基于 hcs12 的嵌入式系统设计
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基于 HCS12 的嵌入式系统设计. 合肥工业大学 吴 晔，张 阳，滕 勤 Email ： [email protected] ， [email protected] ， [email protected] TEL ： 13505612773 ， 13966717615. 第 10 章 S12 串行通信接口模块及其应用实例. SCI 模块概述 SCI 模块结构组成和特点 SCI模块寄存器及设置 SCI模块基础应用实例 智能车系统中 SCI 模块的应用. 10.1 SCI 模块概述. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
基于 HCS12 的嵌入式系统设计
合肥工业大学吴 晔，张 阳，滕 勤
Email ： [email protected]，[email protected]，[email protected]
TEL ： 13505612773 ， 13966717615
第 10 章 S12 串行通信接口模块及其应用实例
SCI 模块概述 SCI 模块结构组成和特点 SCI模块寄存器及设置 SCI模块基础应用实例 智能车系统中 SCI 模块的应用
10.1 SCI 模块概述 串行通信是微控制器与外界进行信息交换的一
种方式。 MC9S12DG128 微控制器内部有一个全双工串行通信接口，称为 SCI 。
串行通信是指数据一位一位地按顺序传送的通信方式，其突出优点是只需一根传输线，可大大降低硬件成本，特别适合远距离通信。其缺点是传输速度较低，每秒内能发送或接收的二进制位数称为波特率。若发送一位时间为 t ，则波特率为 1/t 。
MC9S12DG128 单片机内置的 SCI 模块是全双工、波特率可编程设置、可编程选择 8 位数据或 9 位数据格式的串行通信接口（也叫做串口）。本章着重介绍 SCI 模块的特性、寄存器功能及设置，并通过一些基础应用实例和 SCI 模块在自主寻迹智能车上的应用，让读者掌握 SCI 模块的应用及编程方法。
10.2 SCI 模块结构组成和特点 MC9S12DG128 单片机内置的 SCI 模块如图 10.1 所示。
10.2 SCI 模块结构组成和特点SCI 模块具有以下基本特征：
全双工运行； 标准不归零传号 / 空号（ NRZ ）数据格式； 13 位波特率选择； 可编程的 8 位或 9 位数据格式； 独立使能发送器和接收器； 可编程的发送器奇偶校验； 两种接收器唤醒模式：
空闲线唤醒； 地址标志唤醒；
8 个驱动中断的标志位： 发送器空； 传输完成； 接收器满； 空闲接收器输入； 接收器复写错误； 噪声错误； 帧错误； 奇偶校验错误；
接收器帧错误检测； 硬件奇偶校验； 1/16 位时间噪声检测。
10.3 SCI 模块寄存器 MC9S12DG128 的 SCI 模块共有 8 个寄存器，详见表 10.1 。对于 112 引脚的 MC9S12DG128 ，内部有两个 SCI 模块，分别是 SCI0和 SCI1 ，表 10.1 中分别列出了 SCI0 和 SCI1 两个模块中各寄存器地址。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.1 SCI 波特率寄存器
SCI波特率寄存器（ SCI Baud Rate Registers）用来设置 SCI的波特率，如图 10.2所示，计算波特率公示为
SCI波特率 =SCI模块时钟 / (16×BR)
其中， BR是 SCI波特率寄存器 SBR12到 SBR0的内容。波特率寄存器的数值从 1～ 8191。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.1 SCI 波特率寄存器
读：任何时刻，如果只对 SCIBDH 寄存器作写入操作，紧接着读取该寄存器无法返回正确数据，直到对 SCIBDL 也赋值；写：任何时刻。SBR12 ～ SBR0 ： SCI 波特率位。 SCI 的波特率由这 13 位确定。注意 1 ：复位后，第一次只有 TE 或 RE 位置位，波特率发生器才正常工作。当 BR=0 时，波特率发生器禁止。注意 2 ：如果只对 SCIBDH 寄存器赋值而不赋值 SCIBDL 寄存器，写操作是无效的，因为写入 SCIBDH 的数值只是放在一个临时寄存器中，直到写入 SCIBDL 寄存器时才将数值放入 SCIBDH 寄存器。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.2 SCI 控制寄存器 1
SCI控制寄存器 1（ SCI Control Register 1， SCICR1）如图10.3所示。
读：任何时刻；写：任何时刻。LOOPS ：环路选择位。在环路操作模式下， RXD 引脚和 SCI 断开，发送器输出在内部和接收器输入相连。必须发送器和接收器均被使能的情况下才能够使用环路功能。环路操作如图 10.4 所示。
1 表示环路操作模式使能； 0 表示普通操作模式使能。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.2 SCI 控制寄存器 1
接收器输入由 RSRC 位决定。
SCISWAI ：等待模式下 SCI 停止位。 1 表示 SCI 在等待模式下禁止； 0 表示 SCI 在等待模式下使能。
RSRC ：接收器来源位。当 LOOPS=1 时， RSRC 位决定接收器移位寄存器输入的来源。
1 表示接收器输入连接到外部发送器，单线模式如图 10.5 所示； 0 表示接收器输入连接到内部发送器输出。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.2 SCI 控制寄存器 1
LOOPS 位和 RSRC组合选择环路模式或单线模式参见表 10.2 。
M ：数据格式选择位，该位决定数据字符长度是 8 位还是 9 位。 1 表示 1 位起始位， 9 位数据位， 1 位停止位； 0 表示 1 位起始位， 8 位数据位， 1 位停止位。
WAKE ：唤醒条件位，该位决定了何种条件唤醒 SCI ，接收数据字符的最高位为 1 （地址屏蔽）或者 RXD 上的空闲条件。
1 表示地址屏蔽唤醒； 0 表示空闲线唤醒。
ILT ：空闲线类型位，该位决定了何时接收器开始计数逻辑 1 作为空闲字符位。计数开始于起始位之后或者停止位之后。如果计数开始于起始位之后，停止位之前的一串逻辑 1会导致一个空闲字符的错误识别。开始于停止位之后的计数避免了错误空闲字符的识别，但是需要适当的同步传输。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.2 SCI 控制寄存器 1
ILT ：空闲线类型位，该位决定了何时接收器开始计数逻辑 1 作为空闲字符位。计数开始于起始位之后或者停止位之后。如果计数开始于起始位之后，停止位之前的一串逻辑 1会导致一个空闲字符的错误识别。开始于停止位之后的计数避免了错误空闲字符的识别，但是需要适当的同步传输。
1 表示空闲字符开始于停止位之后； 0 表示空闲字符开始于起始位之后。
PE ：奇偶校验使能位，该位使能奇偶校验功能。当奇偶校验功能使能时，会在传输字符的最高位插入一个奇偶校验位。
1 表示使能奇偶校验功能； 0 表示禁止奇偶校验功能。
PT ：奇偶校验类型选择位，该位决定了使用奇校验还是偶校验。如果采用偶校验，当传输数据中 1 的个数为奇数时，奇偶校验位为 1 ；当传输数据中 1 的个数为偶数时，奇偶校验位为 0 。如果采用奇校验，当传输数据中 1 的个数为奇数时，奇偶校验位为 0 ；当传输数据中 1 的个数为偶数时，奇偶校验位为 1 。
1 表示奇校验； 0 表示偶校验。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.3 SCI 控制寄存器 2
SCI控制寄存器 2（ SCI Control Register 2， SCICR2）如图10.6所示。
读：任何时刻；写：任何时刻。TIE ：发送器中断使能标志，该位允许发送数据寄存器空标志 TDRE产生中断请求。
1 表示 TDRE 中断请求使能； 0 表示 TDRE 中断请求禁止。
TCIE ：发送完成中断使能位，该位允许发送完成标志 TC产生中断请求。 1 表示 TC 中断请求使能； 0 表示 TC 中断请求禁止。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.3 SCI 控制寄存器 2
RIE ：接收器满中断使能位，该位允许接收数据寄存器满标志 RDRF 或者溢出标志 OR产生中断请求。
1 表示 RDRF 或 OR 中断请求使能； 0 表示 RDRF 或 OR 中断请求禁止。
ILIE ：空闲线中断使能位，该位允许空闲线标志 IDLE产生中断请求。 1 表示 IDLE 中断请求使能； 0 表示 IDLE 中断请求禁止。
TE ：发送器使能位，该位使能 SCI 发送器并配置 TXD 引脚由 SCI 控制， TE 位能够用于发送空闲报头。
1 表示发送器使能； 0 表示发送器禁止。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.3 SCI 控制寄存器 2
RE ：接收器使能位，该位使能 SCI 接收器。 1 表示接收器使能； 0 表示接收器禁止。
RWU ：接收器唤醒位，该位使能 SCI 接收器。 1 表示 RWU 使能唤醒功能并禁止接收器中断请求，硬件通过自动清除 RWU
位来唤醒接收器； 0 表示普通操作。
SBK ：发送中止符位，该位使能 SCI 发送器。 SBK 置位发送中止字符（当 BK13 置 0 ，则发送 10 个或 11 个逻辑 0 ；当 BK13 置位，则为 13 或 14 个逻辑 0 ）。在完成发送中止符前自动清除 SBK 位。只要 SBK 置位，发送器连续发送完整中止符（ 10 或 11 位； 13 或 14 位逻辑 0 ）。
1 表示发送中止符； 0 表示没有中止符。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.4 SCI 状态寄存器 1
SCISR1 和 SCISR2 寄存器为 MCU提供产生 SCI 中断输入源的状态查询，如图 10.7 所示。清除这些标志位的过程需要读取状态寄存器，然后通过读或者写 SCI 数据寄存器才能实现。在这两步之间允许执行其他指令，只要不影响 I/O 操作，但是两步的操作顺序对于标志位清除是必需的。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.4 SCI 状态寄存器 1
读：任何时刻；写：无效。TDRE ：发送数据寄存器空标志。当发送移位寄存器从 SCI 数据寄存器获得 1字节数据时该标志置位。当 TDRE=1 时，发送数据寄存器（ SCIDRH/L ）为空，此时能够接收一个字节的新数据。通过读取 SCISR1 寄存器然后写数据至 SCIDRL 寄存器可以清除 TDRE 位。
1 表示 1字节数据传输到发送移位寄存器，发送数据寄存器空； 0 表示没有数据传输到发送移位寄存器。
TC ：发送完成标志。当有发送正在进行时，当报头或者中止符加载时， TC清零；当 TDRE 标志被置位且没有数据、报头、中止字符正在发送时， TC 置位。此时 TXD 输出信号变成空闲（逻辑 1 ）。 TC 置位后，通过读取 SCISR1 寄存器，再写数据至 SCIDRL 寄存器清除 TC 位。当数据、报头、中止字符进入队列并准备发送时， TC 被自动清除。
1 表示没有发送正在进行； 0 表示发送正在进行。
RDRF ：接收数据寄存器满标志。当接收移位寄存器中的数据传送到 SCI 数据寄存器时，RDRF 置位。 RDRF 置位后，通过读取 SCISR1 寄存器，再读取 SCIDRL 寄存器数据清除RDRF 位。
1 表示 SCI 数据寄存器中接收的数据可用； 0 表示 SCI 数据寄存器中的数据不可用。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.4 SCI 状态寄存器 1
IDLE ：空闲线标志。当 10 个连续的逻辑 1 （ M=0 ）或者 11 个连续的逻辑 1 （ M=1 ）出现在接收器输入端时， IDLE 置位。一旦 IDLE 标志被清除，在空闲条件下能够置位 IDLE 标志之前，必须接收一个有效帧再次置位 RDRF 标志。 IDLE 置位后，通过读取 SCISR1 寄存器之后读取 SCIDRL 寄存器数据清除 IDLE 位。
1 表示接收器输入空闲； 0 表示 IDLE 标志上一次被清除后，接收器未接收到有效数据。
注意：当接收器唤醒位（ RWU ）置位时，线路空闲条件下不会置位 IDLE 标志。OR ：溢出标志。当接收移位寄存器接收下一帧数据之前，如果软件读取 SCI 寄存器失败， OR 置位。对于第二帧而言，接收到停止位后立即置位 OR 。移位寄存器中的数据丢失，但是 SCI 数据寄存器中的已有数据不受影响。 OR 置位后，通过读取 SCISR1 寄存器之后读取 SCIDRL 寄存器数据清除 OR 位。
1 表示溢出发生； 0 表示没有溢出发生。
注意：当 RDRF 标志清除时，读取 OR 可能返回 1 。这可能会发生在以下事件中：① 接收第一帧数据后，读取状态寄存器 SCISR1 （返回 RDRF=1 和 OR=0 ）；② 没有读取数据寄存器中的第一帧就接收第二帧（第二帧数据没有收到， OR=1 ）；③ 读取数据寄存器 SCIDRL （返回第一帧并清除 RDRF 标志）；④ 读取状态寄存器 SCISR1 （返回 RDRF=0 和 OR=1 ）。事件③和事件②同时发生或者在事件②之后发生。当这种情况发生时，如果后来的帧要被接收，事件④后的一个虚拟 SCIDRL 读操作可以清除 OR 标志。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.4 SCI 状态寄存器 1
NF ：噪声标志。当 SCI 检测到接收器输入有噪声时， NF 置位。 NF 置位和 RDFR 标志同时，但在溢出时 NF 不置位。 NF 置位后，通过读取 SCISR1 寄存器之后读取 SCIDRL寄存器数据清除 NF 位。
1 表示检测到噪声； 0 表示没有检测到噪声。
FE ：帧错误标志。当接收到的停止位是 0 时， FE 置位。 FE 置位和 RDFR 标志同时，但在溢出时 FE 不置位。 FE 置位后，通过读取 SCISR1 寄存器之后读取 SCIDRL 寄存器数据清除 FE 位。
1 表示帧错误发生； 0 表示没有帧错误发生。
PF ：奇偶校验错误标志。当奇偶校验使能位（ PE ）置位且接收到数据的奇偶校验位和定义的奇偶校验类型不符时， PF 置位。 PF 置位和 RDFR 标志同时，但在溢出时 PF 不置位。 PF 置位后，通过读取 SCISR1 寄存器之后读取 SCIDRL 寄存器数据清除 PF 位。
1 表示奇偶校验错误发生； 0 表示没有奇偶校验错误发生。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.5 SCI 状态寄存器 2
SCI状态寄存器 2（ SCI Status Register 2， SCISR2）如图10.8所示。
读：任何时刻；写：任何时刻，写入 SCI状态寄存器 2 数据，除 BK13 和 TXDIR 位之外的其他位数据无效。BK13 ：中止符长度，该位决定中止符的长度是 10 位或 11 位，还是 13 位或 14 位。 帧错误的检测不影响该位。
1 表示中止符的长度是 10 位或 11 位； 0 表示中止符的长度是 13 位或 14 位。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.5 SCI 状态寄存器 2
TXDIR ：单线模式下的发送器引脚数据方向，该位决定了在单线模式下， TXD 引脚被用做输入还是输出，仅在单线模式下有效。
1 表示单线模式下 TXD 引脚被用做输出； 0 表示单线模式下 TXD 引脚被用做输入。
RAF ：接收器有效标志位。当接收器在起始位的 RT1 时刻检测到逻辑 0 时， RAF 置位。当接收器检测到空闲字符时， RAF 被清除。
1 表示没有接收正在进行； 0 表示正在进行接收。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.6 SCI 数据寄存器
SCI数据寄存器（ SCI Data Registers， SCIDRH/L）如图 10.9所示。
10.3 SCI 模块寄存器10.3.6 SCI 数据寄存器
读：任何时刻，读取 SCI 接收数据寄存器数据；写：任何时刻，写入 SCI 发送数据寄存器数据，写入操作对 R8 位无效。R8 ：接收第 9 位。当 SCI配置为 9 位数据格式时（ M=1 ）， R8 是接收到数据的第 9 位。T8 ：发送第 9 位。当 SCI配置为 9 位数据格式时（ M=1 ）， T8 是发送数据的第 9 位。R7 ～ R0 ：接收数据的低 8 位。T7 ～ T0 ：发送数据的低 8 位。注意：如果 T8 的数值和之前发送的一样， T8就不必重新写入。同样的值被发送直到 T8 被重新写入不同的值。在 8 位数据格式中，只有 SCI 数据寄存器低字节（ SCIDRL ）需要被访问。在 9 位数据格式中，用 8 位写指令时，要先写 SCIDRH ，再写 SCIDRL 。
10.4 SCI 模块基础应用实例 实例一：本实例实现 SCI 模块的数据发送，利用 SCI0 模块连续发送
0 ～ 99 ，共 100 个数据。程序清单：
10.4 SCI 模块基础应用实例
10.4 SCI 模块基础应用实例
10.4 SCI 模块基础应用实例 实例二：本实例实现 SCI 模块的数据收 / 发，编程实现当 DG128 接收
到数据 0xAA 时，发送 0xBB ；如果接收到的数据不是 0xAA ，则发送 0xCC 。程序清单：
10.4 SCI 模块基础应用实例
10.5 智能车系统中 SCI 模块的应用 在智能车系统设计调试过程中，需要一些辅助调试手段，以便
了解当前智能车的运行车速、舵机转角、赛道信息等参数。常用的调试手段大多采用 RS-232 串口方式调试，在第三届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛活动中，也有部分参赛队伍采用 SD卡辅助调试方法。 RS-232 串口调试方法是最简便也是最常见的，利用 MC9S12DG128 的 SCI 模块实现的 RS-232 串口通信原理如图 10.10 所示。
10.5 智能车系统中 SCI 模块的应用 利用图 10.10 所示的原理，容易实现MC9S12DG128 与 PC 的
串口通信。只需要合理配置 MC9S12DG128 中的 SCI 相关寄存器就可以实现 RS-232 串口通信。以下给出 SCI初始化以及一些功能函数代码，更复杂的功能请读者结合具体应用要求、参照样例自行完成。
10.5 智能车系统中 SCI 模块的应用
10.5 智能车系统中 SCI 模块的应用
10.5 智能车系统中 SCI 模块的应用
The End