本書以飛思卡爾全國大學生智能汽車競賽組委會推薦芯片MC9S12XS128為藍本，深入講解CPU及片內外設工作原理，介紹單片機嵌入式應用的開發(fā)方法。本書首先簡要介紹了單片機的基本概念，從門電路到單片機的硬件演進過程；然后按CPU、存儲器、I/O口、時鐘和復位的順序，講述MCU內部結構和工作原理，對中斷系統(tǒng)、串行口、定時計數模塊和A/D轉換模塊進行了詳細分析，介紹了單片機嵌入式應用的開發(fā)方法，并給出相應的范例。
本書系統(tǒng)介紹了Freescale （飛思卡爾） 公司的S12XS 微控制器（ MCU） 的硬件結構和工作原理。 以MC9S12XS128 為例詳細分析了各個片內外設功能模塊的硬件結構、工作原理和使用方法。 同時介紹了MCU 最小系統(tǒng)。 程序設計、下載和動態(tài)調試方法。 單片機嵌入式應用系統(tǒng)的設計方法。單片機的學習不僅要學習硬件。 還要學習軟件。 根據我們多年的教學實踐。 學生在學習單片機時。 由于前期電類基礎不盡相同。 如何能夠深入理解單片機的工作原理。 并盡快上手操作。 實現針對硬件編程、調試。 一直是單片機教學和學習過程中的難點。 為此。 本書在章節(jié)的編排和內容的選取上。 盡量做到零基礎起步。 采用從原理到實踐。 最后到系統(tǒng)設計的方法。 使得電類基礎薄弱的讀者也能盡快掌握單片機的工作原理。
本書在硬件上講述單片機內部結構和工作原理時。 采用CPU、存儲器、I/ O 口、時鐘和復位的順序。 讀者在了解單片機內部結構之后。 馬上就能夠組成單片機最小系統(tǒng)。 并上手操作。只要有一點計算機基礎的讀者。 就能夠通過范例操作。 看到I/ O 控制發(fā)光二極管的亮滅。激發(fā)讀者的學習興趣。 達到快速入門的目的。本書是在第1 版的基礎上。 根據讀者和任課教師的反饋意見進行了章節(jié)調整和部分內容的修改。 具體如下： 由于目前使用C 語言編程比匯編語言編程更加簡單易學。 而且原書中給出的范例也是C 語言編程。 所以將第4 章指令系統(tǒng)刪掉。 考慮到篇幅所限。 刪掉了第11 章飛思卡爾智能車設計范例。 這部分內容在相關網站上有許多高手的經驗介紹和交流文章。 各章都增加了思考題與習題。 便于讀者對所學章節(jié)的內容進行復習和總結。第1 章簡要講述單片機的概念。 單片機的廣泛應用。 單片機的發(fā)展歷程。 從門電路到單片機的硬件演進過程。 并對常用的數制轉換進行了介紹。 對飛思卡爾16 位單片機的特點及命名規(guī)則也進行了介紹。第2 章主要介紹S12XS 單片機的內部模塊及引腳功能。 以MC9S12XS128 為例。 從硬件上詳細分析CPU 取指、譯碼、操作以及標志設定和堆棧使用過程。 存儲器結構及地址映射管理過程的地址管理、I/ O 口管理方法。 通過內部鎖相環(huán)獲得內部總線時鐘的相關寄存器設置方法。 介紹了復位的工作原理。第3 章講述如何用最簡單的硬件和軟件使單片機運行起來。 通過實例告訴你。 其實單片機入門并不難。第4 章講述中斷的概念、MC9S12XS128 中斷源、中斷響應和執(zhí)行過程、中斷優(yōu)先級和中斷嵌套。 通過外部中斷范例。 理解中斷響應是如何實現的。第5 章從總體上介紹串行通信的基本知識。 包括并行通信與串行通信。 同步串行通信和異步串行通信及數據格式。 常用異步串行通信標準。 介紹S12XS 同步串行模塊SPI 和異步串行模塊SCI 的工作原理及相關寄存器的功能和設置方法。第6 章講述定時中斷PIT、定時器TIM 和PWM 等內容。 每部分內容都有相應的范例。第7 章介紹A￣D 轉換模塊中包含的逐次比較式A￣D 轉換器的工作原理。 MC9S12XS128的A￣D 轉換模塊結構和工作原理。 按功能分類介紹了相關寄存器的設置方法。 通過范例 MC9S12 單片機原理及嵌入式應用開發(fā)技術（第2 版）Ⅳ 理解相關寄存器的設置和使用方法。第8 章講述了MC9S12XS128 單片機嵌入式應用的開發(fā)方法。 介紹μC/ OSⅡ的概念及其移植和任務編寫方法。 通過范例介紹單片機嵌入式應用系統(tǒng)的開發(fā)流程。第9 章介紹了單片機測控系統(tǒng)的設計原則。 闡述了鍵盤、顯示接口擴展方法。本書原理的講述力求簡潔透徹。 范例的選擇具有工程背景。 便于讀者移植使用。 本書對寄存器是按功能分類介紹的。
本書由陳萬忠擔任主編。 李洪霞、趙靜榮擔任副主編。 參加編寫的人員還有： 顧海軍、馬海濤、洪偉、劉聰、康冰、逄鵬、封淑玲。 感謝研究生李勇強、姜瑞、孫保峰、高韌杰、崔冰一、雷俊、張勇和范越宇在調試程序和繪制插圖方面的貢獻。 本書編寫過程中參考了許多單片機專家的著作。 謹向作者致以崇高的敬意。感謝清華大學飛思卡爾中心的支持和幫助。本書為讀者提供了一個單片機學習的快速入門方法。 作者深感自己知識的局限。 深入的內容未作討論。 書中難免會有疏漏和不妥之處。 誠請讀者指正。
作 者
前 言
第1 章 單片機概述 1
1 1 單片機簡介 1
1. 2 單片機的廣泛應用 1
1. 3 單片機的發(fā)展歷史 3
1. 4 從門電路到單片機 4
1. 4. 1 半導體晶體管的開關特性 4
1. 4. 2 組合邏輯電路 4
1. 4. 3 時序邏輯電路 9
1. 4. 4 單片機的硬件構成 10
1. 5 數制轉換 11
1. 6 飛思卡爾16 位單片機 13
1. 6. 1 Freescale 16 位單片機命名參考
規(guī)則 13
1. 6. 2 MC9S12X 系列單片機 14
思考題與習題 15
第2 章 S12XS 單片機的內部結構
分析 16
2. 1 MC9S12XS 單片機的性能 16
2. 1. 1 MC9S12XS 內部模塊 16
2. 1. 2 MC9S12XS 單片機的引腳及
功能 18
2. 2 CPU 的構成 21
2. 2. 1 算術邏輯單元(ALU) 21
2. 2. 2 控制單元 21
2. 2. 3 核心寄存器組 22
2. 3 存儲器 24
2. 3. 1 基本存儲空間 24
2. 3. 2 擴展地址空間 24
2. 3. 3 全局存儲器映射 25
2. 3. 4 MC9S12XS128 全局存儲器
映射 27
2. 4 并行I/ O 口 29
2. 4. 1 A、B、E 和K 口 29
2. 4. 2 T、S、M、P、H 和J 口 30
2. 4. 3 AD 口 32
2. 5 時鐘與復位模塊 32
2. 5. 1 時鐘模塊 32
2. 5. 2 鎖相環(huán)應用范例 36
2. 5. 3 復位 38
思考題與習題 39
第3 章 單片機最小系統(tǒng)與軟件運行
環(huán)境 40
3. 1 硬件電路設計 40
3. 1. 1 單片機電源電路設計 40
3. 1. 2 S12 單片機時鐘電路設計 41
3. 1. 3 復位電路設計 42
3. 1. 4 BDM 接口電路設計 42
3. 2 Code Warrior V5. 1 軟件使用指南 43
3. 2. 1 軟件安裝 43
3. 2. 2 關于BDM 驅動 44
3. 2. 3 創(chuàng)建一個新的工程 45
3. 2. 4 編譯與調試 48
3. 3 并口輸出范例 50
3. 3. 1 編寫簡單的應用程序 51
3. 3. 2 LED 閃動程序 52
3. 3. 3 復位自檢程序 52
3. 3. 4 流水燈程序 54
思考題與習題 55
第4 章 中斷系統(tǒng) 56
4. 1 中斷的概念 56
4. 2 中斷源 56
4. 3 S12XS 單片機的中斷響應和中斷
返回 59
4. 4 優(yōu)先權排隊 60
4. 5 中斷嵌套 60
4. 6 中斷服務子程序設計 61
4. 6. 1 IRQ 使用范例 62
4. 6. 2 XIRQ 使用范例 64
思考題與習題 66
第5 章 串行口 67
5. 1 串行通信概述 67
5. 1. 1 串行通信的兩種基本方式 67
5. 1. 2 發(fā)送時鐘和接收時鐘 68
5. 1. 3 串行通信標準 69
MC9S12 單片機原理及嵌入式應用開發(fā)技術(第2 版)
Ⅵ
5. 2 同步外設接口SPI 模塊 71
5. 2. 1 SPI 模塊概述 71
5. 2. 2 SPI 寄存器 72
5. 2. 3 SPI 應用范例 76
5. 3 SCI 模塊 79
5. 3. 1 SCI 模塊的結構及功能 79
5. 3. 2 SCI 模塊寄存器 80
5. 3. 3 SCI 應用范例 84
思考題與習題 97
第6 章 定時器相關模塊 98
6. 1 定時器/計數器概述 98
6. 2 TIM 模塊 98
6. 2. 1 TIM 模塊的結構及功能 99
6. 2. 2 TIM 模塊寄存器 100
6. 2. 3 TIM 模塊應用范例 106
6. 3 PIT 模塊 112
6. 3. 1 PIT 模塊的結構及功能 113
6. 3. 2 PIT 模塊寄存器 114
6. 3. 3 PIT 模塊應用范例 117
6. 4 PWM 模塊 122
6. 4. 1 PWM 功能 123
6. 4. 2 PWM 模塊寄存器 123
6. 4. 3 PWM 模塊應用范例 127
思考題與習題 132
第7 章 A￣D 轉換模塊 133
7. 1 A￣D 轉換模塊概述 133
7. 1. 1 A￣D 轉換原理 133
7. 1. 2 S12XS 系列MCU 內置A￣D 轉換
模塊 134
7. 2 A￣D 轉換寄存器 135
7. 2. 1 A￣D 輸入使能寄存器 135
7. 2. 2 A￣D 控制寄存器 135
7. 2. 3 A￣D 比較寄存器 139
7. 2. 4 A￣D 轉換狀態(tài)寄存器 140
7. 2. 5 A￣D 結果寄存器 140
7. 3 A￣D 轉換應用范例 141
7. 3. 1 應用注意事項 141
7. 3. 2 應用范例 142
思考題與習題 143
第8 章 嵌入式實時操作系統(tǒng)使用
范例 144
8. 1 嵌入式實時操作系統(tǒng) 144
8. 1. 1 嵌入式實時操作系統(tǒng)簡介 144
8. 1. 2 嵌入式實時操作系統(tǒng)
μC/ OS￣II 144
8. 2 移植μC/ OS￣II 146
8. 2. 1 重新定義內核的大小和功能 147
8. 2. 2 OS—CPU. H 150
8. 2. 3 編寫與硬件相關的代碼 152
8. 2. 4 中斷服務子程序OSTickISR() 152
8. 2. 5 任務堆棧初始化函數
OSTaskStkInit() 154
8. 2. 6 讓優(yōu)先級最高的就緒態(tài)任務開始
運行函數OSStartHighRdy() 155
8. 2. 7 任務級任務切換函數
OSCtxSw() 156
8. 2. 8 中斷級任務切換函數
OSIntCtxSw() 157
8. 2. 9 相關接口函數 159
8. 3 應用范例 159
8. 3. 1 相關聲明 160
8. 3. 2 主函數main() 161
8. 3. 3 系統(tǒng)任務函數AppStartTask() 162
8. 3. 4 用戶任務1 AppTask1() 164
8. 3. 5 用戶任務2 AppTask2() 165
8. 3. 6 用戶任務3 AppTask3() 166
8. 3. 7 鏈接與程序定位 168
第9 章 單片機測控系統(tǒng)設計 169
9. 1 微機測控系統(tǒng)的組成 169
9. 1. 1 微機測控系統(tǒng)硬件 169
9. 1. 2 微機測控系統(tǒng)軟件 170
9. 2 微機測控系統(tǒng)的常用器件 171
9. 2. 1 集成運算放大器及其應用 171
9. 2. 2 電壓比較器 174
9. 2. 3 隔離放大器 175
9. 2. 4 光耦合器 177
9. 2. 5 固態(tài)繼電器 179
9. 3 鍵盤、顯示接口 181
9. 3. 1 鍵盤 181
9. 3. 2 7 段LED 顯示 182
9. 3. 3 鍵盤顯示接口范例 183
思考題與習題 186
參考文獻 187
書單推薦
