2021年04月07日 | 第二课 MC9S08DZ60之多功能时钟发生器S08MCGV1

1.MC9S08DZ60系统时钟分配（System Clock Distribution）

在使用多用能时钟发生器（MCG）之前，先来了解下这款单片机的系统时钟。

单片机的各个功能器件对命令的执行都是一步一步的进行的，每个步骤的执行都需要一个激励，这个激励就是时钟，在一定的时钟内完成给定的指令，这既是MCU工作的基本原理。可以打个不恰当的比方，MCU的时钟就如人的心脏，心脏的每一跳动，都在给全身各个功能器官输送血液养分和能量。MCU的时钟也是如此，每一个时钟跳动（震荡周期）片上资源（如ALG、SPI、IIC等）都会得到一个指令去执行。也即心脏如时钟发生器，人体器官如MCU上的片上资源，血液养分和能量就如单片机的指令和数据。

大家可以到我的百度盘下载该芯片的中英文的资料https://pan.baidu.com/s/1dgVbkE https://pan.baidu.com/s/1o9qFU5c，进入1.3 System Clock Distribution章节，建议读者先阅读一遍该章节，可以说确实不难，很快就可以知道这个芯片的时钟从产生到送到各个片上资源的路径，以及有几种时钟可以选择。这里我把芯片资料中的系统时钟图Figure 1-2. MC9S08DZ60 System Clock Distribution Diagram 粘贴上来做一个简单的说明，重点是如何为这款单片机配置系统时钟，那就是写代码！其他的多看看。

A.首先从图Figure 1-2 中要能知道这款单片机的片上资源有哪些，它们分别是RTC、COP、TPM1、TPM2、IIC、SCI1、SCI2、SPI、CPU、BDC、ADC、MSCAN、FLASH、EEPROM、LPO、MCG、XOSC。

B.这么多的片上资源咱们如果是一头蒙，不知道他们是干什么的话，那就不要管它们是什么。这课主题是MCG，也就是比拟的心脏，其他的，如CPU就理解为人的大脑，MSCAN就理解为人的嘴巴用来沟通的，FLASH/EEPROM就理解为人的记忆器官， 反正总之这些片上资源它们是能各自完成各自的功能的，如果读者是位初学者且之前没有接触过单片机，那么也没关系，这些器件都会慢慢讲解。

C.看图的左边，MCG这个心脏为MCU片上资源提供了MCGERCLK、MCGIRCLK、MCGFFCLK、MCGOUT、MCGLCLK,并且知道MCG还控制一个（XOSC）外部振荡器以便把晶体或共鸣器用作外部参考时钟。除了MCG外这款单片机内部还有一个LPO 1KHZ的频率发生器只用来给RTC、COP这两个器件工作用。

D.另外右下角有一段英文：The fixed frequency clock(FFCLK) is internally synchronized to the bus clock and must not exceed one half of the bus clock frequency 就是FFCLK这个时钟频率不要大于总线的2倍就可以，其实也不用担心，因为从时钟系统图，看到硬件已经做了÷2的设定.

2.接下来就是看芯片资料的Chapter8 Multi-Purpose Clock Generator（S08MCGV1)来了解这个MCG和怎样去用这个MCG来真正是的单片机工作起来。

很显然，如果读者是第一次接触单片机，你肯定很头痛看这个芯片资料，或许看完之后也不知道怎么去操作这个MCG。即使真是这样，也没关系。不过建议多看看芯片资料，真的会有进步，个人经验，多看几遍就懂了。因为这里面涉及到很多理论概念加之读者的学识以及时间的限制，不啰嗦介绍这个MCG，读者自己看看咯。

3.现在来驱动这个MCG，让它工作起来。

看芯片资料的‘8.3 Register Definition'，一共看到5个寄存器（register），分别是MCGC1、MCGC2、MCGTRM、MCGSC、MCGC3。这里给这些寄存器分类为：MCGC1、MCGC2、MCGC3为控制类，MCGTRM为功能类、MCGSC为状态类。好那就建立三个函数，分别来操作这个三类寄存器吧。这三个函数名就分别取MCG_Control,MCG_Function和MCG_Status。

另外看到每个寄存器中有多个设置项，看下图

每个设置项又有多个选择项，看下图

作者在这里采用没个设置项“位与”“异或非”：的方式来最终组成8字节的寄存器内容和判断寄存器中的值，也就是需要为每一个设置项定义多个define宏，如：#define CLKS_FLL_PLL 00 ;其实code warrior 工程文件加入芯片头文件后 有类似的定义，也无需自己定义的，但是为了自己使用，还是自己写了，俗话说看十遍，不如写一遍--不要笑话哈。

另外还要理解芯片资料的介绍的“8.4.1 Operational Mode”。其中FEI（FLL Engaged Internal）是复位芯片的默认模式，如果要用其他模式，比如FBE(FLL Bypassed External)，直接设置到FBE模式，一步即可，但是要想用PBE(PLL Bypassed External)，那么就要根据（双向）箭头的指示，找最短路线，先设置为FBE，然后在设置为PBE。怎么去切换时钟模式，在8.4.1节下面小节的每个模式说明中都有介绍，这个读者自己去看了，我只把模式切换（Clock Switch Modes）图贴过来：

最后，读者要了解下，MCG内部的机制，建议读者通过一边浏览代码一边看MCG block diagram。通过这种方式，深入了解MCG提供的寄存器中各个设置项所做的事情，具体到MCG内部的详细情况。不同模式对输入的频率都有限制，这在芯片资料中8.5.2 MCG Mode Switching及相关对CLOCK mode说明章节中都有说明，设置的时钟分频一定要符合要求。

4.不善言表，废话也也多，上代码。

变量的重定义

#ifndef _DATA_TYPE_H_H

#define _DATA_TYPE_H_H

typedef char            INT8;

typedef unsigned char   UINT8;

typedef unsigned short  USHORT16;

typedef unsigned int    UNIT16;

typedef unsigned long   ULONG32;

typedef short           SHORT16;

typedef long            LONG32;

typedef unsigned char   BOOL;

#endif

头文件MCG.h

#ifndef _MCG_H_H

#define _MCG_H_H

#ifdef CRYSTAL2M

#define RDIV_PARAM 0x00  //2Mhz的外部时钟频率除16

#else

#ifdef CRYSTAL4M

#define RDIV_PARAM 0x08  //4Mhz的外部时钟频率除32

#else

#ifdef CRYSTAL8M

#define RDIV_PARAM 0x10  //8Mhz的外部时钟频率除64

#else

#define RDIV_PARAM 0x18  //其他频率除128

#endif

#endif

#endif

//MCGC1

/*

         7     6   5 4 3      2       1           0

    R  |---------------------------------------------

       | CLKS    |RDIV   | IREFS | IRCLKEN | IREFSTEN

    W  |---------|-----------------------------------

Reset:  0      0   0 0 0     1        0           0

*/

#define CLKS_SHIFT   6

#define RDIV_SHIFT   3

#define IREFS_SHIFT  2

#define IRCLKEN_SHIFT 1

#define IREFSTEN_SHIFT 0

/*

只设置目标项，不影响其他项目的设置值，如设置CLKS为0b11那么CLKS为0b11，其他的，如

RDIV不会改变，维持原来的值。

value:为目标设定的值，如设RDIV 0b011,那么value=0x03,

shift:为目标设置项在寄存器中的起点，从0开始

具体方式是：先清零设置项，再给已经清零的设置项赋值。

*/

void MCGC1_Target_Set(UINT8 value,UINT8 shift);

/*

Notice!　Put a brandnew value to MCGC1,the pre-Value in MCGC1 will erased.

new value will replace it.

参数setMCGC1可以使用 表1中所有宏定义，如要设置多项，可以用位"与"，来选择多个不同

设置选项。

*/

void MCGC1_Set(UINT8 setMCGC1);

//表1

//Selects the system clock source-----------------------------------------------

  #define MCGC1_RESET 0x04   //芯片重启复位后寄存器初始值

  #define CLKS_SEL_FLL_PLL     0x00//(0x00<<6)    //Output of FLL or PLL is selected.    

  #define CLKS_SEL_INT_REF_CLK 0x01//(0x01<<6)    //Internal reference clock is selected.

  #define CLKS_SEL_EXT_REF_CLK 0x02//(0x02<<6)    //External reference clock is selected.

  #define CLKS_SEL_RESERVED    0x03//(0x03<<6)    //Reserved, defaults to 00.

//Selects the amount to divide down the reference clock selected by the IREFS bit. 

//If the FLL is selected, the resulting frequency must be in the range 31.25kHz to 

//39.0625kHz. If the PLL is selected, the resulting frequency must be in the range

//1 MHz to 2 MHz.

  #define RDIV_1   0x00//(0x00<<3)    //Divides reference clock by 1(reset default)

  #define RDIV_2   0x01//(0x01<<3)   //Divides reference clock by 2

  #define RDIV_4   0x02//(0x02<<3)  //Divides reference clock by 4

  #define RDIV_8   0x03//(0x03<<3)  //Divides reference clock by 8

  #define RDIV_16  0x04//(0x04<<3)  //Divides reference clock by 16

  #define RDIV_32  0x05//(0x05<<3)  //Divides reference clock by 32

  #define RDIV_64  0x06//(0x06<<3)  //Divides reference clock by 64

  #define RDIV_128 0x07//(0x07<<3)  //Divides reference clock by 128     

//Selects the reference clock source.

  #define IREFS_SEL_INT_REF_CLK 0x01//0x01//(0x01<<2)    //Internal reference clock selected

  #define IREFS_SEL_EXT_REF_CLK 0x00//(0x00<<2)    //External reference clock selected

//Enables the internal reference clock for use as MCGIRCLK.

  #define MCGIRCLK_ACTIVE   0x01//(0x01<<1)  //MCGIRCLK active

  #define MCGIRCLK_INACTIVE 0x00//(0x00<<1)  //MCGIRCLK inactive

//Controls whether or not the internal reference clock remains enabled when

//the MCG enters stop mode.

  #define INT_CLK_ENABLE_IN_STOP  0x01    //Internal reference clock stays enabled

                                      // in stop if IRCLKEN is set or if MCG is in 

                                      //FEI, FBI, or BLPI mode before entering stop

  #define INT_CLK_DISABLE_IN_STOP 0x00  //Internal reference clock is disabled in stop

//MCGC2

/*

        7 6   5      4    3    2       1        0

R     ----------------------------------------------

      |BDIV |RANGE| HGO |LP |EREFS |ERCLKEN |EREFSTEN

W     ----------------------------------------------

Reset: 0 1     0     0    0    0      0         0

*/

#define BDIV_SHIFT    6

#define RANGE_SHIFT   5

#define HGO_SHIFT     4

#define LP_SHIFT      3

#define EREFS_SHIFT   2

#define ERCLKEN_SHIFT  1

#define EREFSTEN_SHIFT  0

/*

只设置目标项，不影响其他项目的设置值，如设置BDIV为0b11那么BDIV为0b11，其他的，如

RANGE不会改变，维持原来的值。

value:为目标设定的值，如设BDIV 0b11,那么value=0x03,

shift:为目标设置项在寄存器中的起点，从0开始

具体方式是：先清零设置项，再给已经清零的设置项赋值。

*/

void MCGC2_Target_Set(UINT8 value,UINT8 shift);

/*

Notice!  Put a brandnew value to MCGC2,the pre-Value in MCGC2 will erased.

new value will replace it.

参数setMCGC2可以使用 表2 中所有宏定义，如要设置多项，可以用位"与"，来选择多个不同

设置选项。

*/

void MCGC2_Set(UINT8 setMCGC2);

//表2

//Selects the amount to divide down the clock source selected by the CLKS bits in the

//MCGC2 register. This controls the bus frequency.

  #define MCGC2_RESET 0x40     //MCGC2复位值

  #define BDIV_1 0x00//(0x00<<6)    //Divides selected clock by 1

  #define BDIV_2 0x01//(0x01<<6)    //Divides selected clock by 2 (reset default)

  #define BDIV_4 0x02//(0x02<<6)    //Divides selected clock by 4

  #define BDIV_8 0x03//(0x03<<6)    //Divides selected clock by 8

//Selects the frequency range for the external oscillator or external clock source.

  #define RANGE_1_16_MHZ  0x01//(0x01<<5)   //High frequency range selected for the external 

                                    //oscillator of 1 MHz to 16 MHz

  #define RANGE_1_40_MHZ  0x01//(0x01<<5)    //1 MHz to 40 MHz for external clock source

  #define RANGE_32_100_KHZ  0x00//(0x00<<5)    //Low frequency range selected for the external

                                       // oscillator of 32 kHz to 100 kHz

  #define RANGE_32K_1M_HZ  0x00//(0x00<<5)    //32 kHz to 1 MHz for external clock source.

//Controls the external oscillator mode of operation

  #define HGO_HI_GAIN  0x01//(0x01<<4)    //Configure external oscillator for high gain operation