(shí)鐘周期之間選擇，同時(shí)還有CRG模塊，具有低噪聲/低功耗皮爾斯（Pierce）振蕩器、PLL、COP監(jiān)視器、實(shí)時(shí)中斷、時(shí)鐘監(jiān)控器等功能。

MC9S12XB系列目前主要包括MC9S12XB128和MC9S12XB256兩種型號的單片機(jī)。它們的總線頻率均為33 MHz，該系列單片機(jī)與MC9S12XD系列單片機(jī)完全兼容，相比于S12XD系列而言，S12XB系列單片機(jī)精簡了一些功能，并通過降低總線速率來減少成本。

（2）MC9S12XE系列

MC9S12XE系列單片機(jī)與MC9S12XD系列單片機(jī)完全兼容，同時(shí)提高了系統(tǒng)的集成功能。MC9S12XE系列單片機(jī)工作頻率為50 MHz，工作電壓為3.3～5.5 V，包括一個(gè)存儲(chǔ)器保護(hù)單元（MPU），用于防止軟件執(zhí)行過程中的系統(tǒng)錯(cuò)誤。此外XGATE也得到了加強(qiáng)，頻率可以達(dá)到100 MHz，同時(shí)與其他單片機(jī)上的XGATE模塊也是兼容的。

（3）MC9S12XF系列

MC9S12XF系列單片機(jī)除了包括其他一些S12X的共有功能外，還具有1個(gè)符合FlexRay協(xié)議V2.1的FlexRay控制器，F(xiàn)lexRay技術(shù)的引入使其網(wǎng)絡(luò)性能得到大幅提升， FlexRay網(wǎng)絡(luò)可用于車身、底盤和安全等領(lǐng)域應(yīng)用。該系列目前主要包括MC9S12XFE128和MC9S12XFR128兩種型號的單片機(jī)，工作頻率可以達(dá)到38 MHz。

（4）MC9S12XS系列

MC9S12XS系列單片機(jī)是高性能MC9S12XE系列單片機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、高效性產(chǎn)品的補(bǔ)充，帶有一套為汽車車身和乘客舒適度應(yīng)用而優(yōu)化設(shè)計(jì)的改進(jìn)型片上外圍設(shè)備、存儲(chǔ)器等模塊，可應(yīng)用于汽車座椅控制模塊、空調(diào)控制模塊、各種車身控制模塊等的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

2.3 MC9S12DG128簡介

2.3.1 MC9S12DG128性能概述

MC9S12DG128只是HCS12家族中的一個(gè)成員。該器件包括大量的片上存儲(chǔ)器和外部I/O。MC9S12DG128是一個(gè)16位器件，由16位中央處理單元（HCS12 CPU）、128 KB Flash、8 KB RAM、2 KB EEPROM組成片內(nèi)存儲(chǔ)器。同時(shí)還包括2個(gè)異步串行通信接口（SCI）、2個(gè)串行外設(shè)接口（SPI）和一個(gè)8通道輸入捕捉/輸出比較（IC/OC）增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器（ECT）、2個(gè)8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）和一個(gè)8通道PWM。

MC9S12DG128還包括29個(gè)獨(dú)立的數(shù)字I/O口（A、B、K和E），20個(gè)獨(dú)立的數(shù)字I/O口具有中斷和喚醒功能。另外還具有2個(gè)CAN 2.0A/B標(biāo)準(zhǔn)兼容模塊（MSCAN12）和一個(gè)I2C總線。

MC9S12DG128具有內(nèi)部16位數(shù)據(jù)通道，外部總線可以按照8位數(shù)據(jù)總線窄模式操作，所以可以和8位數(shù)據(jù)總線的存儲(chǔ)器連接，以降低成本。PLL電路允許根據(jù)系統(tǒng)需求調(diào)整電源功耗及性能。

MC9S12DG128主要特性包括：

● 16位HCS12 CPU；

● 內(nèi)部存儲(chǔ)器：

? 128 KB Flash；

? 8 KB RAM；

? 2KB EEPROM。

● 外圍設(shè)備：

? 2個(gè)增強(qiáng)型串行通信接口（SCI）；

? 2個(gè)串行外設(shè)接口（SPI）；

? 2個(gè)MSCAN模塊；

? I2C總線接口；

? 2個(gè)8通道10位A/D；

? 8通道16位增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器（ECT）；

? 8通道8位或4通道16位PWM。

2.3.2 MC9S12DG128內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳

MC9S12DG128有兩種封裝，分別是80引腳封裝和112引腳封裝。圖2.5為MC9S12DG128的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，其中功能模塊是按照112引腳封裝給出的；圖2.6為MC9S12DG128的112引腳封裝引腳圖；圖2.7為MC9S12DG128的80引腳封裝引腳圖。

2.3.3 MC9S12DG128引腳功能

本節(jié)以112引腳MC9S12DG128單片機(jī)為例介紹部分引腳功能及參考電路。

1.XTAL和EXTAL（47、46）——振蕩器引腳

XTAL和EXTAL分別是晶體驅(qū)動(dòng)輸出和外部時(shí)鐘輸入引腳。EXTAL引腳既可以接晶振，也可以接COMS兼容的時(shí)鐘信號，驅(qū)動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路，器件中所有的時(shí)鐘信號都來自該引腳輸入的時(shí)鐘。XTAL引腳為晶體驅(qū)動(dòng)輸出，當(dāng)EXTAL引腳外接時(shí)鐘時(shí)，該引腳懸空。時(shí)鐘電路的幾種接法如圖2.8、圖2.9和圖2.10所示。

關(guān)于使用Colpitts時(shí)鐘連接電路還是Pierce時(shí)鐘連接電路，可以參考表2.3，表中對于兩種時(shí)鐘電路進(jìn)行了比較說明。

2.XFC（44）——PLL環(huán)路濾波器引腳

PLL環(huán)路濾波器連接電路如圖2.11所示，PLL要求3個(gè)元件的無源濾波器連接到XFC引腳上。濾波器器件值因應(yīng)用而異，計(jì)算濾波器的公式可以參見用戶指南，也可以簡單地使用Freescale公司提供的PLL濾波器計(jì)算器來計(jì)算。

3.RESET（42）——外部復(fù)位引腳

低電平有效的雙向控制信號。該引腳做輸入時(shí)，將其拉低，可將MCU初始化成默認(rèn)狀態(tài)；如果時(shí)鐘監(jiān)視器或者COP看門狗檢測到內(nèi)部故障，該引腳作為開漏輸出引腳對外指示這種狀態(tài)。復(fù)位究竟是內(nèi)部還是外部引起，是可以判別的。內(nèi)部復(fù)位首先將該引腳拉低并保持131～134個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期然后釋放該引腳，經(jīng)過64個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期后采樣該引腳電平，如果該引腳回到高電平，說明復(fù)位是由時(shí)鐘監(jiān)視器或者COP看門狗電路引起，CPU獲得時(shí)鐘監(jiān)視器或COP看門狗的復(fù)位向量；如果該引腳仍然保持低電平，就確定為外部復(fù)位，CPU獲得外部復(fù)位向量。為了保證時(shí)鐘監(jiān)視器或者COP看門狗復(fù)位向量能夠被復(fù)位邏輯所識(shí)別，復(fù)位引腳上升到3.25 V的時(shí)間必須小于64個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期和11 μs，所以為了避免對復(fù)位信號的誤判發(fā)生，S12的復(fù)位電路不要使用簡單的RC復(fù)位電路。另外在HCS12 D系列上沒有低電壓復(fù)位（Low Voltage Reset，LVR）支持，推薦使用外部LVR電路確保當(dāng)器件電源VDD下降到4.5 V以下時(shí)處于復(fù)位狀態(tài)。

4.BKGD（23）——背景調(diào)試引腳

BKGD采用自定協(xié)議接收串行的背景調(diào)試命令，并發(fā)送命令執(zhí)行結(jié)果，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線調(diào)試。Freescale定義的標(biāo)準(zhǔn)BDM調(diào)試插頭如圖2.12所示。

5.MODA、MODB、MODC——模式選擇輸入引腳

這三個(gè)引腳在單片機(jī)復(fù)位期間的狀態(tài)決定了其運(yùn)行模式。在復(fù)位期間，MODA、MODB具有內(nèi)部下拉，關(guān)于運(yùn)行模式的討論詳見后文。

6.IRQ/PE1（55）——可屏蔽中斷請求

可屏蔽外部中斷輸入引腳，可以用于從STOP或WAIT模式喚醒單片機(jī)?？梢酝ㄟ^程序選擇該引腳是否和中斷邏輯連接，以及選擇下降沿還是低電平觸發(fā)。復(fù)位后，IRQ默認(rèn)為低電平觸發(fā)方式，同時(shí)在CCR寄存器中的I位為1，IRQ中斷被屏蔽，可以通過軟件清除或者置位CCR寄存器中的I位來使能或禁止所有可屏蔽中斷。

7.XIRQ/PE0（56）——不可屏蔽中斷請求

不可屏蔽外部中斷輸入引腳，可用于在STOP或WAIT模式下喚醒單片機(jī)。在復(fù)位階段，CCR寄存器中的X位為1，不可屏蔽中斷被屏蔽。當(dāng)系統(tǒng)初始化后，可以通過程序清除CCR寄存器中的X位，使能不可屏蔽中斷。注意，X位一旦被清零，就不能再通過軟件的方式置1。不可屏蔽中斷經(jīng)常用于處理系統(tǒng)掉電或者硬件故障等特殊應(yīng)用要求。關(guān)于中斷及復(fù)位的論述，后文相關(guān)章節(jié)會(huì)有詳細(xì)的論述。

8.電源相關(guān)引腳

MC9S12DG128的電源引腳匯總參見表2.4。

（1）VDD1，2和VSS1，2——內(nèi)部穩(wěn)壓器輸出電源和地

電源通過VDD和VSS提供給單片機(jī)，直接對內(nèi)部2.5 V穩(wěn)壓器供電。如果內(nèi)部穩(wěn)壓器使能，2.5 V來自于內(nèi)部穩(wěn)壓器；如果VREGEN引腳接地，內(nèi)部穩(wěn)壓器關(guān)閉，這兩對引腳上需要外部提供2.5 V電源。

（2）VDDR和VSSR——外部電源和地

這一組電源提供I/O驅(qū)動(dòng)和內(nèi)部穩(wěn)壓器輸入。為了滿足信號的快速上升要求，一般要求電源能提供瞬時(shí)大電流，因此要在兩個(gè)電源引腳之間放置高頻旁路電容，并且要盡量靠近單片機(jī)，具體旁路電容要求取決于單片機(jī)引腳負(fù)載。

（3）VDDX和VSSX——I/O驅(qū)動(dòng)器電源和地

這一組電源提供I/O驅(qū)動(dòng)的電源和地，要在兩個(gè)引腳之間放置旁路電容，并且盡量靠近單片機(jī)。

（4）VDDA和VSSA——A/D轉(zhuǎn)換器模塊工作電源和地

這一組電源供給A/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)為內(nèi)部穩(wěn)壓器提供參考電壓，兩個(gè)引腳之間需要放置旁路電容。

（5）VRH和VRL——A/D轉(zhuǎn)換器模塊參考電源和地

這一組電源為A/D轉(zhuǎn)換器提供參考電壓，其精度和穩(wěn)定性直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果，因此這一組電源要求品質(zhì)較高，不能受數(shù)字電路部分影響，但功率較小，可以考慮單獨(dú)供電。

（6）VDDPLL和VSSPLL——PLL供電電源和地

當(dāng)內(nèi)部穩(wěn)壓器關(guān)閉時(shí)，這一組電源必須外接2.5 V電源。內(nèi)部穩(wěn)壓器工作時(shí)，該引腳的電壓由內(nèi)部穩(wěn)壓器提供。

（7）VERGEN——內(nèi)部穩(wěn)壓器選擇引腳

該引腳接高電平使能內(nèi)部穩(wěn)壓器，該引腳接地禁止內(nèi)部穩(wěn)壓器。如果該引腳接地，內(nèi)部穩(wěn)壓器禁止，VDD1，2和VDDPLL都必須外接2.5 V電源供電。

2.4 MC9S12DG128的運(yùn)行模式

MC9S12DG128可以通過三個(gè)引腳MODC、MODB和MODA來選擇單片機(jī)的運(yùn)行模式。共有普通模式和特殊模式兩大類的運(yùn)行模式。

MC9S12DG128的模式選擇詳見表2.5。

2.4.1 普通運(yùn)行模式

普通模式共分三種，都是應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)結(jié)束后的最終運(yùn)行模式，它們都支持背景調(diào)試模式（BDM），但對于某些操作必須首先將BDM使能，然后再激活后才能通過BDM命令進(jìn)行調(diào)試。

1.普通單芯片模式

該模式無外部總線，端口A、端口B和端口E被設(shè)置成通用I/O接口。端口E的兩個(gè)引腳PE1和PE0僅能工作在內(nèi)部上拉的輸入方式，其他22個(gè)引腳均可設(shè)置為輸入或輸出，不過復(fù)位后它們均被默認(rèn)設(shè)置為高阻輸入方式，另外復(fù)位后，端口E的上拉有效，端口A和端口B的上拉被禁止。

2.普通寬擴(kuò)展模式

端口A和端口B為外部地址和數(shù)據(jù)總線，其中A15～A8和D15～D8分時(shí)使用端口A的8個(gè)引腳，A7～A0和D7～D0分時(shí)使用端口B的8個(gè)引腳。R/W等總線控制信號復(fù)位后默認(rèn)有效。

3.普通窄擴(kuò)展模式

端口A和端口B為16位外部地址總線，其中端口A輸出高8位（A15～A8），其中端口B輸出低8位（A7～A0），8位外部數(shù)據(jù)總線D7～D0與高8位地址線分時(shí)復(fù)用端口A的8個(gè)引腳。

2.4.2 特殊運(yùn)行模式

特殊模式主要用于系統(tǒng)開發(fā)和器件測試。

1.特殊單芯片模式

該模式可用于強(qiáng)制MCU激活BDM，以允許通過BKGD引腳進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。在該模式下，MCU不像在其他模式下那樣取中斷向量，然后執(zhí)行應(yīng)用程序代碼等，而是以激活的BDM固件接收來自BKGD引腳的串行命令，并控制CPU的運(yùn)行。該模式下沒有外部總線，MCU作為一個(gè)獨(dú)立器件運(yùn)行，所有程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間均位于片內(nèi)，外部接口均可作為通用I/O。

2.單片運(yùn)行模式

單片運(yùn)行模式是MC9S12單片及最常用的一種運(yùn)行模式。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，CPU檢測到MODA（PE5）和MODB（PE6）引腳為低電平時(shí)進(jìn)入單片運(yùn)行模式。單片運(yùn)行模式又分為普通單片模式和特殊單片模式。普通單片模式是正常運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)應(yīng)使用的模式，特殊單片模式是指BDM調(diào)試模式。進(jìn)入特殊模式時(shí)，要求單片及復(fù)位時(shí)引腳MODC （BKGD）為低電平。通常，當(dāng)單片及輸入引腳浮空時(shí)，CPU默認(rèn)高電平，BKGD引腳上的低電平是由BDM調(diào)試工具的相應(yīng)引腳提供的。故可以理解為，當(dāng)插上BDM頭時(shí)，可進(jìn)入特殊單片模式；當(dāng)不插BDM頭時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入普通單片模式。

注意：MCU進(jìn)入單片模式還是擴(kuò)展模式或者其他模式，是由在復(fù)位時(shí)復(fù)位信號上升沿鎖存MODA、MODB等引腳上的輸入電平狀態(tài)到運(yùn)行模式寄存器（MODE Register）中相應(yīng)位來實(shí)現(xiàn)的，模式寄存器的默認(rèn)地址為$000B。在運(yùn)行過程中，應(yīng)用程序是可以動(dòng)態(tài)地在單片模式和擴(kuò)展模式之間相互切換的，方法是向運(yùn)行模式寄存器寫入不同的運(yùn)行模式控制字。

3.擴(kuò)展運(yùn)行模式

80引腳的單片機(jī)A、B、K口都沒有引出，故不能使用擴(kuò)展運(yùn)行模式。

擴(kuò)展運(yùn)行模式又有普通運(yùn)行模式和特殊運(yùn)行模式之分，其區(qū)別是有些寄存器只能在特殊模式下讀寫。

2.5 MC9S12DG128的存儲(chǔ)器映射

S12系列單片機(jī)片內(nèi)有Flash、RAM和EEPROM，不同型號內(nèi)置存儲(chǔ)器容量不同。MC9S12DG128單片機(jī)內(nèi)置128 KB Flash、8 KB RAM和2 KB EEPROM。

2.5.1 基本內(nèi)存空間分配

以CPU12為核心的單片機(jī)有多種運(yùn)行模式，其中單片方式是最典型的應(yīng)用模式。圖2.13給出了MC9S12DG128單片機(jī)在單片模式下的存儲(chǔ)器映射圖。

MC9S12DG128復(fù)位時(shí)，I/O寄存器占用從$0000開始的1 KB地址空間（$0000～$03FF），雖然用戶可以將I/O寄存器重新定義到前32 KB地址空間的任何一個(gè)2 KB空間的前1 KB，但最好不要這樣做。I/O空間放在$0000開始處，使得讀寫$0000到$00FF這256個(gè)I/O寄存器可以使用直接尋址方式，直接尋址方式的指令比擴(kuò)展尋址方式短1 B，速度會(huì)比讀寫其他地址空間快一些。別的存儲(chǔ)器模塊（如EEPROM、RAM和部分Flash）也都可以定義到其他地址空間。如果不是特別必要時(shí)，盡量使用系統(tǒng)的默認(rèn)設(shè)置。

從$0400到$1000是EEPROM空間。一些CPU12構(gòu)成的單片機(jī)有4 KB的EEPROM，因?yàn)閺?0000開始的1 KB空間被I/O寄存器占用了，不重新定義EEPROM的地址的話，實(shí)際可以使用的EEPROM只有3 KB。若一定要使用片內(nèi)的4 KB EEPROM，則要重新將EEPROM定義到其他空間，或者將I/O寄存器移到其他空間。

從$000F到$3FFF是RAM空間，不同型號的CPU12構(gòu)成的單片機(jī)有不同的片內(nèi)RAM配置。從2 KB、4 KB、8 KB到12 KB。MC9S12DG128默認(rèn)為$0000到$1FFF（8 KB），可以在程序中將其映射到$2000到$3FFF的8 KB空間。

$4000到$FFFF的48 KB為Flash存儲(chǔ)器空間，分成3個(gè)16 KB空間，最后16 KB空間的最后256 B，即$FF00到$FFFF是中斷向量表空間。

CPU12構(gòu)成的單片機(jī)還有一種特殊工作方式（特殊單片方式或特殊擴(kuò)展方式），被稱為調(diào)試方式或BDM方式。在這種方式下，CPU12內(nèi)部的256 B的ROM將$FE00到$FEFF的前256 B的Flash空間覆蓋。當(dāng)然，覆蓋的空間在BDM模式下還是可以通過BDM指令訪問的。

2.5.2 內(nèi)存空間的擴(kuò)展

CPU12構(gòu)成的單片機(jī)片內(nèi)Flash可以超過64 KB尋址空間達(dá)到128 KB、256 KB或者512 KB，其中MC9S12DG128片內(nèi)Flash為128 KB，如圖2.14所示。

128 KB的Flash先被分成每塊64 KB，共2塊（Block0和Block1）；每塊細(xì)分為每頁16 KB，共8頁；每頁再細(xì)分每段為4 KB、2 KB、1 KB或512 B。

在片內(nèi)Flash在64 KB及以上的CPU12構(gòu)成的單片機(jī)，有一個(gè)存儲(chǔ)器頁面寄存器PPAGE，該寄存器為5位，最多可管理32個(gè)16 KB存儲(chǔ)器頁，故CPU12單片機(jī)最多可以有512 KB片內(nèi)Flash。MC9S12DG128的128 KB Flash可分為16 KB存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器頁面編號為$38～$3F的某個(gè)值。CPU12在64 KB內(nèi)存的$8000到$BFFF這一段開了一個(gè)窗口，永遠(yuǎn)只能看到頁面寄存器的某一頁，這里指$38～$3D這6個(gè)頁面。128 KB的Flash中，$3F這一頁永遠(yuǎn)定位在$C000～$FFFF這一段，$3E頁永遠(yuǎn)定位在$4000到$7FFF這一段，另外6頁只能通過$8000～$BFFF這一窗口訪問。Flash的換頁是通過向PPAGE寄存器寫入頁面編號實(shí)現(xiàn)的。

Flash存儲(chǔ)器頁面寄存器PPAGE的值$00～$2F留給擴(kuò)展方式下使用外部存儲(chǔ)器時(shí)對外部存儲(chǔ)器分頁使用。

2.5.3 相關(guān)寄存器

CPU12的內(nèi)部寄存器、RAM、EEPROM可以通過設(shè)置INITRG、INITRM、INITEE來重新分配它們的位置。這些寄存器只能寫一次，建議在初始化時(shí)分配寄存器、RAM、EEPROM的位置。對每個(gè)INITxx賦值后，在其指令后需插入一空指令。如果映射有沖突，寄存器具有最高優(yōu)先級，與其重疊的RAM和EEPROM此時(shí)無效。存儲(chǔ)分配優(yōu)先級從高到低依次為：BDM ROM（激活的情況下）、寄存器區(qū)、RAM、EEPROM、Flash和外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器。

以下簡要介紹INITRG、INITRM、INITEE 3個(gè)初始化寄存器。

1.內(nèi)部RAM位置初始化寄存器

內(nèi)部RAM位置初始化寄存器（Initialization of Internal RAM Position Register， INITRM）如圖2.15所示。

讀：任何時(shí)刻。

寫：普通模式和仿真模式下僅可以寫一次，特殊模式下任何時(shí)刻可寫操作。

RAM15～RAM11：內(nèi)部RAM映射位置。RAM的映射是通過修改該寄存器中的5個(gè)二進(jìn)制位來實(shí)現(xiàn)的，即指定內(nèi)部RAM基地地的最高5位。RAM空間可以映射到64 KB空間內(nèi)的任何16 KB塊中。

RAMHAL：RAM高地址對齊。

● 0表示RAM和內(nèi)部地址空間最低端對齊；

● 1表示RAM和內(nèi)部地址空間最高端對齊。

因?yàn)镸C9S12DG128內(nèi)部有8 KB的RAM空間，映射區(qū)域8 KB，所以RAM12～RAM11位沒有意義，取0或1都可以。配置RAM空間僅僅使用到RAM15～RAM13（即RAM15～RAM13用來決定RAM空間映射到哪個(gè)16 KB塊中），復(fù)位后RAM默認(rèn)位置在$0000～$1FFF，如果要將RAM空間定位到$2000～$3FFF，只要將RAM15～RAM13設(shè)置為001就可以了，此時(shí)INITRM=0×20。

2.內(nèi)部寄存器位置初始化寄存器

內(nèi)部寄存器位置初始化寄存器（Initialization of Internal Registers Position Register， INITRG）如圖2.16所示。

讀：任何時(shí)刻。

寫：普通模式和仿真模式下僅可以寫一次，特殊模式下任何時(shí)刻可寫操作。

REG14～REG11：內(nèi)部寄存器映射位置。指定內(nèi)部寄存器區(qū)基地址的最高5位。MC9S12DG128內(nèi)部有1 KB的寄存器空間，復(fù)位后默認(rèn)首地址為$0000，運(yùn)行時(shí)可以重新映射到系統(tǒng)地址空間前32 KB的任何2 KB空間邊界處，實(shí)際使用前面的1KB。可以設(shè)置的最小基地址為$0000，最大基地址為$7FFF，而$0000～$00FF這256 B是可以使用直接尋址方式的，所以寄存器默認(rèn)的地址空間也從$0000開始。

3.內(nèi)部EEPROM位置初始化寄存器

內(nèi)部EEPROM位置初始化寄存器（Initialization of Internal EEPROM Position Register， INITEE）如圖2.17所示。

讀：任何時(shí)刻。

寫：所有器件在任何時(shí)刻可以寫EEON位。大多數(shù)器件的EE11～EE15位能夠在任何模式下任何時(shí)刻寫入。對于某些器件，EE11～EE15位在普通模式和仿真模式下僅一次寫入；特殊模式下任何時(shí)刻可寫操作，具體權(quán)限請參考相應(yīng)器件的用戶手冊。

EE15～EE11：內(nèi)部EEPROM映射位置，指定內(nèi)部EEPROM基地址的最高5位。

EEON：使能EEPROM。

● 0表示禁用EEPROM；

● 1表示使能EEPROM，地址由EE11～EE15決定。

● 配置INITEE位，當(dāng)INITEE=0×11時(shí)，則EEPROM基地址從$1000開始。