毕业设计(论文)-基于S08_AWAC60的学习装置设计.doc
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1、2009届毕业生毕业论文题 目: 基于S08 AW/AC60的学习装置设计 院系名称: 电气工程学院 专业班级: 自动0504 学生姓名: 学 号: 4 指导教师: 教师职称: 教 授 2009 年 6 月 05 日III摘要微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期,经过20多年的发展,其成本越来越低,而性能越来越强大,这使其应用已经无处不在,遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读器扫描器、消费类电子、游戏设备、电话、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化和白色家电等。而目前居于世界8位微控制器市场第一位的是摩托罗拉(现飞思卡尔)微控制
2、器,其性能优越,内部模块功能多,可应用于广泛的对功耗要求极为严格的领域。随着飞思卡尔在中国市场战略的推进及其大学计划的实施,享誉全球的飞思卡尔系列微控制器以其优越的性能已被越来越多的教学机构、工程技术人员所熟悉和采用。本次设计采用飞思卡尔公司生产的8位高级MCU S08AW60设计一个微控制器实验装置,以S08AW/AC60为核心,建立最小化系统的中心系统,该实验装置能够有效地投入实验室使用,在这个实验装置上面有显示、键盘、书模转换、数字输入输出、PWM等功能模块。可以完成显示、输入、输出、PWM、电子闹钟等基本功能。 关键词:微控制器;S08;实验装置;设计Title Design of t
3、he Experimental Devices Based on the New S08 MCUAbstractThe main part of Microcontroller is integrated micro-computer chip into a single-chip micro-computer. Microcontroller was born in the mid-20th century 70, In the past 20 years of development, the cost becoming less and less, and more and more p
4、owerful performance, which makes the application of them has been everywhere, across all fields. For example, motor control, barcode reader / scanners, consumer electronics, game equipment, telephone, building security and access control, industrial control and automation and white home appliances a
5、nd so on. Now,The market share of the first all arornd world abuou 8-bit microcontroller is the first Motorola (now Freescale) microcontroller, and its superior performance and many internal modules and can be applied to a wide range of very stringent requirements on power consumption of the field.
6、With strategy market of Freescale in China and its universities to promote the implementation of the plan, It is weeks abourt Freescale family of microcontrollers for its superior performance has been familiared with and used by more and more teaching institutions, Engineering and technical personne
7、l.The design produced by Freescale 8-bit High MCU S08AW60 experimental design of a microcontroller device to S08AW/AC60 as the core of the system to establish the center of the smallest systems, the experimental apparatus can be effectively used in the laboratory, in The experimental apparatus is di
8、splayed above, keyboard, book-to-analog converter, digital input and output, PWM module and other functions. Can be shown that input and output, PWM, electronic alarm clock and other basic functions.Keywords: microcontroller; S08; experimental devices ;Design目 次 1 绪论11.1 微控制器概述11.2 飞思卡尔8位微控制器21.3 微控
9、制器的国内外发展现状32 方案论证32.1 微控制器的选择42.2 显示模块的选择42.3 键盘输入选择43 验装置原理与方案设计43.1 S08微控制器结构及原理43.1.1 S08AW特性53.1.2S08AW结构53.2软件调试的选择73.3总体法案设计概述74 硬件设计84.1S08AW60核心电路设计84.2键盘输入电路设计104.3显示电路设计114.4数字量输入输出电路135 软件程序设计145.1 键盘输入程序设计145.2显示程序设计185.3 小灯亮度的PWM控制设计205.4模数转换程序设计225.5通用数字I/O控制设计246电子闹钟设计266.1电子闹钟设计原理276
10、.2电子闹钟软件设计27结论29致谢30参考文献31附录一:S08AW60芯片图33附录二:基于S08AW60的电子闹钟原理图34附录三:电子闹钟参考程序351 绪论1.1 微控制器概述微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期,经过20多年的发展,其成本越来越低,而性能越来越强大,这使其应用已经无处不在,遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读器扫描器、消费类电子、游戏设备、电话、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化和白色家电(洗衣机、微波炉)等。微程序控制的基本思想,就是仿照通常的解题程序的方法,把所有的控制命令信号汇集在一起编码成所
11、谓的微指令,再由微指令组成微程序,存放在一个EPROM里。系统运行时,一条又一条地读出这些微指令,产生执行部件所需要的各种控制信号,从而驱动执行部件进行所规定的操作1。微控制器可从不同方面进行分类:根据数据总线宽度可分为8位、16位和32位机。Intel公司作为最早推出微处理器的公司,同样也是最早推出微控制器的公司。继1976年推出MCS-48后,又于1980年推出了MCS-51,为发展具有良好兼容性的新一代微控制器奠定了良好的基础。在8051技术实现开放后,Philips、Atmel、Dallas和Siemens等公司纷纷推出了基于80C5l内核的微控制器。微程序控制技术可代替直接由硬件连线
12、的控制技术。由于微程序控制方法规整性好,灵活方便,通用性强,因此在大型复杂的数字系统设计中广泛应用,成为控制器的主流设计方法。MCU主要用于输入输出控制。通常嵌入某一具体的产品或装置之中,例如智能冰箱、电子字典、汽车安全气囊及倒车雷达等,所以又称为嵌入式控制器,一般由MCU构成的嵌入式控制系统应具有实时、快速的外部响应,能迅速采集到所需的数据,并在确定的时间内作出逻辑判断与推理后实现对被控制对象的参数调整与控制。当今的MCU从功能和形态上已不同PC,它更多的是以一种智能化的产品形式出现。MCU以其功能强、体积小、可靠性高、面向控制及价格低廉等一系列优点,已渗入到人们工作和生活的各个角落,几乎是
13、无所不在,无所不为,牢固树立了其在生产和生活中的霸主地位。MCU的应用已从面向工业控制、通信、交通及智能仪表等迅速发展到面向家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC外设以及网络通信等广大领域2。1.2 飞思卡尔8位微控制器在汽车领域,嵌入式控制系统被喻为汽车的心脏。汽车工业的迅猛发展,使车载电子装置的应用日趋普及。全球汽车半导体市场持续增长,2005年达到171亿美元。据StrategyAnalytics预测,2008年全球汽车半导体市场收入将达到200亿美元。目前,中国市场平均每辆车的电子装置占整车制造的成本也在不断增加,中国汽车电子市场潜力巨大,其中,中国汽车微控制器(MCU)的市场需求量
14、将在2008年达9100万个,市场需求额将达42.83亿元。MCU的汽车市场空间。飞思卡尔半导体公司源于著名的Motorola公司,是目前全球领先的半导体公司之一,它为汽车电子、消费电子、共轭控制、网络和无线市场设计并制造了众多的嵌入式半导体产品,拥有多大19000种产品系列,飞思卡尔在8位MCU市场排名第一,同时在车用8位MCU领域也是排名第一的供应商。飞思卡尔有超过20年的汽车电子经验,从6801、68HC05、68HC11、68HC08到如今的S08,是业界最大供货量的供应商,当今超过50的车用8位MCU来自飞思卡尔,其车用MCU的出货量已超过10亿。飞思卡尔在业内提供最高质量的FLAS
15、H存储器,从上世纪90年代开始有超过1亿嵌入式闪存支持超高可靠性市场。飞思卡尔汽车电子具有严格的质量标准。每个飞思卡尔汽车微控制器都经过验证,可以适用于特别复杂的汽车环境,其所具备的合格性包括适应一个广泛的温度范围和汽车测试流程。飞思卡尔具备质量零缺陷定位,追求产品的领先和生产工艺、质量体系等多方面精益求精,创造零缺陷的质量管理体系。因此,可以满足汽车电子产品运行环境及苛刻的要求(如-40+120),保证足够的可靠性和稳定性3。Freescale半导体公司的8位S08微控制器有以下特点:1) 技术成熟、高可靠、高性能、抗干扰和电磁兼容性强、内部资源丰富,且种类齐全,选择余地大,新产品多;2)
16、开发技术先进且费用低廉,可提供免费的集成开发环境和开发调试器;3) 支持C高级语言开发,并进行了硬件和软件优化,效率较高;4) 可平滑完成从8位MCU到32位MCU核心的转移,他们的引脚兼容,开发环境不变。在多年从事嵌入式微控制器的科研、教学以及应用系统开发的工程当中,许多工程师和教师一直采用在国际高可靠MCU市场上占有领先水平的Freescale S08微控制器。1.3 微控制器的国内外发展现状MCU是微电子技术和集成电路IC(Integrated Circuit)技术迅速发张的结晶,它除了在一块芯片内高度集成了中央处理单元、存储器和外设接口外,近年来,位满足高速控制领域应用的要求,又着力在
17、片内增加了各种功能,如A/D、PWM、计数器、高速I/O及无线通信协议等。MCU已从20世纪80年代的8位独大机发展到了今天的8位、16位、32位并存的局面。MCU的嵌入式市场应用繁多,需求千差万别,工业机器人、车载信息系统、住宅网关、IP电话、IP摄像头及便携式医疗设备等全如是市场的应用不胜枚举。这些应用的需求差别巨大,不是一两个IC厂商、几款芯片能搞定的。Intel公司擅长于做开放性的PC市场,即具有很多共同点的CPU市场;而对于嵌入式市场千变万化的需求,要满足定制性的要求,并不是该公司的特长,嵌入式系统的市场特点决定了需要众多IC公司的参与。实际上80年代中期,Intel公司就放弃了MC
18、U的研发和生产,将技术转给了其他厂商。当前,MCU种类繁多,至少有上千种,几乎每星期都有新芯片产生。全世界已有几十家MCU生产商,研制的不同版本、类型的MCU亦如雨后春笋般涌现。全球MCU市场大致可划分位三个地理区域:美国/欧洲、日本/韩国以及中国大陆和台湾地区。日本和韩国企业拥有MCU的系统设计与制造专门技术,因此在消费电子领域非常强大;美国和欧洲厂商在工业控制和汽车电子方面比较成功,中国大陆和台湾地区的MCU厂商则专注于低端消费电子产品。中国作为全球最大的消费电子产品与PC外设制造中心,2007年已成为MCU的最大单一买家,占全球MCU市场的14.5%。2007年用于数据处理、汽车与工业电
19、子的MCU营业额增长率达到两位数,仅数据处理领域的营业额就比2006年增长了31%。2007年瑞萨科技公司是中国市场中的最大供应商,Freescale半导体公司和微芯技术公司分列第二位和第三位4。2 方案论证本次设计的实验装置的目的是希望能够投入到实验室使用,所以在设计该项目是应该考虑到各个方面的因素,比如适用性、成本等都要考虑。本设计在方案上经过论证采取最佳的方案。2.1 微控制器的选择设计一个项目首先要考虑的是简单、适用以及费用成本等。考虑到这些因素,我选择了S08AW60作为主控模块芯片,该芯片拥有62KB片上在线可编程FLASH存储器和2KB片上RAM,具有模块保护与安全选项功能。该芯
20、片还可以通过BDM进行在线编程及调试,无需频繁的插拔单片机,可避免损坏芯片。鉴于以上原因,所以选择了S08AW60微控制器。2.2 显示模块的选择LCD液晶显示由单片机驱动。它主要用来显示大量数据、文字、图形,能够显示的位数多,显示得清晰多样、美观,但同时液晶显示器的编写程序复杂,价格昂贵,从而降低了整个系统的性价比;点阵显示,是由八行八列的发光二极管集成在一块电路上组成,主要用来显示汉字,同时也能显示数字和少量图象,但它的焊接较麻烦,价格高;LED数码管静态显示,电路容易理解且驱动的程序简单,多片七段译码器驱动显示,这不仅增加了成本,还需要占用单片机多个I/O口,也给电路的焊接带来一定的困难
21、;采用LED数码管动态扫描显示,价格低廉,不仅减少了对I/O口的浪费,而且能够同时驱动多个数码管。其驱动程序容易编写和理解。经过以上的比较,最后选择LED数码管动态扫描显示来设计显示模块5。2.3 键盘输入选择键盘是整个装置的输入设备,独立式按键,每个按键实现一个功能,占用很多的微控制器I/O口资源,对整个系统的复杂性增加了很多。所以这种方案不适合这个系统,选取阵列式按键,减少了I/O口的使用,且扫描MN个按键只需占用M+N个I/O口即可实现,在加上实验的需要,应该设置多个按键才能满足实验需要,通过以上两种方案比较,选择矩阵式键盘作为本设计的输入装置6。3 验装置原理与方案设计3.1 S08微
22、控制器结构及原理S08AW系列是Freescale公司推出的新一代S08系列为控制器中的一款增强型8位微控制器,它不仅集成度高、片内资源丰富,还有很宽的工作温度范围(-40+125),S08AW微控制器采用8位S08CPU,片内总线时钟频率可高达20MHz,片内资源包括2KB RAM,约62KB Flash、串行通信模块、定时器模块、并可选择宽范围时钟频率,还提供一个8位/10位精度的模/数转换,并支持后台调试模式BDM。在汽车电子、工业控制和中高档机电产品等领域具有广泛的用途。3.1.1 S08AW特性飞思卡尔的新型8位微控制器是第一款基于高度节能型S08核的器件,支持5V应用。这使得其成为
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