第九章 MC9S08GT16实验系统.docx

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第九章MC9S08GT16实验系统

第九章MC9S08GT16实验系统

9.1概述

天津工业大学FreescaleMCU/DSP研发中心开发的MC9S08GT16实验系统实现了实验板与CodeWarrior的完美结合，它提供了一个良好的学习环境，从而能够实现快速入门和提高。

Freescale于2004年推出了08系列单片机的增强系列——MCS08系列。

MCS08系列单片机的内核使用HCS08CPU。

与HC08CPU相比，HCS08CPU速度更快，内部总线频率由最高8MHz提高到20MHz，即执行一条基本指令的时间是50ns。

该板融合了PE公司的ICS功能，通过两次按键，可以实现上位机和目标板的连接。

GT16本身是44脚的芯片，16KBflash,1KB字节RAM，具有定时器通道、键盘中断、AD通道等接口，该系统板扩展了3个LED发光二极管和2个按键等，功能完善，我们开发的电路板在调试状态31个端口留给用户使用（PTE0、PTE1被占用），运行状态33个端口均可以给用户使用，另外各端口处与其复用的功能也都分别留出相应端口，以方便用户的使用。

MC9S08GT16系统可以直接和Codewarrior相连，下载程序，在线单步运行、断点调试、连续运行、修改寄存器（包括PC）和存储单元等特点，可以很方便地进行教学，适于大学本科及大专、高职的学生作为入门教学系统。

随着MCS08系列不断向市场推进，其性价比在8位单片机当中相当可观，，同时该系列产品中还集成了片上调试器（BDM），实现了片上仿真、模拟等功能，极大地减少了开发工具的成本。

因此，可将该系列的单片机作为研究教学，也可以作为大学生电子实践制作的首选。

实验板硬件部分主要由MC9S08GT16芯片及外围电路、LED发光二极管显示、按键等部分组成，通过CodeWarrior完成芯片程序的写入、运行、断点调试、脱机仿真等功能。

本实验板的突出优点是可以根据需要进行模式选择，即用户模式或用户监控模式，并可以利用CodeWarrior来实现程序的单步运行、断点调试、脱机仿真等功能。

9.2MC9S08GT16MCU的性能概述

MC9S08GT16是HCS08微控制器系列中的产品，作为Freescale半导体公司最新的8位MCU，HCS08系列MCU是高性能与低功耗的完美结合，其性能可与许多16位MCU相当，该系列更适合低功耗、高性能的应用，如便携式电子式产品。

HCS08不是用来替代HC08系列，而是HC08系列的一个有益补充。

●采用高性能40MHz的MC9S08中央处理器，

●与M68HC05和M68HC08指令代码完全向上兼容，比HC08系列的MCU增加了1条基本指令（即BGND这一条）

●工作电压范围是1.8V~3.6V，低于2.08V运行时，最大总线速度应降至8MHz或更低，高于2.08V运行时，最大总线速度可达20MHz

●8位字节可调整的内置振荡器，可使用低频（32KHz~100KHz）或高频（1MHz~16MHZ）的晶振或谐振器。

可产生3MHz~20MHz的总线频率

●有三种完整的停止模式，以及WAIT，均是低功耗模式

●通过SRS、SBDFR、SOPT、SDIDx、SRTISC、SPMSCx寄存器可以对MCU进行配置，包括系统状态设置、后台调试设置、系统电源管理等设置

●具有片内FLASH，具有FLASH存储器在线编程功能和保密功能

（FLASH编程/擦除的电压由芯片内部电荷泵产生），同时该系列的MCU采用第三代0.25um的FLASH存储器技术，其擦写速度更快，性能更稳定

—MC9S08GT16的FLASH的存储器大小为16KB

●1KB的片内RAM

●双通道16位定时器模块（TIM）

●MC9S08GT16具有8路10位模数转换器（ADC）

●36个双向I/O端口

—所有I/O口都具有很强的吸电流和放电流能力

—所有I/O口内部上拉电阻

●2位键盘中断，用于进入程序下载调试状态与用户运行状态

●低电压禁止模块（LVI）具有软件可选的特点，由SRS、SPMSCx寄存器进行设置

系统保护特性：

—系统工作正常操作监视模块（COP）复位

—低电压检测复位

—非法指令码检测复位

—非法地址检测复位

带有内部上拉的外部异步中断引脚

（

），此引脚与通用输入引脚复用

复位引脚（

），与通用I/O复用

上电复位

和

引脚的内部上拉可以降低外围路的复杂性

存储器映射I/O寄存器

MC9S08GT16具有以下封装：

48引脚QFN、44引脚QFP（该开发板采用）、42引脚SDIP

9.3内部结构简图

MC9S08GT16系列结构框图如图9-2-1所示。

图9-2-1MC9S08GT16系列结构框图

引脚功能图

图9-2-2MC9S08GT16引脚分配图

引脚功能表述如表9-2-1中所示。

表9-2-1引脚功能描述表

引脚名称

功能描述

数据方向

VDD、VSS

电源供给端

I

VREFH、VREFL

内部A/D转换模块的电源供给参考电压输入端

I

VDDAD、VSSAD

时钟发生器模块的电源供给端

I

外部地有效抚慰输入或输出引脚

I/O

IRQ

外部中断输入引脚

I

PTA0/KBIP0

~PTA7/KBIP7

PTA0~7—8

I/O

KBI0~7—键盘中断输入通道

I

PTB0/AD1P0~

PTB7/AD1P7

PTB0~7—8位通用双向I/O接口

I/O

AD1P0~7—模数转换输入通道

I

PTC0/TxD2~

PTC1/RxD2

PTC0~1—2位通用双向I/O接口

I/O

TxD2、RxD2串行通信接口

I/O

PTC2/SDA~

PTC3/SCL~

PTC5~6

PTC0~1、PTC5~6—5位通用双向I/O接口

I/O

SDA、SCL—IIC模块的串行数据线和时钟线

I/O

PTD0~1/TPM1CH0~1

PTD3~4/TPM2CH0~1

PTD0~1、PTD3~4—4位通用双向I/O接口

I/O

TPM1CH0~1、TPM2CH0~1定时器模块通道

I/O

PTE0~5、TxD1/RxD1、MISO1/MOSI1、SPSCK1、

PTE0~5—6位通用双向I/O接口

I/O

串行通讯接口，用于串行外围接口的特殊功能引脚，分别是主入从出、主出从入、时钟线（I）、从机片选端（I）

I/O

PTG0~2、EXTAL/XTAL、BKGD/MS

PTG0~2—3位通用双向I/O接口

I/O

分别用于时钟发生器模块、后台调试线或模式选择，其中XTAL（O）

I

2.4存储空间分配

MC9S08GT16系列MCU中央处理器8能够寻址64KB的存储空间，存储空间分配如图9-2-3所示，这都包括：

●16KBFLASH，地址范围为$C000—$FFFF

●$1821—FOPT，FLASH选择寄存器

●$1822—保留

●$1823—FCNFG，FLASH配置寄存器

●$1824—FPROT，FLASH保护寄存器

●$1825—FSTAT，FLASH状态寄存器

●$1825—FCMD，FLASH命令寄存器

●$1827~$182B—保留

●$FFB0~$FFB7—NVBACKKEY，非易失FLASH8字节后门钥匙寄存器

●$FFB8~$FFBC—保留

●$FFBD—NVPROT，非易失FLASH保护寄存器

●$FFBE—保留

●$FFBF—NVOPT，非易失FLASH选择寄存器

图9-2-3存储空间分配图

2.5中断向量表

表9-2-2是对中断源的一个总结，中断优先级顺序是从表底部向表顶部排列，中断服务程序的高字节在第一个地址内，低字节在第二个地址内。

当产生一个中断时，相应的中断标志位置1，如果该中断允许，就向CPU发一个中断请求，如果CPU中断允许，在CPU执行完当前指令，并将相应的值入栈保护，然后根据中断向量取优先级高的中断向量，转去处理该中断服务子程序。

中断向量表如表2-2所示。

表9-2-2中断向量表

硬件电路原理

3.1显示部分

显示部分采用PTC4～PTC6来传输数据。

原理图如图9-3-1所示。

图9-3-1LED发光二极管显示电路

3.2键盘输入部分

键盘输入部分使用PTA0、PTA1做为输入，原理图如图9-3-2所示。

图9-3-2键盘输入电路

3.3模式选择

实验板通过一个接插件直接实现后台调试模式的选择，当实验板跟上位机通讯的时候，用户如果按下S3和复位键，就可以进入监控调试方式，用户可以和软件相连在线下载和调试程序，，否则可以直接看到已经写入MCU的程序运行结果。

另外，系统通电将会使MCU复位进入监控调试模式，另外用户在用软件对实验板复位时，如果复位不成功，需要通过按键使其复位，以进入监控模式。

原理图如图9-3-3所示：

图9-3-3BDM模式选择电路

3.4JP11和JP12管脚定义

为了满足用户不同的需求，MC9S08GT16所有的引脚都引出来，可以进行其他功能的扩展。

原理图如图9-3-4和9-3-5所示：

图9-3-4JP11管脚定义

图9-3-5JP12管脚定义

4.2CodeWarrior安装说明

✓操作系统：

win98/winME/win2000/winXP

✓安装软件：

CodeWarriorfor68HC08V3.1

✓硬件系统：

PC机带有串行通信接口

MC9S08GT16教学实验板、USB线缆一根、串口通信线一根。

4.2.1安装CodeWarriorforHC08V3.1

运行CW08_V3_1目录下可执行文件CW08_V3_1，按照安装向导运行安装软件。

默认安装C:

\programfiles\metrowerks\CW08V3.1（C盘为系统盘），可自己修改安装目录。

4.2.2修改License文件

比如默认安装在C:

\programfiles\metrowerks\CW08V3.1，在该目录下有一个license.dat文件，把CW08_V3_1目录下license.dat文件拷贝到安装目录下，覆盖原来的license.dat文件即可。

此时，所有软件安装工作完成。

4.3打开工程

在主菜单下选择File/Open。

如图9-4-1

图9-4-1打开工程菜单

弹出对话框图9-4-2，在“对象类型”中选择“ProjectFiles（*.mcp）”。

图9-4-2工程对象类型

出现图9-4-3，选择要打开的工程，然后点击“打开”，就可以打开一个工程。

图9-4-3工程对象名称

如果想要修改程序，在图9-4-4界面可以完成。

图9-4-4用户工程文件窗口

此时，如果想要编译连接和在线调试程序，参考4.5和4.6。

4.4创建项目

从主菜单栏选择File\New。

出现一个新的窗口如图9-4-5所示。

注意:

新窗口可能和你的屏幕不相同，取决于你的安装对象。

图9-4-5新建工程

单击Project标签显示项目面板。

选择HC（S）08NewProjectWizard。

在Projectname输入框，输入新项目的名称。

在Location输入框，确定你想保存的文件的路径。

注意：

当IDE创建一个项目时，会自动在项目文件中添加扩展名为.MCP的工程文件。

点击确定，出现新项目对话框如图9-4-6所示。

在Page1中，选择你所使用的芯片的类型。

图9-4-6选择芯片类型

在Page2中，选择使用语言的种类，如图9-4-7所示

图9-4-7选择编程语言

在Page3种选择是否使用专家系统，如图9-4-8所示。

图9-4-8选择系统方式

在Page4中选择是否安装PC-lint软件，如图9-4-9所示。

图9-4-9选择是否安装PC-lint软件模式

在Page5中选择启动代码方式，如图9-4-10所示。

图9-4-10选择启动代码方式

在Page6中是否选择浮点类型的数字格式，如图9-4-11所示

图9-4-11是否选择浮点数字格式

在Page7中选择内存类型，如图9-4-12所示

图9-4-12选择内存类型

在Page8中选择调试方式，如图9-4-13所示

图9-4-13调试方式选择

P&EFullChipSimulation方式允许芯片及其外围设备进行在线调试，或者是利用软件进行模拟时采用这种方式。

P&EHardwareDebugging方式是当HCS08与外围设备硬件接口是通过P&E提供的时候，就得采用这种方式。

MotoralaSerialMonitor方式是指目标板接口通过HCS08的片上串行监控连接，对用户程序下载调试。

上述三种是比较常用的几种的方式，如果不确定的时候，可以把三种方式都选上，这样会把连接变得更简单。

点击完成，项目创建完成，如图9-4-14所示。

图9-4-14工程建立完成界面

在工程窗口打开Sources\main.c（选择编程语言类型不同，文件后缀不同，如果是汇编，那么就是main.asm），在该文件中编写用户程序。

4.5编译连接

编好程序之后，点击图9-4-15Make按钮，进行编译连接。

图9-4-15编译连接

如果编译连接没有错误，则可以调试程序。

点击图9-4-16Debug按钮调试程序。

图9-4-16调试程序

首先自动搜索一个与目标板匹配的波特率，弹出窗口如图9-4-17

图9-4-17测试目标板波特率

如果测试成功，出现下面调试界面如图9-4-18。

图9-4-18实时调试界面

如果测试不成功，就会弹出通讯失败窗口，如图9-4-19

图9-4-19通讯连接失败

此时要按下S2键及复位键对目标板复位，然后点击重试按钮。

第一次调试的时候，可能还要选择处理器属于哪一个系列，并选择接口类型，如图9-4-20所示。

图9-4-20确立目标类型及接口方式

4.6在线编程

1、加载监控程序

经过测试下载成功之后，有时会看不到找不到原程序，此时要加载监控程序，在菜单栏选择load选项，加载监控程序如图9-4-21、9-4-22、9-4-23。

图9-4-21加载监控程序位置

图9-4-22加载监控程序文件夹

图9-4-23加载监控程序

2、选择处理器类型

第一次进入监控调试界面会弹出对处理器类型进行选择的窗口，如图9-4-24所示。

图9-4-24处理器选型

3、连接成功窗口

当经过1、2步骤之后，会自动弹出图9-4-25擦除，执行监控程序并下载程序窗口。

图9-4-25进行擦除并下载程序

此时就可进入图9-4-18实时调试界面，可以进行调试。

2、在线调试

在DEBUG界面上进行调试，如图9-4-26所示。

图9-4-26DEBUG界面

点击上图所示:

运行（run）程序；

跳入函数单步运行（singlestep）程序；

不进入函数单步运行（stepinto）程序；

从函数中跳出运行（stepout）函数；

跟踪（trace）程序；

停止（halt）程序运行；

目标板复位（resettarget）。

可以通过图9-4-27中的界面随时检查寄存器、RAM中的内容，便于检查出程序中的错误。

图9-4-27实时调试界面

如图9-4-27所示，在“source”窗口，点击右键，在第一栏中将程序运行到光标处，设置断点，看当前指令的PC值。

具体如下所示：

●SetBreakpoint设断点

●RuntoCursor运行到光标行

●ShowBreakpoint显示断点

●Showlocation显示地址

但是这里有一点须注意，在脱机仿真的时候，可以设置多个断点，在线调试的时候最多可以设置2个断点。

在“memory”窗口，我们可以实现如下的操作：

●检查寄存器,RAM,FLASHROM中的内容

●双击窗口中的字节，可输新值,回车确认

●点右键，出现的下拉菜单中我们可以更改窗口的一些属性，具体如下所示

●Wordsize可以选择用什么样的长度来显示存储单元的内容

●Format可以选择用什么进制显示，如十六进制（HEX）、八进制（OCT）、二进制（BIN）等

●Mode可以进行更新频率的选择，如自动、定期等等

●Display可以选择窗口显示内容的选择，选择是否显示地址、ASCII码

●Fill可以在一个区间内输入你想要的数值

●Address可以输入你想查看的存储器空间的开始地址

●Copymem可以将一段已经写入的内容复制到你想要存放的地址空间去

●SearchPattern可以在确定的地址里面寻找表达式

在“data”窗口，显示定义的变量，但是不能双击输入内容，点击右键可以实现如下的操作：

●OpenmoduleOpenmdodule显示该应用的源文件，全局变量显示在数据块上，只有全局变量才支持Openmodule

●Addexpression可以增加变量

●SetWatchpoint只有当没有设置Watchpoint或取消Watchpoint时，才会弹出该菜单，当选择一个变量将其设置为一个读/写Watchpoint，一条黄色线就会出现在该变量的旁边，当程序执行到与该变量相关时，程序停止运行，而且目前的程序状态就会在各窗口显示出来

●Showwatchpoint打开设置Watchpoint窗口，你可以看到当前程序所设置的Watchpoint

●Showlocation强制让所有的窗口显示与变量相关的信息

其余的菜单内容与其它的窗口里面的内容相似，这里就不再赘述了

“register”窗口如图9-4-28所示：

图4-24register窗口

在图中我们可以清楚地看到几个寄存器中的内容，并可以双击输入新值，条件码寄存器的Status中黑色表示置1，灰色表示为0。

可以在PC栏中输入输出要运行程序的起始地址，即PC值，然后单步运行，程序就会从设置的PC地址开始执行程序。

由此，可以通过CodeWarrior非常方便的下载程序运行，并可以进行单步调试，为系统程序的开发提供的非常有力的工具。

4.7利用Visualizationtool进行脱机仿真

程序编译通过之后，系统将自动进入仿真Debug调试界面（如图9-4-29所示），在这个界面里面我们既可以直接写入程序调试，也可以利用单步运行随时检查寄存器的内容，便于寻找程序中的错误，还可以利用Visualizationtool进行脱机仿真。

下边将重点讲述利用Visualizationtool进行脱机仿真。

图9-4-29脱机仿真界面

在“True-TimeSimulator&Real-TimeDebug”工具界面，点击：

Component->SetTarget在Processor栏，选择HCS08，在Target栏，选择SimulatorTargetInterface，然后点击OK，如图9-4-30所示。

图9-4-30确立目标界面

设置完成，关闭“True-TimeSimulator&Real-TimeDebug”工具界面。

在主界面中重新按下“Debug”，进入“True-TimeSimulator&Real-TimeDebug”调试界面，点击Simulater->Reset，如图9-4-31。

图9-4-31仿真状态复位

选择Component->Open…，如图9-4-32。

图9-4-32

将会出现如下的界面，如图9-4-33所示

图9-4-33选择Visualizationtool界面

点击OK，进入Visualizationtool界面，如图9-4-34所示。

图9-4-34Visualizationtool界面

如上图所示在空白处点击右键，选择要添加的元件。

由于该示例事要做一个发光二极管循环点亮的演示实验，所以选择“LED”，放置三个LED。

在空白处点击右键，选择Properties，如图9-4-35所示。

设置：

RefreshMode:

Periodical

RefreshTime（100ms）：

1

或者选择：

CPUcycles。

设置完成，关闭窗口。

图9-4-35Visualizationtool属性界面

双击LED，如图9-4-36所示设置：

KindofPort:

Memory

PorttoDisplay:

0x

Bitnumnertodisplay:

4（LED1）、

5（LED2）、6（LED3）

设置完毕，关闭窗口。

图4-30七段数码管属性界面

图9-4-36

点击右键，取消选择EditMode，在“True-TimeSimulator&Real-TimeDebug”调试界面，按下Sart/Continue，运行程序，在本示例中，用3个LED来演示循环闪烁实验，可以看到发光二极管依次点亮，一直循环下去，如图9-4-37。

图9-4-37仿真界面

点击保存，可以将这个Visualizationtool的工程保存下来，下次运行的时候只要用DisplayMode，然后运行程序就可以了。

保存配置：

File\SaveConfiguration，如图9-4-38所示。

图9-4-38保存配置界面

运行程序，可以按照图9-4-27中运行或单步执行程序，可以看到仿真状态下程序运行情况。