基于MC68HC908KX2的ICG模塊的應用研究

引言

從8位單片機誕生至今，已近30年，由于芯片技術(shù)的發(fā)展使得單片機處理速度越來(lái)越快。MPU發(fā)展中表現出來(lái)的速度是以時(shí)鐘頻率越來(lái)越高為標志的，而單片機則有所不同，為提高單片機抗干擾能力，降低噪聲，降低時(shí)鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術(shù)發(fā)展的追求。一些8051單片機兼容廠(chǎng)商改善了單片機的內部時(shí)序，在不提高時(shí)鐘頻率的條件下，使運算速度提高了很多，Motorola單片機則使用了鎖相環(huán)技術(shù)或內部倍頻技術(shù)使內部總線(xiàn)速度大大高于時(shí)鐘產(chǎn)生器的頻率。例如MC68HC08單片機使用4.9 MHz外部振蕩器而內部時(shí)鐘達32 MHz，而M68K系列32位單片機使用32 kHz的外部振蕩器頻率可實(shí)現內部時(shí)鐘達16 MHz以上。Motorola單片機突出的特點(diǎn)之一是在同樣速度下所用的時(shí)鐘頻率較Intel類(lèi)單片機低很多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾能力強，更適合用于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。而作為8位單片機家族中的一員，MC68HC908KX2提供了ICG(內部時(shí)鐘發(fā)生器)模塊，無(wú)需外接任何時(shí)鐘產(chǎn)生器件的情況下，通過(guò)軟件設置即可實(shí)現所需的時(shí)鐘信號。

1 ICG模塊的特點(diǎn)及設置方法

在無(wú)需任何外部元件情況下，MC68HC908KX2芯片的ICG模塊能夠給微控制器提供穩定的時(shí)鐘源，ICG模塊通過(guò)CGMXCLK引腳為系統監控模塊、低電壓禁止模塊和其他模塊提供振蕩時(shí)鐘輸出。ICG模塊產(chǎn)生的時(shí)鐘信號也提供給系統集成模塊，用于產(chǎn)生總線(xiàn)時(shí)鐘。此外，ICG模塊還產(chǎn)生時(shí)基時(shí)鐘，該信號被用于時(shí)基模塊。

1.1 ICG模塊的特點(diǎn)

a) 可選的外部時(shí)鐘信號發(fā)生器，一個(gè)引腳接外部時(shí)鐘源或兩個(gè)引腳接晶振，端口引腳可實(shí)現多路轉換。

b) ICG以正常頻率(307.2±25％)kHz的整數倍輸出可編程的頻率。

c) 頻率調整寄存器可以2％變化量對頻率進(jìn)行調整。

d) 總線(xiàn)時(shí)鐘通過(guò)軟件選擇內部或外部時(shí)鐘源，總線(xiàn)頻率范圍是：(76.8±25％)kHz～(9.75±25％)MHz，增加率為76.8 kHz。

e) 對內部和外部時(shí)鐘源都可實(shí)現時(shí)鐘監控。

1.2 ICG模塊的設置方法

ICG模塊通過(guò)設置可產(chǎn)生(307.2±25％)kHz的低頻時(shí)基時(shí)鐘信號IBASE，然后通過(guò)設定ICG模塊的頻率倍數寄存器(ICGMR)的數值，得到系統所需的時(shí)鐘信號ICLK。

使用內部時(shí)鐘模塊通過(guò)以下步驟進(jìn)行：

1) 轉換時(shí)鐘源

在兩個(gè)時(shí)鐘源都處于使能和穩定狀態(tài)時(shí)，可以從一個(gè)時(shí)鐘源轉到另一個(gè)時(shí)鐘源。轉換過(guò)程為：使能所要采用的時(shí)鐘源；等待該時(shí)鐘源穩定；轉換時(shí)鐘；禁止前一個(gè)時(shí)鐘源。該實(shí)現過(guò)程的匯編代碼為(以從內部時(shí)鐘源轉到外部為例)：

2) 使能時(shí)鐘監控電路

在許多應用中，需要時(shí)鐘監控電路在某個(gè)時(shí)鐘源未激活的狀態(tài)下通知系統自動(dòng)使用另一個(gè)已經(jīng)激活的時(shí)鐘源，避免使系統運行發(fā)生故障。使用時(shí)鐘監控模塊的前提是ECGON和ICGON位都置1，其設置過(guò)程為：使能可用的時(shí)鐘源；等待兩個(gè)時(shí)鐘源穩定；如果需要，轉換時(shí)鐘源；使能時(shí)鐘監控；使能時(shí)鐘監控中斷。具體實(shí)現的代碼如下：

3) 量化數控振蕩器的誤差

數控振蕩器主要包括二進(jìn)制權值分配器、可變延遲時(shí)間的振蕩環(huán)、振蕩環(huán)精確調整電路3個(gè)子模塊。以上每個(gè)模塊都影響內部時(shí)鐘的時(shí)鐘周期，因為這些模塊受數字濾波器的輸出寄存器DDIV和DSTG的控制。通過(guò)對這兩個(gè)寄存器的設置，可實(shí)現對輸出時(shí)鐘信號ICLK的值進(jìn)行相應的調整。

4) 改變內部時(shí)鐘頻率

某些情況下可能需要改變內部時(shí)鐘頻率。例如，如果系統復位時(shí)不能提供正確的頻率，或者在低電壓模式下系統時(shí)鐘變慢，必須通過(guò)變程修改內部時(shí)鐘倍頻因子N的值改變內部時(shí)鐘的頻率。這時(shí)需注意，改變內部時(shí)鐘頻率之前必須先禁止時(shí)鐘監控模塊。改變內部時(shí)鐘頻率的步驟如下：通過(guò)讀CMF位的值確定是否存在時(shí)鐘監控中斷；關(guān)閉時(shí)鐘監控模塊；如果需要，轉換到外部時(shí)鐘源；改變N值；如果需要，轉換回到內部始時(shí)鐘源；如果需要，打開(kāi)時(shí)鐘監控模塊。

5) 開(kāi)始正確頻率設置的時(shí)間

由于ICLK的值取決于DCO的輸出值，當某些操作條件發(fā)生改變時(shí)，內部時(shí)鐘不能馬上穩定下來(lái)，ICLK將暫時(shí)以不正確的時(shí)鐘工作。ICLK需要一定的調整時(shí)間才能達到正確時(shí)鐘周期。達到正確時(shí)鐘周期所需要的時(shí)間為：

式中：τ1，τ2分別為調整前、后的時(shí)鐘周期值，令τ15=|44N(τ1-τ2)| ，則常見(jiàn)的時(shí)鐘周期調整表見(jiàn)表1。

6) 調整內部時(shí)鐘發(fā)生器的頻率

由于數據處理、電壓和溫度等原因未經(jīng)過(guò)調整的低頻時(shí)基時(shí)鐘信號IBASE將會(huì )發(fā)生±25％的頻率波動(dòng)，通過(guò)改變內部時(shí)鐘電路的比較電容器的值可以將頻率波動(dòng)值限定在±2％的范圍內。設置TRIM寄存器的值就可以改變比較電容器的值，TRIM寄存器的默認值是$80即128個(gè)單位，對應的默認電容值為512，每增加或減少1個(gè)單位，可對未調整頻率實(shí)現±0.195％的調整。

2 寶馬汽車(chē)故障診斷與復位子系統設計

由于本系統檢測范圍包括對寶馬汽車(chē)大部分部件的檢測及故障恢復，整個(gè)系統構成較復雜，因此，在本文中為了說(shuō)明MC68HC68HC908KX2單片機ICG模塊的應用，選擇本系統的一個(gè)子系統加以說(shuō)明。

2.1 硬件設計

本子系統實(shí)現的功能為機油保養歸零、氣囊故障修復及運行時(shí)間歸零。硬件主控電路如圖1所示。

控制核心采用8位單片機MC68HC908KX2芯片，通過(guò)串行接口線(xiàn)與汽車(chē)內的CPU進(jìn)行通信，并用通用I／O口PTA和PTB分別實(shí)現鍵盤(pán)輸入和輸出顯示功能。由于該單片機采用5 V供電，而汽車(chē)電路工作電壓為12 V，所以本子系統需要設計專(zhuān)門(mén)的接口電路實(shí)現與汽車(chē)的通信，電路見(jiàn)圖2。圖中，RXD和TXD分別連接單片機的串行輸入與輸出端，汽車(chē)的串行輸入、輸出數據通過(guò)單K線(xiàn)傳送給單片機。

2.2 軟件設計

利用指令不斷掃描鍵盤(pán)接口線(xiàn)(PTA1，PTA2)，若按下的是通信鍵則從固定存儲區取固定的oil resct編碼發(fā)送出去，同時(shí)在發(fā)送數據期間通信指示燈不停閃爍3 s，如果按下的是功能選擇鍵，則time inspection，odo inspection，oil reset指示燈依次循環(huán)點(diǎn)亮，選擇相應功能，等待通信鍵按下，如果按下了通信鍵，就發(fā)送相應清故障數據。

在程序中，根據本系統的實(shí)際需要設置：ICGCR、ICGMR、ICGTR及系統配置寄存器CONFIG的值。系統主要源代碼為：

3 結束語(yǔ)

本文介紹了新型單片機芯片MC68HC908KX2內部時(shí)鐘模塊在寶馬汽車(chē)診斷控制系統中的應用，由于采用了內部時(shí)鐘模塊，省略了外部時(shí)鐘電路，從而大大簡(jiǎn)化了系統的硬件設計。實(shí)踐證明，在惡劣電磁環(huán)境中系統工作正常，抗干擾性能力得到很大提高，測得的汽車(chē)故障代碼數據準確可靠。