S12單片機模塊應用及程序下載調試

本次智能車邀請賽采用的MC9S12DG128(以下簡稱DG128)是Freescale公司推出的S12系列單片機中的一款增強型16位單片機，片內資源豐富，接口模塊包括SPI、SCI、IIC、A/D、PWM等，在汽車電子應用領域具有廣泛的用途。DG128在Flash存儲控制及加密方面也有很強的功能，加解密可配合第三方軟件使用。

　　DG128單片機采用增強型16位HCS12 CPU，片內總線時鐘最高可達25MHz;片內資源包括8K RAM、128K Flash、2K EEPROM; SCI、SPI、PWM串行接口模塊;脈寬調制模塊(PWM)可設置成4路8位或者2路16位，邏輯時鐘選擇頻率寬。它包括兩個8路10位精度A/D轉換器，控制器局域網模塊(CAN)，增強型捕捉定時器并支持背景調試模式。DG128有112-pin和80-pin兩種封裝形式，80-pin封裝的單片機沒有引出用于擴展的端口，只引出了一個8路A/D接口。

　　常用接口模塊及外部應用

　　PWM(Pulse Width Modulate)模塊：PWM脈寬調制波是一種可用程序來控制波形占空比、周期、相位的波形。它在電機驅動、D/A變換等場合有著廣泛的應用。本次大獎賽使用的電機驅動芯片為MC33886，其輸入信號即為一路PWM信號。MC33886根據PWM信號的周期和占空比來控制電機的轉向和速度。大獎賽中使用的舵機也是用PWM來控制的。PWM信號的周期大于某一域值后可驅動舵機工作，保持周期、調節PWM的占空比即可調節舵機的轉動方向。在沒有電機、舵機的具體參數的情況下，可寫一個可調周期、占空比的PWM輸出程序進行測試。

　　A/D(Analog/Digital)模塊：A/D模數轉換模塊內部可分為三個部分：IP總線接口、轉換模式控制/寄存器列表、自定義模擬量。IP總線接口負責該模塊與總線的連接，實現A/D模塊和通用I/O的目的。轉換模式控制寄存器列表中有控制該模塊的所有的寄存器。自定義模擬量負責實現模擬量到數字量的轉換。為了與外部信號同步進行A/D轉換，A/D有一個外部觸發轉換通道，用戶可以選擇觸發方式(沿觸發、電平觸發)。

　　A/D模塊設有時鐘分頻機制。需要用戶注意的是，A/D模塊的最大轉換時鐘為2MHz，最小轉換時鐘為500KHz，用戶需要查看自己芯片的內部總線時鐘，必須使得分頻以后的轉換時鐘處于兩者之間，否則可能得不到正確的轉換結果。用戶可以設定轉換結果為有符號或是無符號數。比如，對于Vrh為5.12v，Vrl為0v時，輸入5.12V，8位有符號的結果是-$7F，無符號的結果是$FF。A/D模塊允許設置順序轉換，最大的順序轉換序列長度是8。

　　大獎賽中車模對跑道的識別有可能會用到A/D模塊，識別電路的前端數據采集系統有很多種實現方案，如紅外發光二極管或是CMOS攝像頭來進行數據采集。

　　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的單片機嵌入式應用開發的軟件包。包括集成開發環境IDE、處理器專家庫、全芯片仿真、可視化參數顯示工具、項目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調試器。在Codewarrior軟件中可以使用匯編語言或C語言，以及兩種語言的混合編程

工程建立以后，需要定義裝載地址。default.prm文件用于定義目標代碼的裝載地址，用戶應當根據使用單片機的內存分配情況修改這個文件。CodeWarrior 自動生成的 .prm 文件默認DG128 的RAM 在：

　　RAM = READ_WRITE 0x0400 TO 0x1FFF;

　　這個默認區間必須修改，因為在這一空間有 1K 的I/O 寄存器空間 和2K EEPROM 空間。使用默認定義會丟失1K RAM 和 2K EEPROM。

　　我們在監控程序中修改RAM空間：

　　RAM = READ_WRITE 0x2000 TO 0x3FFF;

　　當然也可以修改到：

　　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

　　因為STACKSIZE 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的時候，定義修改為：RAM=READ_WRITE 0x2000 TO 0x3EFF。另外還需要對于工程文件中 Start12.c中函數 ：

　　void __interrupt 0 _Startup(void) 中

　　#ifdef _HCS12_SERIALMON

　　.......

　　.......

　　#endif

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

利用監控程序下載用戶程序：

　　監控程序(Monitor)的主要功能是對應用系統硬件及底層軟件進行調試，也稱為Debug程序，是最基本的調試工具。DG128的Flash有128K，RAM有8K，而監控程序源代碼占用不到3K FLASH，占用23字節RAM。這對用戶程序的空間影響并不大。異步串行口是要用來做與PC通訊服務的，監控程序可以用，應用程序當然也可以使用。

　　下載用戶程序至片內資源是監控程序的基本功能。清華大學Freescale MCU & DSP應用研發中心開發的基于DG128的監控程序代碼小于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$EF80處的中斷向量表，此中斷向量表和MC9S12DG128手冊上的中斷向量表順序相同，只是從$FF80移到了$EF80。監控程序起來時，如果串口在4秒內沒有收到數據，就會檢查$EFFE-$EFFF(用戶復位向量表)是否為FFFF。如果不是，說明FLASH中有用戶程序，程序自動調轉到$EFFE-$EFFF所指向的用戶程序。如果程序起來4秒內串口接到數據或者$EFFE-$EFFF為$FFFF，則進入DEBUG監控程序。該監控程序中F命令下載程序到FLASH中，可識別S1或S2格式的S19文件。按“F”鍵后，開發板上的單片機等待接收來自串行口的數據文件。然后選擇“發送” -→“發送文本文件”，找到要下載的*.S19文件，按“打開(O)”，這樣，就把文件下載到FLASH中去了。注意，文件類型應選“所有文件”。待再次出現提示符說明程序已下載完成。

　　從PC寄存器的地址處，開始運行程序。可以用Ctrl+P 命令修改PC指針到擬運行程序的起始地址。如果是匯編的代碼從下載地址開始執行即可;但如果是C語言編譯生成的代碼，需要加29后的地址再執行。這是因為工程是從START12.C開始執行，然后再執行用戶的main.c。這是codewarrior內部規定的。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。這時便可以執行用戶程序了。如果用戶程序中無法從主循環中跳出，需要停止用戶程序的時候按一下復位鍵即可。