基于 HCS12 的嵌入式系统设计

1. 基于HCS12的嵌入式系统设计 合肥工业大学 吴 晔，张 阳，滕 勤 Email：wuye@ialab.hfut.edu.cn，yzhang0615@163.com，tengqin7348@126.com TEL：13505612773，13966717615 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

2. 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 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

3. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

4. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

5. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

6. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

7. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

8. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

9. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

10. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

11. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

12. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

13. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

14. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

15. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

16. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

17. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

18. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

19. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

20. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

21. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

22. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

23. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

24. 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： 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

25. 10.4 SCI模块基础应用实例 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

26. 10.4 SCI模块基础应用实例 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

27. 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： 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

28. 10.4 SCI模块基础应用实例 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

29. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

30. 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。 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

31. 10.5 智能车系统中SCI模块的应用 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

32. 10.5 智能车系统中SCI模块的应用 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

33. 10.5 智能车系统中SCI模块的应用 《基于HCS12的嵌入式系统设计》

34. The End 《基于HCS12的嵌入式系统设计》