深入解析Freescale MC9S08QE128系列微控制器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，微控制器扮演著至關(guān)重要的角色。Freescale的MC9S08QE128系列微控制器以其豐富的功能和出色的性能，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中得到廣泛應(yīng)用。本文將對(duì)該系列微控制器進(jìn)行詳細(xì)解析，幫助電子工程師更好地了解和使用這款產(chǎn)品。

文件下載：PC9S08QE64CLH.pdf

一、QFN封裝遷移補(bǔ)充說(shuō)明

Freescale提供了新QFN封裝遷移的補(bǔ)充說(shuō)明。由于部分封裝從金線遷移到銅線，98A外殼輪廓編號(hào)發(fā)生了變化。文檔中給出了舊（金線）封裝與新（銅線）封裝的對(duì)應(yīng)表格，方便工程師查閱。例如，MC68HC908JW32的48 QFN封裝，舊的文檔編號(hào)為98ARH99048A，新的為98ASA00466D。若要查看新的圖紙，可前往Freescale官網(wǎng)，搜索設(shè)備的新98A封裝編號(hào)。對(duì)于QFN封裝的使用，可參考EB806文檔獲取相關(guān)電氣連接建議。

二、MC9S08QE128系列概述

2.1 核心特性

• CPU性能：采用8位HCS08中央處理器單元（CPU），在不同電壓和溫度范圍內(nèi)具有不同的運(yùn)行頻率。例如，在2.4V以上可達(dá)到50.33 - MHz，2.1V以上為40 - MHz，1.8V以上為20 - MHz。支持HC08指令集并新增BGND指令，可支持多達(dá)32個(gè)中斷/復(fù)位源。
• 片上內(nèi)存：具備閃存（Flash），可在全工作電壓和溫度范圍內(nèi)進(jìn)行讀取、編程和擦除操作；還有隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM），并配備安全電路，防止未經(jīng)授權(quán)訪問(wèn)RAM和閃存內(nèi)容。
• 節(jié)能模式：擁有兩種低功耗停止模式和降低功耗的等待模式。外設(shè)時(shí)鐘使能寄存器可禁用未使用模塊的時(shí)鐘，降低電流消耗；在stop3模式下，可保持特定外設(shè)的時(shí)鐘開(kāi)啟。還配備超低功耗外部振蕩器，為活動(dòng)外設(shè)提供精確時(shí)鐘，以及超低功耗實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器，可在運(yùn)行、等待和停止模式下使用內(nèi)部和外部時(shí)鐘源，典型喚醒時(shí)間為6 μs。
• 時(shí)鐘源選項(xiàng)：提供振蕩器（XOSC）和內(nèi)部時(shí)鐘源（ICS）兩種選擇。XOSC為環(huán)路控制皮爾斯振蕩器，支持31.25 kHz至38.4 kHz或1 MHz至16 MHz的晶體或陶瓷諧振器；ICS由內(nèi)部或外部參考控制的FLL控制，內(nèi)部參考的精確微調(diào)可實(shí)現(xiàn)0.2%的分辨率和2%的偏差，支持2至50.33 MHz的CPU頻率。
• 系統(tǒng)保護(hù)：具備看門(mén)狗計(jì)算機(jī)運(yùn)行正常（COP）復(fù)位功能，可選擇從專(zhuān)用的1 - kHz內(nèi)部時(shí)鐘源或總線時(shí)鐘運(yùn)行；支持低電壓檢測(cè)，可選擇復(fù)位或中斷，并具有可選的觸發(fā)點(diǎn)；具備非法操作碼檢測(cè)和復(fù)位功能，以及閃存塊保護(hù)功能。
• 開(kāi)發(fā)支持：提供單線背景調(diào)試接口，具備斷點(diǎn)功能，可在在線調(diào)試時(shí)設(shè)置單個(gè)斷點(diǎn)（另外還有兩個(gè)斷點(diǎn)），片上在線仿真器（ICE）調(diào)試模塊包含兩個(gè)比較器和九種觸發(fā)模式。

2.2 外設(shè)模塊

• ADC：24通道，12位分辨率，轉(zhuǎn)換時(shí)間為2.5 μs，具有自動(dòng)比較功能，內(nèi)置1.7 mV/°C溫度傳感器和內(nèi)部帶隙參考通道，可在stop3模式下工作，在3.6V至1.8V電壓范圍內(nèi)功能完整。
• ACMPx：兩個(gè)模擬比較器，可選擇在比較器輸出的上升、下降或任意邊沿產(chǎn)生中斷，可與固定的內(nèi)部帶隙參考電壓進(jìn)行比較，輸出可選擇路由到TPM模塊，可在stop3模式下工作。
• SCIx：兩個(gè)SCI，支持全雙工非歸零（NRZ）通信，具備LIN主擴(kuò)展中斷生成和LIN從擴(kuò)展中斷檢測(cè)功能，可在活動(dòng)邊沿喚醒。
• SPIx：兩個(gè)串行外設(shè)接口，支持全雙工或單線雙向通信，具備雙緩沖發(fā)送和接收功能，可選擇MSB - first或LSB - first移位。
• IICx：兩個(gè)IIC，最高支持100 kbps的通信速率，支持多主操作，可編程從地址，支持中斷驅(qū)動(dòng)的逐字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸，支持廣播模式和10位尋址。
• TPMx：一個(gè)6通道和兩個(gè)3通道定時(shí)器/脈寬調(diào)制器（PWM），每個(gè)通道可選擇輸入捕獲、輸出比較或緩沖邊沿或中心對(duì)齊PWM。
• RTC：8位模數(shù)計(jì)數(shù)器，具有基于二進(jìn)制或十進(jìn)制的預(yù)分頻器，可使用外部時(shí)鐘源提供精確的時(shí)間基準(zhǔn)，用于日期、日歷或任務(wù)調(diào)度功能，還可使用片上低功耗振蕩器（1 kHz）實(shí)現(xiàn)無(wú)外部組件的循環(huán)喚醒。
• 輸入/輸出：擁有70個(gè)通用輸入輸出（GPIO）引腳，1個(gè)僅輸入引腳和1個(gè)僅輸出引腳，16個(gè)KBI中斷，可選擇極性。所有輸入引腳具有遲滯和可配置上拉設(shè)備，所有輸出引腳可配置壓擺率和驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，部分引腳（PTC和PTE）具備SET/CLR寄存器。

三、不同型號(hào)對(duì)比

文檔中給出了MC9S08QE128系列不同設(shè)備衍生型號(hào)的對(duì)比表格，包括MC9S08QE128、MC9S08QE96和MC9S08QE64。對(duì)比內(nèi)容涵蓋閃存大小、RAM大小、引腳數(shù)量、各外設(shè)模塊的支持情況等。例如，MC9S08QE128的閃存大小為131072字節(jié)，RAM大小為8064字節(jié)；而MC9S08QE64的閃存大小為65536字節(jié)，RAM大小為4096字節(jié)。不同型號(hào)在引腳數(shù)量和外設(shè)模塊支持上也存在差異，工程師可根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)。

四、引腳分配

詳細(xì)描述了不同封裝（80 - LQFP、64 - LQFP、48 - QFN、44 - LQFP、32 - LQFP）的引腳分配情況，并給出了相應(yīng)的表格和圖示。表格中列出了每個(gè)引腳的編號(hào)、端口、替代功能等信息，方便工程師進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和布線。例如，在80 - LQFP封裝中，引腳1對(duì)應(yīng)PTD1，具有KBI2P1和MOSI2等替代功能。

五、電氣特性

5.1 絕對(duì)最大額定值

規(guī)定了設(shè)備的絕對(duì)最大額定值，如電源電壓VDD范圍為–0.3至 + 3.8 V，最大流入VDD的電流IDD為120 mA，數(shù)字輸入電壓VIn范圍為–0.3至VDD + 0.3 V，單個(gè)引腳的瞬時(shí)最大電流ID為± 25 mA，存儲(chǔ)溫度范圍Tstg為–55至150 °C。需要注意的是，這些是應(yīng)力額定值，在最大值下不能保證功能正常運(yùn)行，超過(guò)規(guī)定極限可能影響設(shè)備可靠性或造成永久損壞。

5.2 熱特性

提供了設(shè)備的熱特性信息，包括工作溫度范圍（封裝后為–40至85 °C）、最大結(jié)溫TJM為95 °C，以及不同封裝在單層板和四層板上的熱阻θJA。通過(guò)公式 (T{J}=T{A}+left(P{D} × theta{J A}right)) 可計(jì)算芯片的平均結(jié)溫 (T{J}) ，其中 (T{A}) 為環(huán)境溫度， (P{D}) 為總功耗， (theta{JA}) 為封裝熱阻。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用， (P{I / O}<{int }) 可忽略不計(jì)，通過(guò)測(cè)量 (P{D}) 和 (T{A}) 可確定常數(shù)K，進(jìn)而計(jì)算不同 (T{A}) 下的 (P{D}) 和 (T_{J}) 。