5X00121G01 产品 5X00121G01

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1 MC68HC376的基本特性

MC68HC376具有速度快、并行处理能力强、可靠性高、功耗低、功能强大

等优点。与目前常用的8位、16位微控制器相比，其片内资源极其丰富，适用

于各种控制场合；内部集成度高，硬件可靠性和稳定性强，外部扩展工作少，

开发周期短。

1.1 主要功能模块

MC68HC376为160脚的封装结构。其主要功能模块包括32位CPU；系统集成模

块（SIM）；4KB备用RAM；8KB片内ROM；10位队列式的摸数转换 器（QADC），

具有强大的数模转换控制功能；队列式串行通信模块（QSM），可以方便地实现

同步、异步通信功能；可构造时钟模块（CTM4），具有多种强大的定时、记数

和脉冲调制功能；时间处理单元（TPU），可对各种事件进行快速的智能处理；

3.5KB静态TPURAM；CAN控制模块（TOUCAN）， 能方便地实现工业自动化

等场合的局域网络控制。

1.2 基本性能

（1）24位地址总线16位数据总线，支持32位数据操作；

（2）2个8位双功能I/O，1个7位双功能I/O，16～44个模拟量输入通道；

（3）具有系统保护逻辑，同时可进行时钟监视和总线监视；

（4）速度快，在4.194MHz晶振下,系统时钟可达20.97MHz；

（5）功耗低，具备低功率休眠功能；

（6）支持高级语言和背景调试。

2 基于MC68HC376的系统设计

2.1 片外Flash和RAM的扩展

MC68HC376有24位地址线和12位可编程的片选线。每根片选线可选通

2KB～1MB的地址区，因此MC68HC376具有很强的扩展能力。注意：

CS[6～10]与ADDR[19～23]复用。如何合理地安排这些地址线和片选线是

系统优劣的关键。

本系统扩展了2片128KB的片外Flash 29C010A，2片128KB的片外RAM H

M628128，扩展电路图略（详见《电子技术应用》2002.10）。

值得注意的是：Flash和RAM均由A[1～17]寻址，实际上是一种字寻址方式，

最低位A0不用。2片Flash和2片RAM的数据口分别接至 MC68HC376的D[8～15]

和D[0～7]，对应字的高低字节。在程序中应注意存放高字节的芯片对应字的低

字节地址。

2.2 系统功能选择电路设计

与MCS-51和MCS-196系列单片机不同的是，MC68HC376复位时数据线的状态

决定控制器某些相关的功能和操作模式。因此，根据实际系统的功能需要来

选择对应的复位状态，是系统设计的一个重要环节。

所有数据线都有内部弱上拉电阻，复位时默认状态为高，对应系统相应的默

认功能；当需要利用其非默认功能时，需要强制电路使相应数据线在复位时

电位为低。相应的模式选择电路图略（详见《电子技术应用》2002.10）。

为了避免复位时MCU与外部读写器件冲突，引入DS和R/W作为门控信号。

这里，将SIM模块构造成两个通用的并行I/O 口，将DB8和DB9在复位时强制

为低；而片选脚分别作为片选或者输出口，所以DB[0～7]保持默认状态；因系

统采用晶振作为外部参考频率源，所以MODCLK脚也应保持默认状态。

2.3 时钟部分的设计

2.3.1 系统时钟的获得

本系统采用晶振作为外部参考频率源,电路和普通电路一样。但要注意确保

MODCLK脚在复位时为高，否则系统会出错。

本系统采用Motorola公司推荐的4.194MHz晶振频率，同时通过写时钟合成

控制寄存器SYNCR中的相关位来获得一定的系统时钟。系统时钟频率SYNCR

与的W位、X位和Y[0～5]区的值有关：Fsys=Fref x [4（Y+1） x 2（2w+x）]/128。

当写入W=1，X=0，Y=100111时，Fsys=5Fref=20.97MHz。（注意：不要超

过MC68HC376系统频率的最大允许值20.97MHz）。

2.3.2 外部滤波电路

由于采用外部参考频率源，所以需要在XFC脚上接入滤波电路。应尽可能降

低XFC脚的泄露电流，以提高时钟的稳定性和内部锁相环的性 能。滤波电路图

略（详见《电子技术应用》2002.10）。

2.4 输入输出通道

系统输入输出通道包括模拟量输入、开关量输入、键盘输入、液晶显示、

控制量逻辑输出等部分。为了减小干扰，开关量输入采取光电隔离方式。

运用MC68HC376的CTM4模块测量频率，由QADC模块实现队列式的模数转

换功能。

2.4.1 应用CTM4进行频率测量

Motorola公司的CTM4模块包括总线接口单元BIUSM、计数器分频子模块

CPSM、1个16位自由计数器FCSM、2个16位可自动重装载计数器MCSM、

4个动作单元DASM、4个脉宽调节子模块PWMSM。 GPSM通过对系统时

钟分频向CTM4各个模块提供6种不同的记数时钟PCLK1～PCLK6。在运行

CTM4各个单元之前，应先设置并启动CPSM。注意，CPSM的构造值关系到

实际测频和测周结果的计算。

在实际测量中，为了提高测量精度，对于较高的频率采用计数测频法，对于

较低的频率采用测周测频法。外部信号经过滤波、过零比较后同时接入MC68

HC376的CTM2C脚和CTD3脚，由软件选择判断实际采用的方式。测频子程

序包括测周测频部分（流程图和计数测频部分图略，详见〈电子技术应用〉

2002.10）。

（1）通过测周间接测频

当待测频率不高时，采用测周测频方法。DASM单元的特点在于不需要软件

的干预而自动高速、精确地捕捉CTD3脚上两个连续的上（下）跳沿，两次捕捉的

时间差即为待测信号的周期。

（2）通过计数器直接测频

当待测频率较高时，采用直接测频方式。用CMSM2作定时器，利用FCSM12

对CTM2C引脚的方波信号进行计数。

（3）应用测频的几个实际问题

应用测频的程序结构并不复杂，但有几个实际问题值得注意：

*启动后，不应立即启动产生时钟，否则会因为程序在设置相应子单元时不

同步而造成测量误差。

*在完成一次测周后，一般应选择模式0停止DASM；但注意在停止DASM时，

实际对DSAM还有一个复位动作，所以最好在关闭DASM前读出捕捉寄存器A、

B的值。而一般的定时计数器都是在停止后读值。

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*在使用计数测频方式时，FCSMCNT在不溢出的状态下最大可计量216Hz的

频率。这对更高频率的测量是不够的。设置一个溢出计数器N， 在每次溢出

中断时加1计数，同时，因为CTM2C脚最大允许输入为Fsys/4，所以在20.97M

Hz的系统频率下，N使用8位计数器就可以满足要求。

*判断是采用计数测频还是测周测频的频率定值，应该以减少测量误差为准

则，需要对理论误差进行计算，同时根据实际测量情况进行调整。

2.4.2 利用QADC模块实现A/D转换

QADC的主要功能模块包括两个队列（QUEUE）、命令字（CCW）表、结果字

表和一些相应的控制寄存器。QADC的最大特点是能够通过寄存器和命令组织

待转换的模拟量，使其按一定的队列形式在一定条件下触发转换序列，并将结

果按一定的格式放于结果字表中。在实现A/D转换时 要进行的工作如下：

（1）构造相关的管脚

QADC的管脚可作为模拟量I/O、数字量I/O或多路复用功能脚。在使用相应

管脚之前要先对其进行构造。本系统中16路模拟输入口已经够用，不需多路复

用（可达44路），因此先对控制寄存器QACR0中的MUX位清零。相应管脚的引

用名称为AN[52～59]、AN[48～51]、AN[0～3]。最后在数据方向寄存器DDR

QA中将相应位清零，即管脚设为输入。

（2）构造队列和命令字表

先通过控制寄存器QACR1和QACR2中的MQ1和MQ2区选择队列1和2工作方

式。为减少软件干涉、提高转换程序效率，设置MQ1=MQ2=101，即软件触发

的连续扫描方式。根据所测频率经过软件倍频后可以很容易地对相关量进行跟

踪采样，而不需要外部锁相跟踪电路。然后，按一定的顺序和幽闲级来组织队

列。

由于没有多路复用，这里用16个转换命令字（CCW）分别控制16路输入通道。

在CCW中写入通道号、采样输入时间选择和放大模式选择。转换命令字表中

最多可有40个CCW。

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