第2章 Freescale HC(S)08系列单片机概述

第2章FreescaleHC08/S08/RS08MCU概述1第2章FreescaleHC08/S08/RS08MCU概述Freescale的08系列单片机由于其稳定性高、开发周期短、成本低、型号多种多样、兼容性好而被广泛应用。本章概要介绍08系列单片机的类型、基本结构，并从总体上阐述其性能特点。主要内容有：在介绍08系列单片机的命名规则和资源状况的基础上，分别以MC908GP32、MC9S08GB60及MC9RS08KA2为例讲述HC08系列、HCS08系列及RS08系列单片机的基本结构和特点。了解这些基本知识，不仅可以为实际开发应用中的单片机选型提供参考，也对后续章节的学习有很大的帮助。本书以GP32为主要芯片阐述嵌入式系统基本硬件与软件原理，2.2节讨论的GP32引脚功能、硬件最小系统及GP32的存储器框图是重点掌握的内容。硬件最小系统是芯片运行的基本条件，应该对此有清晰的理解。对于GP32不具备的功能，本书将使用其他芯片进行阐述，但编程语言体系是相同的。2.108系列单片机简介目前，Freescale的08系列单片机主要有HC08、HCS08和RS08三种类型。HC08是1999年开始推出的产品，种类也比较多，针对不同场合的应用都可以选到合适的型号。HCS08是2004年左右推出的8位MCU，资源丰富，功耗低，性价比很高，是08系列单片机的发展趋势。HC08与HCS08的最大区别是调试方法不同与最高频率的变化。RS08是HCS08架构的简化版本，于2006年推出，其内核体积比传统的内核小30%，带有精简指令集，满足用户对体积更小、更加经济高效的解决方案的需求。RAM及Flash空间大小差异、封装形式不同、温度范围不同、频率不同、I/O资源差异等形成了不同型号，为嵌入式应用产品的开发提供了丰富的选型。2.1.1Freescale单片机的命名规则Freescale单片机的型号庞大，但同一系列的CPU是相同的，也就是说具有相同的指令系统，多种型号只是为了适用于不同的场合。为了方便实际应用时选型，需要了解Freescale单片机的命名方法，其基本命名规则如下：хххххххххххх①②③④⑤⑥⑦①指产品状态。MC—FullyQualified（合格）；PC—ProductEngineering（测试品）。在实际应用中，通常都是选用MC类型的产品。如MC908GP32、MC9S08GB60、MC9RS08KA2等。②存储器类型标志。“无”表示片内带ROM或片内没有程序存储器；7表示片内带EPROM或一次可编程ROM(OTPROM,OneTimeProgrammableROM)；8表示片内带第2章FreescaleHC08/S08/RS08MCU概述2EEPROM；9表示片内带闪存FlashEEPROM。③芯片内核。如08表示HC08内核、S08表示HCS08内核、RS08表示RS08内核等。④子系列型号标志。如GP、GB、GZ等。⑤存储器大小。如：2表示2KB、32表示32KB、60表示60KB等。⑥工作温度范围标志。“无”表示商用温度范围0~70℃；C表示-40~85℃；V表示-40~105℃；M表示-40~125℃。⑦封装标志。如：P为双列直插DIP封装。选用某款芯片制作电路板时要特别注意封装形式。关于封装的详细资料，读者可以参见附录E。特别说明：FreescaleHC08芯片以前命名中包含了“68HC”部分，如：MC908GP32芯片以前的名称是MC68HC908GP32，在很多资料中对于HC08芯片都沿用了这种方法。2.1.208系列单片机资源简介Freescale的08系列单片机型号有一百多种。在这些不同型号的单片机中，资源各不相同，即使是同一种型号的单片机，也有多种封装形式，其I/O引脚数目也不相同。如MC68HC908JB8就有20脚的DIP、28脚的SOIC、44脚的QFP和20脚的SOIC四种封装形式。表2-1表现了08系列单片机的资源差异情况。表2-108系列单片机的资源差异情况表产品型号ROM(字节)RAM(字节)EEPROM(字节)Flash(字节)I/O数SerialA/D最大的总线频率(MHZ)MC9S08GB60-4K-60K56I2C2SCISPI8通道10位20.0MC68HC08AZ6060K2K1K-48SCISPICAN15通道10位8.4MC68HC08AB16A16K512512-51SCISPI8通道10位8.0MC68HC908EY16-512-16K24ESCISPI8通道10位8.0MC68HLC908QT2-128-1.5K6-4通道8位8.0MC9RS08KA2-48-2K6--10.0从表2-1可以看出08系列单片机内置资源差异很大，内存容量(RAM)最大的达到4K字节，而最少的只有48个字节；最多的I/O引脚数有56个，最少的只有6个；闪第2章FreescaleHC08/S08/RS08MCU概述3存(Flash)最大的达到了60K字节，而最少的只有1.5K字节。这种差异非常适合于各种不同的应用系统。例如：我们在开发一个消防警报系统时选用资源相对较少的MC68HLC908QT2就满足了系统要求；在开发一个工业以太网系统时就必须选用资源丰富的MC9S08GB60才能满足系统要求。在实际应用开发过程中，选择合适的单片机是非常重要的。HC08/S08/RS08系列MCU有很多类型，各种类型除了拥有08系列的共同特点外，又具有其自身的特点，可以满足特定的实际需求，如表2-2所示。表2-2Freescale08系列MCU的主要类型及特点类型特点代表性型号HC08AB内置了保存数据的EEPROMMC68HC08AB16AMC68HC908AB32HC08AS/AZ集成了J1850/CAN通信协议，可应用于汽车和工业电子产品MC68HC08AS32/32AMC68HC908AS32A/60MC68HC08AZ32A/60AHC08AP包含了通用的10位A/D、I2C，该系列所有型号引脚兼容。MC68HC908AP8/16/32/64HC08EY集成了LIN通信协议，可应用于汽车和工业电子产品MC68HC908EY16HC08G用于包含各种外围设备的工业、消费类电子产品的通用器件MC68HC08GP16A/32AMC68HC908GR4/8/16MC68HC908GR8A/32AMC68HC908GT8/16HC08GZ针对需要简易CAN通信的应用MC68HC908GZ8/16/32/48/60HC08JB/JT/JW针对需要简易的USB的PC外设MC68HC08JB1/8MC68HC908JB8/12/16MC68HC08JT8MC68HC908JW32HC08JK/JL低成本，本系列所有型号引脚兼容MC68HC908JK1E/3EMC68HC08JL3EMC68HC908JL8MC68HC908JK8HC08KX少针脚型接口并内置ICGMC68HC908KX2MC68HC908KX8HC08LD可用于数字监视系统MC68HC908LD60MC68HC908LD64HC08LJ/LK含有简易的LCD接口MC68HC908LJ12/24MC68HC908LK24HC08MR三相电机控制MC68HC908MR8/16/32HC08QL集成了LIN通信协议，可应用于汽车和工业电子产品MC908QL2/4MC908QL3/4HC08QT/QY低成本、封装小MC68HC908QT1/2/4MC68HC908QY1/2/4HC08RF集成了RF模块，可用于远程控制和便携电池的应用中MC68HC908RF2HC08SR可用于智能电池、温度传感等仪器设备，并支持SCI,SPI,I2CMC68HC908SR12S08AW低电压、高精确度的内部晶振MC9S08AW16/32/48/60S08GS08通用系列MC9S08GB32A/60AMC9S08GT32A/60AMC9S08GB32/60MC9S08GT16/32/60S08QGS08低端应用MC9S08QG4/8S08RS08低功耗MC9S08RC8/16/32/60MC9S08RD8/16/32/60MC9S08RE8/16/32/60MC9S08RG32/60RS08KA低成本、封装小MC9RS08KA1/2/4/8第2章FreescaleHC08/S08/RS08MCU概述42.2HC08系列单片机HC08系列单片机的基本结构大致相同，本节以MC908GP32单片机为例介绍其基本结构，其CPU介绍参见第3章HC08CPU部分的内容。通过浏览内部结构简图，可以了解MC908GP32单片机的基本特性，目的是建立对HC08单片机的总体印象。引脚功能按分类进行介绍，通过对引脚功能的学习，加深对MC908GP32单片机功能的理解，为实际应用打下基础。2.2.1MC908GP32单片机的性能概述MC908GP系列单片机是HC08系列单片机大家族中具有通用性的一族，MC908GP32是MC908GP系列中的一个型号，MC908GP32单片机具有三种封装形式，它们分别为40脚、42脚、44脚。MC908GP32单片机的主要特点概述如下：①512B片内RAM；32K片内Flash程序存储器，具有在线编程能力和保密功能。②时钟发生器模块，具有32KHz晶振PLL电路，可产生各种工作频率；8MHz内部总线频率。③增强的HC05CPU结构；16种寻址方式(比HC05多8种)；16位变址寄存器和堆栈指针；存储器至存储器数据传送；快速8×8乘法指令；快速16/8除法指令；扩展的循环控制功能；BCD功能。④33根通用I/O脚，包括26根多功能I/O脚和5或7根专用I/O脚；PTA、PTC和PTD的输入口有可选择的上拉电阻；PTC0—PTC4有15mA吸流和放流能力，其他口有10mA吸流和放流能力(总体驱动电流应小于150mA)；所有口有最高5mA输入电流保护功能。⑤增强型串行通讯口SCI；串行外围接口SPI；两个16位双通道定时器接口模块(TIM1和TIM2)，每个通道可选择为输入捕捉、输出比较和PWM，其时钟可分别选为内部时钟的1、2、4、8、16、32和64的分频值；带时钟预分频的定时基模块有8种周期性实时中断(1、4、16、256、512、1024、2048和4096Hz)，可在STOP方式时使用外部32KHz晶振周期性唤醒CPU；8位键盘唤醒口。⑥系统保护特性：计算机工作正常(COP)复位；低电压检测复位，可选为3V或5V操作；非法指令码检测复位；非法地址检测复位。⑦具有PDIP40、SDIP42和QFP44封装形式。⑧优化用于控制应用；优化支持C语言。第2章FreescaleHC08/S08/RS08MCU概述52.2.2内部结构简图与引脚功能1．内部结构简图MC908GP32单片机(以下简称GP32单片机)的三种封装形式只是引脚数量和形式有所区别，其它方面是一致的。图2-1给出了GP32的内部结构框图，它对于我们理解和应用GP32单片机有重要作用，在学习了基本应用方法后，我们应再反过来熟悉这个内部结构图，以便更好地理解GP32单片机的基本原理。图中I/O口是按44引脚的GP32给出的，对于42引脚的GP32单片机则没有PTC5、PTC6两个引脚，对于40引脚的GP32单片机则没有PTC5、PTC6及PTD6/T2CH0、PTD7/T2CH1四个引脚。从内部结构简图可以看出，GP32内部有以下主要部分：CPU08、存储器、定时器接口模块、定时基模块、看门狗模块、通用I/O接口、串行通信接口SCI、串行外设接口SPI、断点模块、A/D转换模块、键盘中断模块、时钟发生模块及锁相环电路、低电压禁止模块、复位与中断模块、监控模块MON和系统设置模块。图2-1MC908GP32结构框图（缺PTE0~1）↔PTD7/T2CH1↔PTD6/T2CH0↔PTD5/T1CH1↔PTD4/T1CH0↔PTD3/SPSCK↔PTD2/MISO↔PTD1/MOSI↔