单片机课程设计报告mc9s12xs128

单片机课程设计报告题目：对可调光LED灯发光强度进行控制学院：机电工程学院班级：自09A-1姓名：学号：0910101011指导教师：一、设计任务：1、单片机可选用飞思卡尔型。2、按键及显示方案可采用CH451芯片或其他方案。3、设计并制作可调光LED灯，并对发光强度进行控制。二、设计方案：硬件选择：飞思卡尔MC9S12S128系类单片机，驱动模块，LED模块，CH4541模块；工作原理：通过调节PWM为1KHz至10KHzTTL方波，调节其占空比，从而调节电压，决定了发光强度。MC9S12S128部分管脚图：MC9S12S128主要系统参数：S12XCPU，最高总线速度40MHz64KB、128KB和256KB闪存选项，均带有错误校正功能（ECC）带有ECC的、4KB至8KBDataFlash，用于实现数据或程序存储配置8、10或12位模数转换器（ADC），转换时间3μs支持控制区域网（CAN）、本地互联网（LIN）和串行外设接口（SPI）协议模块带有16-位计数器的、8-通道定时器出色的EMC，及运行和停止省电模式1、由于MC9S12S128自带有AD以及PWM功能，所以对软件的要求交简单。2、键盘输入采用CH451整体模块3、通信端口为PA口，与中断端口三、硬件结构：CH451硬件电路结构驱动模块设计四、软件设计4.1HCS12控制软件主要理论智能车开发环境采用了飞思卡尔HCS12系列单片机开发软件CodeWarrior。该软件具有支持多种语言、开发环境界面统一、交叉平台开发以及支持插件工具等特点。在CodeWarrior界面完成编译后，通过BDMFORS12工具，在CodeWarrior环境下向MC9S12模块下载程序。BDMFORS12工具使用简单，十分方便。在整个系统设计中，用到了4个单片机基本功能模块：时钟模块、PWM输出模块、AD转换模块、。通过编写程序先对所用到的模块进行初始化，并通过对相应数据寄存器或状态寄存器的读写，实现期望的功能。为实现所期望的功能所需芯片资源如表4.1所示。表4.1系统所用到的芯片资源AD模块PAD电阻调值PWM模块PWM01PWMIO端口模块PA0CH451系统通过在主函数中循环调用CH451读写函数、计算、、控制PWM等功能子模块，对LED进行控制；程序执行前先对各个模块初始化，然后执行主函数的功能；初始化流程图如图10所示：图10程序初始化流程图4.2各模块设计时钟初始化PWM初始化PWM的主要特点有：1、它有8个独立的输出通道，并且通过编程可控制其输出波形的周期。2、每一个输出通道都有一个精确的计数器。3、每一个通道的PWM输出使能都可以由编程来控制。4、PWM输出波形的翻转控制可以通过编程来实现。5、周期和脉宽可以被双缓冲。当通道关闭或PWM计数器为0时，改变周期和脉宽才起作用。6、8字节或16字节的通道协议。7、有4个时钟源可供选择（A、SA、B、SB），他们提供了一个宽范围的时钟频率。8、通过编程可以实现希望的时钟周期。9、具有遇到紧急情况关闭程序的功能。10、每一个通道都可以通过编程实现左对齐输出还是居中对齐输出。4.3.1设定单片机总线频率时钟基本脉冲是CPU工作的基础。MC9S12XS128微控制器的系统时钟信号，由时钟振荡电路或专用时序脉冲信号提供。MCU内部的所有时钟信号都来源于EXTAL引脚，也为MUC与其他外接芯片之间的通信提供了可靠的同步时钟信号。对于S12，可以利用寄存器SYNR、REFDV来改变晶振频率，从而产生由锁相环倍频后的时钟频率fPLLCLK，可以选用8MHz或16MHz外部晶体振荡器作外时钟。在本车的设计中，外部晶体振荡器为16MHz，即fOSCCLK=16MHz。而锁相环产生的时钟频率fPLLCLK=2*fOSCCLK*(SYNR+1)/(REFDV+1)，设计中我们将SYNR设为4，REFDV设为1，故fPLLCLK=80MHz。S12的总线时钟是整个MCU系统的定时基准和工作同步脉冲，其频率固定为晶体频率fPLLCLK的1/2。故可以得到fPLLCLK/2=40MHz的总线频率，接近MC9S12XS128单片机的上限内部总线频率45MHz。以下是总线频率子程序：//-----------------------设置总线频率------------------------------voidSET_PLL(){CLKSEL=0X00;SYNR=4;REFDV=1;PLLCTL=0x60;while((CRGFLG&0x08)==0);//时钟校正同步CLKSEL=0x80;//使用PLLCLK执行后busclock=pllclk/2}4.3.2PWM输出模块MC9S12XS128集成了8路8位独立PWM通道，通过相应设置可变成4个16位PWM通道，每个通道都有专用的计数器，PWM输出极性和对齐方式可选择，8个通道分成两组，共有4个时钟源控制。PWM0、PWM1、PWM4、PWM5为一组，使用时钟源ClockA和ClockSA；PWM2、PWM3、PWM6、PWM7构成另一组，使用时钟源ClockB和ClockSB。ClockA和ClockB均是由总线时钟经过分频后得到，分频范围1~128，通过寄存器PWMPRCLK来设置，ClockSA和ClockSB是分别通过ClockA和ClockB进一步分频后得到的，分频范围为1~512，分别通过寄存器PWMSCLA和PWMSCLB来设置，计算公式为：ClockSA=ClockA/（2*PWMSCLA）ClockSB=ClockB/（2*PWMSCLB）通过寄存器PWME来控制PWM0~PWM7的启动或关闭。为了提高精度，我们将PWM0和PWM1，PWM2和PWM3，PWM4和PWM5级联，构成16位的PWM通道，级联时，2个通道的常数寄存器和计数器均连接成16位的寄存器，3个16位通道的输出分别使用通道1、3、5的输出引脚，时钟源分别由通道1、3、5的时钟选择控制位决定。级联时，通道1、3、5的引脚变成PWM输出引脚，通道0、2、4的时钟选择没有意义。通过寄存器PWMPRCLK、PWMSCLA、PWMSCLB、PWMCLK对各通道的时钟源进行设置。PWM模块初始化过程如下：************************************************/voidpwm_init(void){PWMPOL=0xff;//对应通道的极性，及联通到首先输出高电平PWMCLK=0xff;//clocksa做时钟源PWMPRCLK=0x00;//令时钟A为总线频PWMCAE=0x00;//左对齐输出模式PWMCTL=0xF0;//01,23,45,67级联PWMSCLA=0x01;//clockSA=ClockA/(2*PWMSCLA)=20MhzPWMSCLB=0x01;//clockSB=ClockB/(2*PWMSCLB)=20MhPWMPER01=0xc8;//设定周期,周期是：时钟源周期*（PWMPER)10khzPWMDTY01=0x64;PWME=0xFF;}注：开关PWM操作通过写PWME寄存器完成，如图11所示，开相应通道则相应Bit置1，关相应通道则相应Bit置0，那么开1，3，5通道，则PWME=0x2a。4.3.4AD转换模块AD转换模块由模拟量前端的8选1多路转换开关，采样缓冲器及放大器，逐次逼近式模拟量转换、控制部分及转换结果存储部分等组成。AD转换所需要的时间周期是固定不变的，但采样时间和时钟频率可以通过寄存器ATDxCTL4（x为0或1）在一定范围内选择，其公式为：ATDClock=BusClock*0.5/(PRS+1)AD转换模块的初始化程序如下所示：//---------------------AD初始化-------------------------------voidAD_Init(){ATD0CTL1=0x00;//7:1-外部触发,65:00-8位精度,4:放电,3210:chATD0CTL2=0x40;//AFFC=1,对结果寄存器的访问将自动清除转换完成标志位ATD0CTL3=0x80;//右对齐无符号,4个ad通道采样,NoFIFO,Freeze模式下继续转ATD0CTL4=0x01;//765:采样时间为4个AD时钟周期,ATDClock=[BusClock*0.5]/[PRS+1]ATD0CTL5=0x30;//6:0特殊通道禁止,5:1连续转换,4:1多通道轮流采样ATD0DIEN=0x00;//禁止数字输入}AD转换结果存放在寄存器ATD0DRxL，通过这些寄存器将结果传送到数组CAIJItable[]，用来检测道路信息。CH451：算法/functhion:CH451INIT************************************************/voidch451_init(void){DDRJ_DDRJ6=0;DDRA=0x0f;//循环计数位wr_ch451(0x0201);//ch451内部复位wr_ch451(0x0402);//ch451键盘开启，显示关闭wr_ch451(0x0507);//ch451工作在mode1，扫描极限为8，亮度占空比为7}4.4程序调试S12系列微控制器具有一个由片内仿真、触发和跟踪硬件构成的单线背景调试模式(BDM)，因此它可以通过使用两种开发工具：简单串行电缆或低成本的BDM，来完成调试功能。在本次比赛中，我们所采用的赛车软件开发工具为清华大学开发的专门面向于MotorolaS12系列微控制器的BDM调试工具以及由Metrowerk公司开发的CodeWarrior编译器。CodeWarrior是面向以HC12和S12为CPU的单片机嵌入式应用开发的软件包，包括集成开发环境IDE、处理器专家库、全芯片仿真、可视化参数显示工具、项目工程管理器、C交叉编译器、汇编器、链接器以及调试器等。在CodeWarrior软件中可以使用汇编语言或C语言，以及两种语言的混合编程。用户可在新建工程时将芯片的类库添加到集成环境开发环境中，工程文件一旦生成就是一个最小系统，用户无需再进行繁琐的初始化操作，就能直接在工程中添加所需的程序代码。如图13所示，利用BDM和CodeWarrior自带的hiwave.exe用户可以进行一系列的调试工作，如监视寄存器状态、修改PC指针、设置断点等，这样能快速的找到软件问题图13Hiwave程序调试环境4.4.2软件调试在软件设计中，要用到ATD模块、PWM模块、电源模块等。在编写主程序前，要先对各个模块分别进行调试，并编写各部分的子程序。根据系统电路板的资源，本设计方案中，使用PAD00对电阻值进行AD转化，PWM0和PWM1口级联后控制PWM输出调试ATD模块时，先使用BDM模块将子程序下载到芯片内，然后分别在ATD的输入端利用稳压源产生0-+5V的电压，观察CodeWarrior的Memory窗口中各个输入的电压值在误差允许范围内相等，说明该子程序正确。为检验PWM模块子程序，可以编写输出一定占空比的PWM波形子程序，从PWM端口接入示波器，通过示波器观察输出波形是否与设定值相同，若相同则程序正确。在每一部分子程序调试通过后，结合外围电路对所有子程序进行整合，根据LED工作原理，编写出完整的主程序。在CodeWarrior界面完成程序编译后，通过BDM工具，将程序下载到MC9S12XS128微处理器中，然后进行PWM的调试。五、设计收获与结果通过多天的艰苦努力，实现所预想功能。虽然说没有做到最好，但是通过大家的合作与努力，我们会做到更好。比赛结果可能不能如愿以偿，但是我们在这几天中收获的是知识与经验。程序代码：#includehidef.h/*commondefinesandmacros*/#includederivative.h/*derivative-specificdefinitions*/#includeled.h/