三．系统硬件设计
3.1定时器（TPM）模块 3.1.1计时器/定时器的工作原理
实现计数与定时的基本方法有三种：完全硬件方式、完全软件方式、可编程计数器/定时器。完全硬件方式使用数字逻辑电路实现，即完全用硬件电路实现计数/定时功能，缺点：通用性差、灵活性差。完全软件方式通过编程，利用计算机执行指令的时间实现定时，优点：节省硬件；缺点：降低了CPU的使用效率、不容易提供多作业环境，可作为实现粗略延时的方法。可编程计数器/定时器的优点：其计数/定时功能可由程序灵活地设置，设定之后与CPU并行地工作，不占用CPU的工作时间。 3.1.2 TPM模块功能概述
TPM(定时器/脉宽调制模块)共有三个模块TPM0/TPM1/TPM2，TPM0有6个通道，TPM1和TPM2只有2个通道。TPM支持输入捕捉、输出比较,并且能够产生PWM信号来控制电机。TPM的基本定时器部分是一个递增的计数器，通过设定模块的溢出值，当计数器递增到该数值时，产生TPM中断，可以通过选择时钟源和溢出值设定该计数器的频率。 1．外部引脚
TPM模块具有基本定时、输入捕捉、输出比较、脉宽调制（PWM）功能。 2．基本结构 1）计数时钟源与分频
TPM的时钟由SIM_SOPT2[TPMSRC]和SIM_SOPT2[PLLFLLSEL]来进行选择。 选择的时钟源的分频因子由状态和控制(TPMx_SC)的PS[2:0]位决定。 2）计数器
TPM具有一个16位计数器，有两种操作模式：上升计数和可逆计数。
上升计数：当(CPWMS = 0)时，上升计数被选中。0值被加载到TPM计数器中,并且计数器增量直到达到MOD中的值,此刻计数器被重载为0。
可逆计数：当(CPWMS = 1)时，可逆计数被选中。当配置为可逆计数时， MOD必须大于等于2。0值被加载到TPM计数器,并且计数器增量直到达到MOD值,此时计数器减量直到它返回0值并且可逆计数重启。
将MCU的串口与PC机相连，TPM每达到1s进行一次计时，并通过串口将计时信息发送给PC机。通过串口调试工具，可以看到时间计数值在递增。TPM模块具有中断使能、初始化、关
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闭操作以及TPM中断处理函数。按照构件的思想，可将它们封装成独立的功能函数。 3.2 串行通信（UART）模块
实现异步串行通信功能的模块在一部分MCU中被称为通用异步收发器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitters，UART），在另一些MCU中被称为串行通信接口（Serial Communication Interface，SCI）。 3.2.1串行通信RS-232总线标准
在MCU中，若用RS-232总线进行串行通信，则需外界电路实现电平转换，在发送端需要用驱动电平将TTL电平转换成RS-232电平；在接收端，需要用接收电路将RS-232电平转换为TTL电平。电平转换器不仅可以由晶振管分立元件构成，也可以直接使用集成电路。目前使用MAX232芯片比较多，该芯片使用单一+5V电源供电实现电平转换，下图芯片MAX232的引脚说明：
（1）VCC（16脚）：正电源端，一般为+5V； （2）GND（15脚）：接地；
（3）Vs+(2脚)：vs+=2vcc-1.5v=8.5v； （4）Vs-(6脚)：vs-=-2vcc-1.5v=-11.5v； （5）C2+,C2-(4,5脚)：一般接1uF的电解电容；
（6）C1+,C2-(1,3脚)：一般接1uF的电解电容。 3.2.1 MAX232 3.2.2MAX232芯片进行电平转换基本原理
MAX232芯片进行电平转换的基本原理发送过程：MCU的TxD（TTL电平）经过MAX232的11脚（T1IN）送到MAX232内部，在内部TTL电平被“提升”为232电平，通过14脚（T1OUT）发送出去。接收过程：外部232电平经过MAX232的13脚（R1IN）送入到MAX232的内部，在内部的电平被“降低”为TTL电平，经过12脚（R1OUT）送到MCU的RxD，进入MCU内部。进行MCU的串行通信接口编程时，只针对MCU的发送与接收引脚，与MAX232无关，MAX232只是起到电平转换作用。输入输出引脚分两组，基本含义如表2.2所示。在实际使用时，若只需要一路串行通信接口，可以使用其中任何一组。
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表2 MAX232芯片输入输出引脚分类与基本接法
组别 1 TTL电平引脚 11 12 输入 输出 接MCU的TxD 接MCU的RxD 2 10 9 3.3液晶显示模块 1.点阵字符型LCD基本特点：
LCD作为电子信息产品的主要显示器件，相对于其他类型的显示器件来说有其自身的特点，主要包括：（1）低电压，低功耗；（1）平板型结构；（3）使用寿命长；（4）被动显示；（5）显示信息量大且易于彩色化；（6）无电磁辐射。
点阵字符型LCD是专门用于显示数字，字母，图形符号及少量自定义符号的液晶显示器。这类显示器把LCD控制器，点阵驱动器，字符存储器，显示体及少量的阻容元件等集成一个液晶显示模板。鉴于字符型液晶显示模块目前在国际上已经规范化，其电特性及接口特性是统一的，只要设计出一种型号的接口电路，在指令上稍加修改即可使用各种规格的字符型液晶显示器模块。点阵字符型液晶显示器模块的控制器大多数为日立公司生产的HD44780及其兼容的控制电路，如：SED1278(SEIKO EPSON),KS0066(SAMSUNG),NJU6408(NER JAPANRADIO)等。
2.字符型液晶显示器模块的特点如下：
（1）液晶显示屏是以若干5*8或5*11点阵块等组成的显示字符群。每个点阵块块为一个字符位，字符间距和行间距都是一个点的宽度。
（2）主控制电路为HD44780（HITACHI）及 其他公司的兼容电路。从程序员的角度来看LCD显示接口与编程是面向HD44780的，只要了解HD44780的编程结构即可进行LCD的显示编程。 （3）内部具有字符发生器ROM，可显示192种字符。
（4）具有64字节的字符发生器RAM，可以定义8个5*8点阵字符或4个5*11的点阵字符。 （5）具有64字节的数据显示RAM，供显示器编程使用。 （6）标准接口特性，与MC9S08系列的MCU容易接口。
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方向 典型接口 232电平引脚 13 14 方向 连接到接口，与其它设备通过232相接 输入 接MCU的TxD 输出 接MCU的RxD 8 7 连接到接口，与其它设备通过232相接
（7）模块结构紧凑，轻巧，装配容易。
（8）单+5V电源供电（宽温型需要加-7V驱动电源）。 （9）低功耗，高可靠性。
图3.3 MCU控制液晶显示接口接线图
表3 HD44780的引脚信号
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3.4单片机（MCU）模块
3.4.1 MC9S08AW60单片机性能概述
S80是单芯片8位微控制器解决法案。MC9S08AW60/AW60/AW48/AW32/AW16是低成本高性能的8位微处理器单元（MCU）S08家族中的成员。家族中有的MCU使用增强型S08S核，且使用不同的模块，存储空间，存储器类型与封装类型。
AW60系列主要常规模块和特点：
（1）最高达40MHz的CPU工作频率和20MHz的内部总线工作频率；时钟源选项包括晶振，谐振器，外部时钟或，内部产生的时钟。
（2）相比HC08CPU指令集，S08CPU增加了BGND指令。
（3）单线后台调试模式接口：增强的断点能力，允许单一的断点设置在线调试（在片内调试模块增加了多于两个的断点）。
（4）内含32个中断/复位源；内含2KB的片内RAM；内含60KB的片内在线可编程的Flash存储器，带有 块保护和安全选项。
（5）可选的计算机正常操作（COP）复位；低电压检测与复位或中断；非法操作码检测与复位；非法地址检测与复位。
（6）ADC：多达16个通道，10个A/D转换器与动动比较功能；两个串行通信接口SCI模块与可选的13位中断；一个串行外设接口SPI模块；集成电路互联总线IIC模块运行高达100kbps的最高总线负载；8引脚键盘中断KBI模块。
（7）Timers：1个2 通道和一个6通道16位定时器/脉冲宽度调制器模块。既有输入捕获，输出比较，脉宽调制功能。AW子系列MCU的4种封装形式只是引脚数量和形式有所区别，其他方面是一致的。
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