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本书以全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛组委会推荐使用的飞思卡尔MC9S12XS128为主，详细讲述MC9S12XS128单片机的原理以及嵌入式系统的开发技术。本书首先介绍嵌入式系统和HCS12系列单片机的基础知识，对C语言的嵌入式编程进行了简要的说明，然后对MC9S12XS128的输入/输出端口、中断系统、脉宽调制、模/数转换、定时器、定时器、SPI和I2C等模块进行了详实的讲解，并给出相应的应用实例，最后针对全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛给出综合应用实例。读者对象：本书面向工科电气类、计算机类、机电一体化类和仪器仪表类等相关专业的高年级本科生和研究生，适合参加全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛的参赛人员参考，同时也适用于从事嵌入式应用开发的工程技术类人员。

第1章  嵌入式系统简介	1
1.1  嵌入式系统	1
1.1.1  系统	1
1.1.2  嵌入式系统	1
1.1.3  嵌入式系统的分类	2
1.2  嵌入式系统硬件	3
1.2.1  嵌入式微处理器	3
1.2.2  嵌入式微控制器	3
1.2.3  嵌入式DSP处理器	4
1.2.4  嵌入式片上系统	4
1.3  嵌入式系统软件	4
1.4  嵌入式操作系统	5
1.4.1  嵌入式操作系统的种类	5
1.4.2  嵌入式操作系统的发展	5
1.4.3  使用实时操作系统的必要性	6
1.4.4  实时操作系统的优缺点	6
1.5  嵌入式系统开发方法	6
第2章  Freescale HCS12和HCS12X系列单片机简介	8
2.1  HCS12系列单片机概述	8
2.1.1  HCS12系列单片机的命名规则	8
2.1.2  HCS12系列单片机简介	9
2.2  HCS12X系列单片机概述	10
2.2.1  HCS12X系列单片机主要特点	10
2.2.2  XGATE协处理器与主处理器的关系	11
2.2.3  XGATE的基本特性	12
2.2.4  典型S12X系列单片机简介	14
2.3  MC9S12XS128简介	15
2.3.1  MC9S12XS128性能概述	15
2.3.2  MC9S12XS128内部结构、主要特性及引脚	15
2.3.3  MC9S12XS128引脚功能	24
2.4  CPU12(X)核	27
2.4.1  CPU12(X)核特性	27
2.4.2  编程模型	27
2.5  MC9S12XS128的存储器映射	30
2.6  MC9S12XS128内部锁相环模块PLL	31
2.6.1  CRG时钟合成寄存器（SYNR）	32
2.6.2  CRG时钟参考分频寄存器（REFDV）	32
2.6.3  CRG时钟后分频寄存器（POSTDIV）	33
2.6.4  CRG标志寄存器（CRGFLG）	33
2.6.5  CRG时钟选择寄存器（CLKSEL）	34
2.6.6  CRG IPLL控制寄存器（PLLCTL）	35
2.6.7  CRG中断使能寄存器（CRGINT）	36
2.6.8  CRG IPLL模块应用实例	36
第3章  S12X指令系统	38
3.1  概述	38
3.2  S12X汇编指令的格式和符号说明	38
3.2.1  操作码和操作数	39
3.2.2  数据类型	39
3.2.3  数据表示方法	39
3.2.4  寄存器和存储器表示法	40
3.3  寻址方式（Addressing Mode）	40
3.3.1  隐含/固有寻址（Inherent Addressing，INH）	40
3.3.2  立即寻址（Immediate Addressing，IMM）	41
3.3.3  直接寻址（Direct Addressing，DIR）	42
3.3.4  扩展寻址（Extended Addressing，EXT）	42
3.3.5  相对寻址（Relative Addressing，REL ）	43
3.3.6  变址寻址（Indexed Addressing，IDX）	44
3.3.7  全局寻址（Global Page Index Register）	50
3.4  S12X汇编指令系统	50
3.4.1  数据传送指令	50
3.4.2  算术运算指令	58
3.4.3  逻辑运算指令	66
3.4.4  高级函数指令	71
3.4.5  程序控制指令	74
3.4.6  S12X控制指令	77
3.5  汇编程序伪指令	79
3.5.1  段定义指令	79
3.5.2  常量赋值指令	81
3.5.3  常量存储指令	82
3.5.4  分配变量指令	84
3.5.5  汇编控制指令	85
3.5.6  符号链接指令	85
第4章  C语言的嵌入式编程	87
4.1  编程语言的选择	87
4.2  C语言编程元素	88
4.2.1  全局变量和局部变量	88
4.2.2  头文件	88
4.2.3  编译预处理	89
4.2.4  数据类型	91
4.2.5  运算符	93
4.2.6  指针	95
4.2.7  条件语句、循环语句及无限循环语句	95
4.2.8  函数	98
4.3  C程序编译器与交叉编译器	101
4.4  CodeWarrior软件简介	102
4.4.1  CodeWarrior的安装	102
4.4.2  CodeWarrior使用简介	104
第5章  MC9S12XS输入/输出端口模块及其应用实例	110
5.1  输入/输出端口简介	110
5.2  输入/输出端口寄存器及设置	110
5.2.1  PORTA、PORTB、PORTE和PORTK	112
5.2.2  PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和PORTJ	114
5.2.3  A/D端口用做数字I/O口	116
5.3  输入/输出端口应用实例	118
5.3.1  控制输出设备LED实例	118
5.3.2  读取输入设备拨码开关状态实例	120
5.4  输入/输出端口在智能车系统中的应用	121
5.4.1  键盘接口设计	121
5.4.2  LED显示接口设计	122
5.4.3  LCD显示接口设计	124
第6章  MC9S12系列中断系统	129
6.1  MC9S12系列中断系统概述	129
6.1.1  复位	130
6.1.2  中断	131
6.2  MC9S12系列中断优先级	132
6.3  MC9S12系列中断程序应用实例	135
第7章  MC9S12XS系列脉宽调制模块及其应用实例	139
7.1  PWM模块概述	139
7.2  PWM模块结构组成和特点	139
7.3  PWM模块寄存器及设置	140
7.3.1  PWM使能寄存器（PWME）	141
7.3.2  PWM极性寄存器（PWMPOL）	142
7.3.3  PWM时钟选择寄存器（PWMCLK）	143
7.3.4  PWM预分频时钟选择寄存器（PWMPRCLK）	144
7.3.5  PWM居中对齐使能寄存器（PWMCAE）	145
7.3.6  PWM控制寄存器（PWMCTL）	146
7.3.7  PWM比例因子A寄存器（PWMSCLA）	148
7.3.8  PWM比例因子B寄存器（PWMSCLB）	148
7.3.9  PWM通道计数器（PWMCNT）	149
7.3.10  PWM通道周期寄存器（PWMPER）	149
7.3.11  PWM通道占空比寄存器（PWMDTY）	150
7.3.12  PWM关闭寄存器（PWMSDN）	152
7.4  PWM模块应用实例	153
7.5  PWM模块在智能车系统中的应用	155
7.5.1  应用PWM模块控制直流电动机	155
7.5.2  应用PWM模块控制伺服电动机	157
第8章  MC9S12XS128模/数转换模块及其应用实例	159
8.1  ATD模块概述	159
8.2  ATD模块结构组成和特点	159
8.3  ATD模块寄存器及设置	161
8.3.1  ATD控制寄存器0（ATDCTL0）	161
8.3.2  ATD控制寄存器1（ATDCTL1）	162
8.3.3  ATD控制寄存器2（ATDCTL2）	164
8.3.4  ATD控制寄存器3（ATDCTL3）	165
8.3.5  ATD控制寄存器4（ATDCTL4）	167
8.3.6  ATD控制寄存器5（ATDCTL5）	167
8.3.7  ATD状态寄存器0（ATDSTAT0）	169
8.3.8  ATD比较使能寄存器（ATDCMPE）	170
8.3.9  ATD状态寄存器2（ATDSTAT2）	170
8.3.10  ATD输入使能寄存器（ATDDIEN）	171
8.3.11  ATD比较大于寄存器（ATDCMPHT）	171
8.3.12  ATD转换结果寄存器（ATDDRn）	172
8.4  ATD模块应用实例	173
8.5  ATD模块在智能车系统中的应用	174
8.5.1  ATD模块在基于光电管路径识别方案中的应用	174
8.5.2  ATD模块在基于摄像头路径识别方案中的应用	176
第9章  MC9S12XS128定时器模块及其应用实例	180
9.1  TIM模块概述	181
9.2  TIM模块结构和工作原理	181
9.2.1  TIM模块结构	181
9.2.2  TIM模块工作原理	181
9.2.3  TIM模块寄存器	184
9.2.4  TIM模块中断系统	186
9.3  TIM模块的自由运行计数器和定时器基本寄存器及设置	187
9.3.1  自由运行主定时器与时钟频率设置	187
9.3.2  TIM模块基本寄存器及设置	188
9.4  TIM模块的输入捕捉功能及寄存器设置	191
9.4.1  TIM模块输入捕捉功能	192
9.4.2  与输入捕捉功能相关的寄存器及设置	192
9.5  TIM模块的输出比较功能及寄存器设置	195
9.5.1  TIM模块输出比较功能	195
9.5.2  与输出比较功能相关的寄存器及设置	196
9.6  TIM模块的脉冲累加器功能及寄存器设置	199
9.6.1  TIM模块脉冲累加器功能	199
9.6.2  与脉冲累加器相关的寄存器及设置	201
9.7  TIM模块应用实例	203
9.7.1  输入捕捉功能应用实例	203
9.7.2  输出比较功能应用实例	205
9.7.3  脉冲累加器功能应用实例	211
9.8  TIM模块在智能车系统中的应用	215
9.8.1  TIM模块输入捕捉功能在智能车系统中的应用	215
9.8.2  TIM模块脉冲累加器功能在智能车系统中的应用	215
第10章  MC9S12XS128周期性中断定时器模块及其应用实例	217
10.1  PIT模块概述	217
10.2  PIT模块结构和工作原理	217
10.2.1  PIT模块结构	217
10.2.2  PIT模块工作原理	218
10.3  PIT模块寄存器及设置	220
10.3.1  PIT控制和强制装载微定时寄存器（PITCFLMT）	221
10.3.2  PIT强制装载定时寄存器（PITFLT）	221
10.3.3  PIT通道使能寄存器（PITCE）	222
10.3.4  PIT复用寄存器（PITMUX）	222
10.3.5  PIT中断使能寄存器（PITINTE）	222
10.3.6  PIT超时标志寄存器（PITTF）	223
10.3.7  PIT微定时装载寄存器0和1（PITMTLD0/1）	223
10.3.8  PIT装载寄存器0～3（PITLD0～3）	223
10.3.9  PIT计数寄存器0～3（PITCNT0～3）	224
10.4  PIT模块应用实例	224
10.5  PIT模块在智能车系统中的应用	226
第11章  MC9S12XS系列串行通信接口模块及其应用实例	234
11.1  SCI模块概述	234
11.2  SCI模块结构组成和特点	234
11.3  SCI模块寄存器	235
11.3.1  SCI波特率寄存器（SCIBDH，SCIBDL）	236
11.3.2  SCI控制寄存器1（SCICR1）	237
11.3.3  SCI可选状态寄存器1（SCIASR1）	238
11.3.4  SCI可选控制寄存器1（SCIACR1）	239
11.3.5  SCI可选控制寄存器2（SCIACR2）	240
11.3.6  SCI控制寄存器2（SCICR2）	240
11.3.7  SCI状态寄存器1（SCISR1）	241
11.3.8  SCI状态寄存器2（SCISR2）	243
11.3.9  SCI数据寄存器（SCIDRH，SCIDRL）	244
11.4  SCI模块应用实例	244
11.5  SCI模块在智能车系统中的应用	248
第12章  MC9S12系列SPI和I2C模块及其应用实例	251
12.1  SPI模块	251
12.2  SPI模块结构组成和特点	252
12.3  SPI模块寄存器及设置	253
12.3.1  SPI控制寄存器1（SPICR1）	253
12.3.2  SPI控制寄存器2（SPICR2）	255
12.3.3  SPI波特率寄存器（SPIBR）	256
12.3.4  SPI状态寄存器（SPISR）	258
12.3.5  SPI数据寄存器（SPIDR：SPIDRH，SPIDRL）	260
12.4  SPI模块应用实例	260
12.5  I2C总线接口	262
12.5.1  I2C总线概述	262
12.5.2  I2C总线工作原理	263
12.6  I2C模块结构组成和特点	265
12.7  I2C模块寄存器及设置	266
12.7.1  I2C总线地址寄存器（IBAD）	267
12.7.2  I2C总线分频寄存器（IBFD）	267
12.7.3  I2C总线控制寄存器（IBCR）	268
12.7.4  I2C总线状态寄存器（IBSR）	269
12.7.5  I2C总线数据输入/输出寄存器（IBDR）	271
12.8  I2C模块在智能车系统中的应用	271
第13章  综合应用实例	275
13.1  概述	275
13.2  综合应用实例1	275
13.2.1  系统组成	275
13.2.2  A/D输入接口	276
13.2.3  显示接口	276
13.2.4  通信接口	277
13.2.5  应用软件设计	277
13.2.6  软件流程图	281
13.3  综合应用实例2	283
13.3.1  系统组成	283
13.3.2  MircoSD卡接口	283
13.3.3  通信接口	284
13.3.4  SD卡工作电源	284
13.3.5  应用软件设计	284
13.3.6  MircoSD卡应用软件设计	286
13.3.7   软件流程图	288
13.4  综合应用实例3	290
13.4.1  系统组成	291
13.4.2  A/D输入接口	291
13.4.3  显示接口	291
13.4.4  直流电动机驱动接口	291
13.4.5  测速输入信号调理电路	293
13.4.6  伺服电动机驱动接口	293
13.4.7  应用软件设计	293
13.4.8  软件流程图	295
13.5  综合应用实例4	297
13.5.1  系统组成	297
13.5.2  起始线信号检测方法	297
13.5.3  应用软件设计	299
13.5.4  软件流程图	300
附录A  S12汇编指令系统汇总表	303
附录B  S12汇编指令系统汇总表解释说明	317
附录C  S12汇编指令机器码汇总表	322
附录D  S12X汇编指令机器码汇总表解释说明	326
附录E  HS12实验开发平台	327
参考文献	331

前   言
《基于HCS12的嵌入式系统设计》（电子工业出版社，2010年1月出版）自出版起，承蒙读者厚爱，获得广泛关注。为了更好地适应飞思卡尔16位微控制器技术的发展和教学需要，本书在该书基础上修订出版，保持原书风格不变，着眼于最新微控制器技术的发展应用，尽可能多地介绍应用实例，满足读者深入学习的需求。
本书以飞思卡尔16位MC9S12XS系列微控制器（MCU）为主线，以MC9S12XS128微控制器为例，系统地介绍了S12（X）的结构和工作原理，详述了MC9S12XS128各功能模块的结构、原理与使用方法，同时介绍了嵌入式系统的C语言开发方法。
本书采用从理论到实践最后到系统的学习方法，在功能模块介绍中首先讲解模块的原理，然后给出应用实例，最后结合全国大学生智能汽车竞赛，给出了每个模块在智能车系统设计中的应用实例。以智能汽车系统为应用背景，贯穿所有模块的开发使用，构成了完整的嵌入式系统知识体系的介绍。本书最后通过综合应用实例，为读者更详细地介绍了微控制器多个模块综合应用的软/硬件设计方法。
本书面向工科电气类、计算机类、机电一体化类和仪器仪表类等相关专业的高年级本科生和研究生，同时也适用于从事嵌入式应用开发的工程技术人员。
希望通过本书的学习，读者能够掌握嵌入式系统的基本概念，了解飞思卡尔MC9S12XS128微控制器的原理与应用，学会使用C语言进行嵌入式系统的程序设计和嵌入式系统的应用开发。
第1章简要介绍嵌入式系统的基本概念以及嵌入式系统的开发方法。
第2章以飞思卡尔HCS12和HCS12X系列单片机为背景，简要介绍CPU12和CPU12X的结构及特点，使读者初步了解HCS12系列单片机。
第3章详细介绍MC9S12单片机的寻址方式、指令系统和汇编语言程序设计。
第4章介绍C语言在嵌入式系统程序设计中的应用，并简单介绍CodeWarrior集成开发环境的使用方法。
第5章，第7章至第12章分别介绍MC9S12XS128微控制器的输入/输出端口模块、脉宽调制模块、模/数转换模块、定时器模块、周期中断定时器模块、串行通信接口模块、SPI和I2C模块的硬件结构、寄存器功能及应用，并给出各模块在智能车系统中的应用。
第6章介绍MC9S12XS128微控制器的中断系统及中断程序设计方法。
第13章介绍了综合应用实例。
附录A至附录D列出了S12汇编指令系统汇总表、汇总表说明、指令机器码汇总表及其说明。附录E介绍了作者自主开发的本书配套使用的实验系统开发平台，本书大部分应用程序都可以应用于实验系统。
本书是许多人共同努力的成果，全书共分13章。滕勤编写了第3章和第9章；宋曼和陶赞编写了第10章和第13章；其余章节由张阳和吴晔编写，吴晔负责全书统稿。张辉教授仔细审阅了本书内容，自始至终给予指导和帮助，提出诸多建设性的意见。吴祥龙、刘丹、王永杰、徐宝平和丁金凤等同学参与了部分程序的调试和验证工作，感谢参与本书内容整理及程序调试的所有学生。
本书的编写得到了飞思卡尔公司的大力支持，衷心感谢飞思卡尔公司马莉女士和康晓敦先生提供的帮助。
感谢合肥工业大学创新学院的关心支持，特向黄景荣院长、吴文涛副院长和李刚等同仁表示诚挚谢意。
由于作者水平有限，书中不妥之处，敬请读者批评指正。



作  者     
于斛兵塘

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