基于freescaleHCS12系列单片机的结晶器振动控制系统——CAN通信部分.doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用a4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它基于freescale hcs12系列单片机的结晶器振动控制系统can通信部分摘要连铸是把液态钢用连铸机浇铸、冷凝、切割直接得到铸坯的工艺，他不仅是节约能源，提高成材率的重要措施，并且实现了炼钢浇铸的连续化、自动化，减轻了劳动强度，改善了环境，是炼钢生产的中心环节。而结晶器是连铸机的关键设备，为了保证连铸生产的顺利进行，需要通过一个振动装置使结晶器按一定的规律振动。本设计要着重研究的是结晶器振动控制系统的can通信部分。can总线是目前应用非常广泛的现场总线之一。can总线起初是被用于汽车监控和监控，但是由于can总线本身的独特的设计思想、良好的功能特性、极高的可靠性和现场抗干扰能力，其在工业控制领域也有广泛的应用。本设计是基于freescale hcs12系列16位微控制器mc9s12dg128的can通信，详细阐述了其硬件和软件的实现过程。关键词：连铸机；结晶器；can总线；mc9s12dg128单片机based on the freescale hcs12 series microcontroller mould oscillation control systemcan communication partabstractcontinuous casting is technics to casting condense incise the liquid steel by continuous casting machine to be casting blank, it is not only saving energy, improving ratio of success, and an important measure of the continuous steel casting realized, and reduce the labor intensity of automation, improve the environment, is a central part of the steelmaking. but the key is casting mould casting production equipment, in order to ensure the smooth, need through a vibration device makes the crystallizer according to certain rules vibration.this design will put emphasis on can communication part of mould oscillation control system. thecan bus is very extensive fieldbus. thecan bus was originally used in automobile monitoring and control, but due to the unique thecan bus itself the design thought and good features, high reliability and anti-interference ability in the field of industrial control, also widely used. the design is based on a series of 16 hcs12 freescale mc9s12dg128 micro controller of communication, this paper expounds the can of the hardware and the software realization.keywords: conticaster； mould；can bus； mc9s12dg128 microcontroller目录摘要iabstractii目录iii第一章 绪论11.1 研究背景11.2 本课题意义11.3 本课题研究方向2第二章 结晶器振动控制系统及hcs系列单片机简介32.1 结晶器的作用和发展历程32.2 结晶器振动控制系统总体结构和工作原理42.3 hcs12系列微控制器简介52.4 hcs12系列单片机的内核及片上资源62.4.1 mc9s12dg128单片机的内部结构及引脚功能62.4.2 mc9s12dg128mcu的功能模块13第三章 can总线概述153.1 概念153.2 can总线的位数值表示173.3 can总线的通信距离183.4 can总线的分层结构193.5 can报文的帧结构193.6 位定时与同步233.7 can总线高层协议介绍243.7.1概述243.7.2 devicenet243.7.3 canopen263.7.4 sds263.8 mscan12模块简介273.8.1 mscan12特性273.8.2外部引脚283.8.3报文存储结构283.8.4 标识符验收滤波30第四章 硬件设计334.1 硬件的基本组成334.2 电路图334.3 硬件模块和外围电路334.3.1 总线收发器334.3.2 时钟电路344.3.3 电源电路354.3.4 复位电路35第五章 can软件设计365.1 mscan12初始化365.2 发送子程序375.3 接收子程序37结论39参 考 文 献40致谢41附录a42附录b4750第一章 绪论1.1 研究背景在连续铸钢的生产过程中，结晶器振动技术被广泛使用。它的主要功能是使结晶器按给定的振幅、频率和波形偏斜特性沿连铸机外弧线运动。其目的是便于“脱模”，防止铸坯在凝固过程中与结晶器铜壁发生粘结而出现粘挂漏钢事故。在连铸结晶器振动技术的发展过程中，相继出现了同步振动、负滑动振动、正弦振动、非正弦振动等多种振动方式。但迄今为止，工业中广泛使用的仍然是用直流电机或交流变频电机通过偏心凸轮驱动双摇杆机构实现结晶器正弦振动。;结晶器振动控制的精度与稳定性是保障铸机稳定运行、安全高效生产的前提。在连铸结晶器振动技术的发展过程中，相继出现了同步振动、负滑动振动、正弦振动、非正弦振动等多种振动方式。但迄今为止，工业中广泛使用的仍然是用直流电机或交流变频电机通过偏心凸轮驱动双摇杆机构实现结晶器正弦振动。这主要是因为用偏心凸轮实现正弦波振动波形精确，而且加工容易；同时，正弦波振动与铸坯拉速没有严格要求，即不像同步振动那样，要求结晶器下降速度与铸坯同步，上升比拉速大三倍；也不像负滑动振动那样，结晶器上、下振动与铸坯拉速有较严格的关系。而且，正弦振动的结晶器速度和加速度分别按正弦和余弦规律变化，在上、下死点速度变化瞬间，冲击力不会过大，速度变化较平稳。因此，近年来在板坯和方坯连铸机上得到了广泛应用。1.2 本课题意义结晶器振动装置是连铸过程中的一个非常重要的生产装置，其目的是使结晶器按给定的振幅和频率沿着铸机半径作仿弧运动。使脱膜更为容易，防止铸坯在凝固过程中与结晶器铜壁发生粘结而出现粘连漏钢事故。由于加工不同的钢材需要结晶器按不同的频率和振幅进行振动，而原有的振动台台面在工作过程中没有在线监测振动的振幅，频率和相位装置，所有的振动台的调整都是离线进行的，这对于连续生产高质量产品的加工过程来说缺乏一定的科学性。为此，建立一套实时在线连续振动监测系统对于提高产品质量，防止漏钢现象具有十分重要的意义。1.3 本课题研究方向在本设计中，结晶器的振动由摩托罗拉公司生产的freescale hcs12系列单片机进行控制。freescale hcs12系列单片机是基于16位cpu的控制器，其内部功能非常丰富。hcs12系列拥有大容量内存（可达12kb ram和256 kb闪存）和5vdc工作电压。hcs12系列的各种型号可工作在最高25mhz的时钟频率下。内部集成有模数转化系统（atd）、脉冲宽度调制系统、can控制器，定时器系统配备一个8通道、16位的定时器。我所做的can通信部分是结晶器振动系统的一部分，剩下的部分由另外三位同学完成。can是contmlleratcanctwork的英文缩写，属于现场总线的一种，是一种简化型网络结构，为了有别于lan故称为控制器局域网。本设计是基于freescale hcs12系列16位微控制器mc9s12dg128的can通信，文中详细阐述了其硬件和软件的实现过程。第二章 结晶器振动控制系统及hcs系列单片机简介2.1 结晶器的作用和发展历程进入21世纪以来，我国连铸技术处于高速发展时期，2001年全国生产钢15163万吨，全国连铸比达到89.68%，首次超过世界连铸平均水平。结晶器振动技术是钢厂连铸生产的关键技术，对结晶器振动控制系统的研究具有重要的现实意义。结晶器是连续铸钢中的铸坯成型设备，也是连铸机心脏设备和关键技术。回顾连续铸钢的发展历史，连续浇铸的生产方式首先是从有色金属开始的。铸机采用的是垂直固定的结晶器，拉坯过程中，坯壳极易与结晶器壁发生粘结，从而导致拉不动或拉漏事故。据有关文献记载，1913年瑞典人皮尔逊（ahpehrson）曾提出结晶器应按照一定的振幅和频率做往复运动的想法，但真正将这一想法付诸实施的却是德国人容汉斯（sjunghans）。容汉斯开发的结晶器振动装置于1933年成功的应用于有色金属黄铜的连铸。1949年容汉斯的合作者美国人艾尔文罗西（irvingrossi）获得了容汉斯振动结晶器的使用权，并在美国的阿勒德隆钢公司（allegheng ludlum steel corporation）的watervliet厂的一台方坯试验连铸机上采用了振动结晶器。与此同时，容汉斯振动结晶器又被应用于德国曼内斯曼（mannesmann）公司胡金根厂（huckiugen）的一台连续铸钢试验连铸机。容汉斯振动结晶器在这两台连铸机上的成功应用，使其在钢连铸中迅速得到了推广。从此，结晶器振动便成了连铸生产的标准操作。可以看出是振动的结晶器使连续铸钢生产实现了工业化。结晶器由静止变为振动，引起了连铸工作者的广泛关注和兴趣，人们纷纷进行试验研究工作，对粘结性漏钢机理进行了研究，发展了各种结晶器振动规律。最早出现的是矩形速度振动规律，基于“拉裂焊合”理论，其特点是结晶器在下降时与铸坯做同步运动，然后以3倍的拉坯速度上升，即所谓的3:1型振动方式。这种振动方式对铸坯脱模是有效的，早期得到了应用。但其主要缺点是机械加工比较困难，振动机构和拉坯机构之间要有严格的电器连锁，在上升和下降的转折点处速度变化很大，设备冲击大，不利于采用高频振动。但这种波形的采用，使固定的结晶器变为振动的结晶器，使结晶器技术产生一个飞跃。随着负滑动理论的出现，矩形速度规律被梯形速度规律所代替，其特点是结晶器向下运动过程中有较长一段时间其速度稍大于拉坯速度，即“负滑脱运动”，使坯壳中产生压应力，可以使拉裂的坯壳压合，使粘结的坯壳强制脱模，结晶器在上升、下降转折点处速度变化较缓和，提高了设备的平稳性，梯形波的出现使连铸的生产更加顺畅，这种速度波形沿用了很多年，负滑动理论一直沿用至今。随着负滑动理论的不断发展和完善，出现了正弦速度规律，正弦振动速度规律采用偏心轮实现。这种振动规律打破了结晶器和铸坯之间要有一定的速度关系的限制，着重发挥它的脱模作用，用偏心轮代替凸轮，正弦振动仍有一小段负滑动阶段，有利于脱模和拉裂坯壳的焊合，速度、加速度变化平缓，采用偏心轮设备简单，易于加工制造、安装和维护，运动精度高，设备运动平稳，冲击小，易于采用较高频率振动。正弦振动目前仍被广泛应用。非正弦振动速度波形的特点是：结晶器向上运动到最大位移的时间比正弦振动有一段时间滞后，结晶器向上运动的速度小，向下运动的速度大。其负滑动时间短，有 利于减轻铸坯表面振痕深度，正滑动时间长，可以增加保护渣的耗量，增强结晶器壁与坯壳间的润滑，正滑动速度差小，可以减小摩擦力，减小坯壳中的拉应力，减少拉裂；负滑动量大，即结晶器相对于铸坯向下运动的位移量大，有利于铸坯的强制脱模。由于非正弦振动能够获得合理的工艺参数，适应高拉速，且能获得良好的表面质量，因此受到了人们的重视，被广大连铸工作者确认为是发展高效连铸的关键技术之一。结晶器按照一定的规律进行振动需要有精确的控制，对结晶器振动的控制可以采用多种方式，本设计采用的是freescale hcs12系列单片机。2.2 结晶器振动控制系统总体结构和工作原理结晶器振动相当于一种脱模的作用，其目的是防止铸坯粘结而发生拉裂或漏钢，同时结晶器作上下振动时，能周期性地改变钢液面和结晶器壁的相对位置，有利于改善结晶器内壁表面的润滑状况，减小粘结阻力和摩擦阻力，还可改善铸坯的表面质量。结晶器向上运动时，减少新生的坯壳与铜壁产生粘结，以防止坯壳受到较大的应力，使铸坯表面出现裂痕，在往下运动过程中，与铸坯速度相等时，坯壳与结晶器之间没有相对运动，因而钢水在此段时间内有机会形成足够强度的坯壳，从而保证钢坯的质量。连铸结晶器振动计算机控制系统的总体结构如图2.1所示。系统包括计算机和模拟量控制两大部分。图2.1 结晶器振动控制系统结构图2.3 hcs12系列微控制器简介摩托罗拉68hc12/hcs12微控制器家族是基于16位cpu的控制器，他们的前身是68hc11。68hc11是一种8位微控制器，自其在20世纪80年代中期发明后，已成为许多嵌入式系统的动力核心。1996年，摩托罗拉开发了68hc12控制器家族，主要有两个不同的系列：68hc12a4系列和68hc912b32系列。自那以后，涌现出许多不同型号的68hc12微控制器。68hc12a4系列主要运行于扩展模式，而b32系列主要用于单片机模式。2002年摩托罗拉从68hc12微控制器生产线升级开发了hcs12产品系列。hcs12软件兼容hcll，与hc12相比，该系列在总线速度、时钟、存储器、接口等方面均有变化。首先hcs12采用摩托罗拉的第三代快闪存储器，容量32512kb，具有快速编程能力、灵活的保护与安全机制，有利于软件版权的保护。而且擦除和写入无需外加高电压；hcs12的ram和eeprom容量总体上高于hc12系列，分别为2-14kb和l-4kb。在串行接口方面，hcs12最多可支持5个can总线接口、1个j1850接口、1个总线接口、2个sci接口、3个spi接口，以后还计划增加usb和其他接口。其次，hcs12时钟发生器模块内设pll，内部时钟可软件调节。hcs12的一些性能优于hc12系列，尤其是flash模块，采用了先进的0.25m工艺，无需外加编程电压，最短整体擦除时间仅100ms，512字节页擦除时间仅20ms。hcs12系列单片机有一个或多个内嵌的摩托罗拉可扩展控制器区域网络（mscan）模块。can起源于20世纪80年代中期的汽车工业，德国的bosch公司最初为了汽车监控和控制系统设计了can总线，现在，世界上许多的著名汽车制造厂商都已经开始采用can总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。由于can总线本身的特点，其应用范围目前已经不再局限于汽车行业，而向过程工业、机械工业、纺织工业、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。can已经形成国际标准，并已经被公认为几种最有前途的现场总线之一。2.4 hcs12系列单片机的内核及片上资源在本设计中具体用到是hcs12系列单片机中的mc9s12dg128单片机，它是mc9s12系列单片机的一员。下面将对mc9s12系列单片机做详细介绍。mc9s12系列单片机采用了高性能的16位处理器hcs12，可提供丰富的指令系统，具有较强的数值运算和逻辑运算能力；期内大容量的flash存储器具有在线编程能力，eep-rom和ram可存储各种控制参数。mc9s12的低功耗晶振、复位控制、看门狗及实时中断等配置和功能更有助于系统的可靠运行。mc9s12有多个系列几十个品种，而且仍在不断发展中。该系列单片机有很高的集成度，片上集成了很多功能模块，丰富的外设资源使用户使用起来十分方便。2.4.1 mc9s12dg128单片机的内部结构及引脚功能mc9s12系列单片机简称s12系列单片机。典型的hc12总线频率为8mhz，而典型的s12总线速度为25mhz。总线速度指的是cpu执行一条基本指令的速度。cpu12是高速的16位处理单元，指令集兼容以前的版本m68hc12，m68hc12的源代码不经修改就能拿到cpu12内核的单片机上使用。hc12和s12指令完全兼容，故在很多场合下，写成hcs12系列单片机。从hc12到s12，单片机的功能有所增强，包括运行频率的提高和功能模块的增加、增强。与多数单片机的仿真调试方式不同，mc9s12具有的背景调试模块为单片机的开发提供了便利，bdm能在单片机运行时对单片机动态调试。丰富的外设和i/o资源是mc9s12系列单片机的一大特色。多数引脚具有复用功能，给用户提供了很大的灵活性。mc9s12系列单片机的a口、b口在扩展方式下作为分时复用的地址/数据总线，e口的部分口线作为控制总线，在系统扩展的时候使用。每一种接口都具有双重功能，即通用i/o功能和特殊接口功能，在单片模式下，甚至a口、b口和e口的一部分也可以用作通用i/o口。这些双重功能的i/o口本身及其控制逻辑完全集成在mcu内部，其体积、功耗、可靠性、应用简单方便程度都与用户扩充的i/o口有着重要的区别。单线背景调试模式（bdm）和时钟监视部分用于开发支持和运行安全，更是他的特色。内部flash程序存储器容量达256kb，可以用来保存程序和原始数据，在正常工作是没有被改写的危险。12kb的ram存储器可以用作堆栈、保存中间结果及动态数据，甚至可以在调试时存放程序。4kb的eeprom可以保存组态、设置信息等半永久数据。16位的cpu12具有16位乘法和32位除16位的整数乘除运算指令，内部设有指令队列，最小总线周期仅为40ns，i/o与存储器统一编址。特有的bdm调试方式无需仿真器，可以实现硬件断点、条件断点、在线调试等全部调试功能，外部只需简单的接口和相应的软件即可。内部集成了看门狗功能，可以保证程序跑飞后快速恢复。时钟监视更具特色，它可以监视系统时钟的运行异常，例如时钟频率下降等，两者结合等于为系统安全加了双保险。内部集成的外设除了常规的定时器、串行接口、并行接口以外，还包括atd、ect、spi、bdlc、can等，其中atd有16个10位模拟输入通道，内部具有多路器和采样保持，可以设定各种采样方式，可以采用中断方式工作。定时器模块具有8个独立可编程通道，每个通道可以单独设置成输入捕捉/输出比较方式。集成的串行接口sci有2个，spi有3个，工作方式及参数可以根据应用要求设置。内部8个8位的pwm通道可以组合成4个16位通道。bdlc和can总线接口使系统可以直接接入相应的小型局域网。此外，mc9s12还具有暂停和等待模式，在满足要求的前提下，可以最大限度地降低功率消耗。mc9s12有两种典型的封装形式，即lqfp112和qfp80。其中除了地址、数据、控制等三总线外，主要是i/o引脚，多数引脚具有两种或更多功能。1.电源相关引脚（1）vddr和vssr数字电源和接地引脚外部电源和地引脚，提供i/o驱动和电压调整器的输入。为了满足信号的快速上升要求，一般要求电源能提供瞬时大电流，因此要在两个之间放置旁路电容，并且要尽量靠近mcu，具体旁路要求取决于mcu引脚的负载。（2）vddx和vssxi/o电源和接地引脚外部电源和地引脚，提供i/o驱动。要在两个之间放置旁路电容，并且要尽量靠近mcu。（3）vdda和vssaadc转换模块电源和接地引脚为电压调整器和ad转换器提供电源和地，同时为内部电压调整器提供参考电压。两个引脚之间需要放置旁路电容。（4）vrh和vrladc参考电源输入引脚ad转换器的参考电压输入引脚，其精度和稳定性直接影响转换结果，因此这路电源要求品质较高，不能受数字部分的影响，但功率较小，单独供电既经济又容易实现。（5）vdd1.2和vss1.2外部2.5v供电引脚用两对引脚，直接对内部2.5v内核供电。如果内部电压调整器使能，2.5v来自于电压调整器，不需要外部提供，这两组电源引脚上不能放置静态负载。如果vregen引脚接地，内部电压调整器关闭，这两对引脚上需要提供外部2.5v电源。（6）vddpll和vsspll振荡器和锁相环供电引脚电压调整器关闭时，该引脚必须接2.5v。电压调整器工作时，该引脚的电压由电压调整器提供。（7）vregen电压调整模块选择引脚该引脚拉高则使能内部电压调整器，该引脚拉低则禁止内部电压调整器。若vregen接地，内部电压调整器禁止，不能输出2.5v电压，vdd1.2和vddpll需要的2.5v必须由外部提供。2.模式选择引脚mc9s12单片机指定三个引脚modc(bkgd)、modb(pe6)、moda(pe5)来设定单片机的运行模式。模式选择见表。3.扩展模式下用到的引脚（1）a口（pa7pa0）和b口（pb7pb0）地址、数据总线引脚在宽扩展模式下，a口和b口做分时复用的数据和地址总线，与通用i/o口a、b共享引脚。其中，pa7pa0引脚分时用作d15d8和a15a8，pb7pb0引脚分时用作d7d0和a7a0。表2.1 mc9s12单片机运行模式选择bkgd(modc)pe6(modb)pe5(moda)模式选择地址线宽度数据线宽度000特殊单片模式00001仿真扩展窄模式168010测试模式1616011仿真宽扩展模式1616100普通单片模式00101普通窄扩展模式168110特殊外设模式111普通宽扩展模式1616在窄扩展模式下，b口德引脚用作地址总线的低8位，a口供高8位地址总线和8位数据总线分时使用。在该模式下，处理16位数据需要两个连续的总线周期，第一个周期用于处理高位字节，下一个周期处理低位字节。各个地址引脚的状态应该在e时钟的上升沿锁存，要让外部器件获得最长的地址建立时间，因此要用到锁存器。单片模式下，这两个口可作为通用i/o口。（2）pe4(eclk)地址锁存引脚eclk是内部总线时钟的对外输出引脚，用于地址、数据总线分离，也用作定时基准。复位后其频率为晶振频率的一半。在宽扩展模式下，必须用地址锁存器（74hc574等），生成地址信息。eclk的上升沿将pta口和ptb口的地址信息锁存到锁存器，然后释放这两个端口，使其成为数据通道。（3）pe2(r/)读写信号引脚r/ 引脚在所有模式下都可以用作i/o，通过e口设置寄存器pear中的rdwe位置位来启用该引脚的读写控制功能。扩展模式下对扩展的存储器和i/o电路进行数据读/写控制。（4）pe3()片选信号引脚在所有模式下都可以用作i/o，通过e口设置寄存器pear中的rdwe位置位来启用该引脚的写控制功能。该引脚可以用作选通控制访问规范字时地址a0和分别作用高位和低位数据单元的片选信号。在特殊扩展模式下，该引脚也用作，并与分时占用引脚。（5）pk7()片内程序存储器选择引脚扩展方式下，该引脚用作仿真片选信号输出。配置扩展方式时该引脚用来使能片上的flash。 4.系统功能引脚（1）xtal和extal、xfc锁相环外接滤波电容端xtal和extal分别是晶体驱动和外部时钟输入引脚。extal既可接晶振，也可接cmos兼容的时钟信号，驱动内部时钟产生电路，器件中所有时钟信号都源于该引脚输入的时钟。xtal是晶体驱动输出，当extal外接时钟时，该引脚必须悬空。xfc是锁相环滤波引脚。应注意串联和并联晶振电路的构成。（2）pe7(noacc/)外部震荡电路方式选择当使用串行振荡电路时，该引脚要拉高；当使用并行振荡电路时，该引脚要接地。（3）复位引脚低有效的双向控制信号。当作为输入时，外部的低电平用来初始化mcu的初始状态。如果时钟监视或cop看门狗电路检测到内部故障，该引脚作为开漏输出，对外指示这种状态。mcu进入复位是异步方式，结束复位是同步方式，这使得器件即使在时钟失效的情况下也可以进入真正的复位状态，同时又可以在复位结束后以同步方式开始运行。一次复位是内部还是外部引起的，是可以判别的。内部复位首先将该引脚拉低并保持131134个系统时钟周期然后释放该引脚，再过64个系统时钟周期采样该引脚电平，如果该引脚回到了高电平，说明复位是由时钟监视器或cop看门狗电路引起的，cpu将取得时钟监视器或cop看门狗电路的复位向量；如果该引脚仍然是低电平，就确定为外部复位，将取得外部复位的向量。（4）pe1()可屏蔽中断请求可屏蔽外部中断输入脚，可通过程序选择（中断控制寄存器intcr）该引脚是否和中断逻辑相连，以及下降沿或电平触发方式。复位后，默认为电平触发方式，同时在条件码寄存器中中断被屏蔽。可以通过软件清零或置位ccr寄存器中的1位来使能或禁止所有可屏蔽的中断，当然也包括中断。（5）pe0()不可屏蔽中断请求该不可屏蔽外部中断引脚提供了一种复位初始化后申请非屏蔽中断的手段。在复位阶段，ccr寄存器中的x位和i位被置1，在mcu通过软件允许以前，任何中断都被屏蔽。系统初始化后，可以通过软件清零x位，从而使能该中断。x位一旦清零，就不能再通过软件方式将该位置1了。该中断申请经常用于系统掉电、硬件故障等场合。（6）bkgd背景调试引脚采用自定义协议，通过bdm调试工具进行单线双向通信，进行实时在线调试。5.输入/输出部分mcu片上集成了十余个i/o接口，其中有通用并行i/o口（一般每口8个外部引脚）以及sci、pwm、adc、i2c、can等专用子系统。复位后所有i/o引脚默认设置为通用的i/o输入，当专用子系统激活后，自动变更为专用功能。mc9s12输入输出口包括pta、ptb、pte、pth、ptj、pts、ptp、ptk、ad0、ad1等。（1）a、b口在扩展方式下为地址数据分时复用总线，但在芯片模式下为通用i/o。输入可选内部上拉，输出具有降功率驱动功能。（2）e口用于总线控制和中断请求，余下其他引脚可作通用i/o。输入可选内部上拉，输出具有降功率驱动功能。（3）ad口atd子系统输入或通用输入引脚。复位后默认为通用i/o输入引脚并且只能做输入。atd模块使能后，用作模拟输入。（4）k口扩展方式下外部总线的扩展地址线、仿真片选输出或通用i/o。复位后为通用i/o引脚。输入可选内部上拉，输出具有降功率驱动功能。（5）t口i/o与增强型捕捉定时器共享引脚。复位后为通用i/o引脚，定时器功能使能后，用作输入捕捉或输出比较或脉冲累加输入。输入可选内部上拉，输出具有降功率驱动功能。（6）p口spi、脉宽调制输出、i/o中断或通用i/o。复位后为通用i/o引脚，要使用某种特殊功能，可以通过置位相应功能寄存器的使能位来实现。（7）s口sci、spi或通用i/o。复位后为通用i/o引脚。sci或spi使能后，对应引脚的通用i/o关闭。（8）m口i/o与can、bdlc共享。复位后位通用i/o引脚。can或bdlc使能后，对应引脚的通用i/o关闭。（9）j口i/o与c、can、i/o中断共享。复位后为通用i/o引脚。特殊功能使能后，对应引脚的通用i/o关闭。（10）h口i/o与i/o中断共享。复位后为通用i/o引脚。特殊功能使能后，对应引脚的通用i/o关闭。2.4.2 mc9s12dg128mcu的功能模块本设计所使用的hcs12系列的mc9s12dg128mcu，其内部主要由mcu的基本部分和can功能模块组成。1.时钟和复位产生模块、存储器与封装形式时钟和复位产生模块crg(clock and reset generator)包括地电流振荡器或是标准振荡的选择、锁相环时钟频率放大器、看门狗、实时中断和时钟监控器。存储器包括128kb的flash eeprom、8kb的ram、2kb的eeprom。dg128采用80引脚tqfp和112引脚lqfp两种形式的封装，具有5v输入和驱动能力，cpu的工作频率可达到50mhz，总线频率可达到25mhz，并支持单线背景调试模式（bdm）,可以在线设置硬件断点。2.丰富的i/o口（1）通过i/o接口：29路独立的数字i/o接口，20路带中断和唤醒功能的数字i/o接口。（2）a/d转换接口：两个8通道的10位a/d转换器、具有外部转换触发能力。（3）can总线接口：内部继承了3个can协议控制器mscan12模块，符合can2.0a/b协议标准；可编程传输速率达1mb/s；具有5个接收缓冲区和3个发送缓冲区；灵活的标识符滤波模式，可配置成2个32位过滤码或4个16位过滤码，或者8个8位过滤码；含有4个独立的中断输入引脚rx、tx、errpr和wake-up；内置低通滤波的唤醒功能。（4）输入捕捉/输出比较与pwm:具有8通道的输入捕捉/输出比较，还具有8个可编程pwm通道，可配置成8通道8位或4通道16位pwm，其每个通道的周期和占空比均可通过编程独立设置。可编程的时钟选择逻辑，使得输出脉冲的频率可设定在较宽的范围内。（5）串行通信借口：具有2个串行异步通信接口sci、2个同步串行外设接口spi、bytef-light、inter-ic总线以及sae j1850 class b数据通信网络接口。3.dg128的单片运行模式单片运行模式又分成普通单片运行模式和特殊单片运行模式。单片运行模式包括是dg128mcu最常用的一种运行模式。系统复位时，若cpu检测到mode（pe5）和mode(pe6)引脚为低电平，则进入单片运行模式。普通单片模式是正常运行应用程序时应使用的模式；而特殊单片模式又成为背景调试模式，顾名思义，是需要进行背景调试时应使用的模式。在mcu复位时，若引脚modc（bkgd）为低电平，则进入特殊单片模式；反之，则进入普通单片模式。 4.dg128的扩展运行模式dg128的扩展运行模式允许通过cpu外部总线扩展ram、flash、i/o等。扩展运行模式又有窄扩展和宽扩展之分。前者使用8位外部数据总线，后者使用16位外部数据总线。dg128mcu采用地址和数据总线复用的形式实现外部总线的扩展，在mcu的a口和b口的16位上交替出现地址、数据信号。扩展时，地址总线信号通过外部锁存电路得到；数据信号可直接使用a口（8位窄模式）或a口和b口（16位宽模式）。k口的6位给出页面地址的高位，e口给出总线控制信号。由于dg128 80引脚mcu的a口、b口、k口都没有引出，因此80引脚的dg128单片机不能使用扩展运行模式。扩展运行模式也有普通运行模式和特殊运行模式之分，其分别时有些寄存器只能在特殊模式下读/写。另外，还有仿真扩展模式，在该模式小，可以看到总线上的控制信号，可接逻辑分析仪用于调试。第三章 can总线概述can总线是应用在生产现场,在微机化测量控制设备之间实现双向串行节点数字通信的系统。也可称为开放式、数字、多点通信的底层控制网络。3.1 概念can (controller area network)总线，又称控制器局域网，是bosch公司在现代汽车技术中领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越的性能，极高的可靠性，独特灵活的设计和低廉的价格，现已广泛应用于工业现场控制、智能大厦、小区安防、交通工具、医疗仪器、环境监控等众多领域。can已被公认为几种最有前途的现场总线之一。can总线规范已被iso国际标准组织制订为国际标准，can协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连参考模型基础上的，主要工作在数据链路层和物理层。用户可在其基础上开发适合系统实际需要的应用层通信协议，但由于can总线极高的可靠性，从而使应用层通信协议得以大大简化。随着can在各种领域的应用和推广，对其通信格式标准化的要求日益增长。1991年9月philips semiconductors制定并发布了can技术规范。该技术规范包括a和b两部分。can2.0a给出了can报文标准格式，由以下三层组成：（1）对象层；（2）传输层；（3）物理层。对象层负责处理消息比如选择传输或接受消息，作为传输层和cpu上运行的应用程序之间的接口。传输层确保消息符合协议，而物理层实际发送和接受消息。而can2.0b给出了标准和扩展的两种格式，由数据链路层和物理层组成，数据链路层依次由逻辑链路（llc）子层和中间访问控制子层（即mac子层）组成。llc子层、mac子层以及物理层与can2.0版a部分中的对象层、传输层和物理层一一对应。此后，1993年11月iso正式颁布了道路交通运输工具数据信息交换高速通信控制器局域网（can）国际标准iso11898，为控制器局域网的标准化、规范化铺平了道路。简单的can总线系统主要由上位机和位控制器构成，如图3.1所示。包括个人计算机和can的接口（can适配卡、若干can网络节点）。can适配卡是实现上位机系统和can总线的连接接口，作用和以太网网卡相同。带can适配卡的上位机在can总线系统中相当于一个网络节点。 图3.1 简单的can总线系统 can是多主发送的网络结构，从can的角度无所谓主从节点的概念，但是在有些具体的应用中，为了系统的可靠性及整体设计的考虑，还是分主节点和从节点的。can总线系统的节点：（1）节点的概念：一般指挂在can总线上的传感部件、执行部件或控制器单元，can总线是通过允许节点间对等的传播数据来实现网络通信的（单向或双向）。（2）节点的组成：由于受总线收发器物理信号驱动能力的限制，在一个can总线网络上，最多可挂接110个节点设备，其结构如图3.2所示。图3.2 典型的can节点can总线系统的拓扑结构：（1）基于can的拓扑概念：网络拓扑结构设计是构建计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络的性能、可靠性和通信费用等都有很大影响。can网络中也存在着各种拓扑结构。（2）常用的can总线系统拓扑结构：一般有4种常见的拓扑结构总线结构、环形结构、星形结构、网状结构。3.2 can总线的主要特点1、can是目前为止惟一有国际标准的现场总线。2、can为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从。3、在报文标识符上，can上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求。4、can采用非破坏总线仲裁技术。5、can节点只需要通过对报文的标识符滤波即可以实现点对点、一点对多点及全局广播等方式传送接收数据。6、can的直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可达1mbps（此时通信距离最长为40m）。7、can上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个。8、报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低。9、can的每帧信息都有crc校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。10、can的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。11、can节点在错误严重的情况下，具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。12、can总线具有较高的性价比。3.2 can总线的位数值表示 can中的总线数值为两种互补逻辑数值之一：“显性”或“隐性”。“显性”( “dominant”)数值表示逻辑“0”，而“隐性”( “recessive”)表示逻辑“1”。 “显性”和“隐性”位同时发送时，最后总线数值将为“显性”。图3.3 can总线的数值表示3.3 can总线的通信距离can总线上任意两个节点之间的最大传输距离与其位速率有关，下表列举了相关的数据。表3.1 can总线的通信距离图3.4 can总线的分层结构3.4 can总线的分层结构can通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式。can层的定义与开放系统互连模型osi一致。can的规范定义了模型的最下面两层：数据链路层和物理层，其中数据链路层又划分为逻辑链路控制子层（llc）和媒体访问控制子层（mac），应用层协议可以由can用户定义成适合特别工业领域的任何方案，如已在工业控制和制造业领域得到广泛应用的协议标准devicenet，以及在汽车工业中被大量使用的canopen协议等。具体分层结构如图3.4所示。3.5 can报文的帧结构有两种不同的帧格式，不同之处为标识符域的长度不同：含有11位标识符的帧为标准帧，含有29位标识符的帧为扩展帧。1.帧类型：数据帧、远程帧、错误帧、过载帧。数据帧用于传输数据，远程帧用于请求数据，超载帧用于扩展帧序列的延迟时间，而当局部检测出错条件后产生一个全局信号出错帧数据帧： 图3.5 can报文的数据帧图3.6标准帧与扩展帧帧起始（sof）：标志数据帧和远程帧的起始，仅由一个显性位组成。仲裁场：标准帧和扩展帧的仲裁场格式不同。远程发送请求位rtr在数据帧中为显性；在远程帧中为隐性。标识符扩展位ide在标准帧中为显性；在扩展帧中为隐性。替代远程请求位srr是一隐性位，它在扩展帧中标准帧的rtr位的位置被发送，因而替代标准帧的rtr位。当标准帧与扩展帧发送冲突时，而扩展帧的基本id同标准帧的标识符一样时，标准帧优先于扩展帧。控制场：包括数据长度码和两个保留位，这两个保留位必须发送显性位。数据长度码为四位，它指出了数据场的字节数目。标准格式中控制场包括数据长度代码、ide位（显性）及保留位r0；扩展格式中控制场包括数据长度代码、两个保留r1和r0。数据场：由0-8字节数据组成，每字节包含8个位。crc场： crc场包括crc序列，后随crc界定符。