引言

從8位單片機誕生至今，已近30年，由于芯片技術的發展使得單片機處理速度越來越快。MPU發展中表現出來的速度是以時鐘頻率越來越高為標志的，而單片機則有所不同，為提高單片機抗干擾能力，降低噪聲，降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術發展的追求。一些8051單片機兼容廠商改善了單片機的內部時序，在不提高時鐘頻率的條件下，使運算速度提高了很多，Motorola單片機則使用了鎖相環技術或內部倍頻技術使內部總線速度大大高于時鐘產生器的頻率。例如MC68HC08單片機使用4.9 MHz外部振蕩器而內部時鐘達32 MHz，而M68K系列32位單片機使用32 kHz的外部振蕩器頻率可實現內部時鐘達16 MHz以上。Motorola單片機突出的特點之一是在同樣速度下所用的時鐘頻率較Intel類單片機低很多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾能力強，更適合用于工控領域及惡劣的環境。而作為8位單片機家族中的一員，MC68HC908KX2提供了ICG(內部時鐘發生器)模塊，無需外接任何時鐘產生器件的情況下，通過軟件設置即可實現所需的時鐘信號。

1 ICG模塊的特點及設置方法

在無需任何外部元件情況下，MC68HC908KX2芯片的ICG模塊能夠給微控制器提供穩定的時鐘源，ICG模塊通過CGMXCLK引腳為系統監控模塊、低電壓禁止模塊和其他模塊提供振蕩時鐘輸出。ICG模塊產生的時鐘信號也提供給系統集成模塊，用于產生總線時鐘。此外，ICG模塊還產生時基時鐘，該信號被用于時基模塊。

1.1 ICG模塊的特點

a) 可選的外部時鐘信號發生器，一個引腳接外部時鐘源或兩個引腳接晶振，端口引腳可實現多路轉換。

b) ICG以正常頻率(307.2±25％)kHz的整數倍輸出可編程的頻率。

c) 頻率調整寄存器可以2％變化量對頻率進行調整。

d) 總線時鐘通過軟件選擇內部或外部時鐘源，總線頻率范圍是：(76.8±25％)kHz～(9.75±25％)MHz，增加率為76.8 kHz。

e) 對內部和外部時鐘源都可實現時鐘監控。

1.2 ICG模塊的設置方法

ICG模塊通過設置可產生(307.2±25％)kHz的低頻時基時鐘信號IBASE，然后通過設定ICG模塊的頻率倍數寄存器(ICGMR)的數值，得到系統所需的時鐘信號ICLK。

使用內部時鐘模塊通過以下步驟進行：

1) 轉換時鐘源

在兩個時鐘源都處于使能和穩定狀態時，可以從一個時鐘源轉到另一個時鐘源。轉換過程為：使能所要采用的時鐘源；等待該時鐘源穩定；轉換時鐘；禁止前一個時鐘源。該實現過程的匯編代碼為(以從內部時鐘源轉到外部為例)：

2) 使能時鐘監控電路

在許多應用中，需要時鐘監控電路在某個時鐘源未激活的狀態下通知系統自動使用另一個已經激活的時鐘源，避免使系統運行發生故障。使用時鐘監控模塊的前提是ECGON和ICGON位都置1，其設置過程為：使能可用的時鐘源；等待兩個時鐘源穩定；如果需要，轉換時鐘源；使能時鐘監控；使能時鐘監控中斷。具體實現的代碼如下：

3) 量化數控振蕩器的誤差

數控振蕩器主要包括二進制權值分配器、可變延遲時間的振蕩環、振蕩環精確調整電路3個子模塊。以上每個模塊都影響內部時鐘的時鐘周期，因為這些模塊受數字濾波器的輸出寄存器DDIV和DSTG的控制。通過對這兩個寄存器的設置，可實現對輸出時鐘信號ICLK的值進行相應的調整。

4) 改變內部時鐘頻率

某些情況下可能需要改變內部時鐘頻率。例如，如果系統復位時不能提供正確的頻率，或者在低電壓模式下系統時鐘變慢，必須通過變程修改內部時鐘倍頻因子N的值改變內部時鐘的頻率。這時需注意，改變內部時鐘頻率之前必須先禁止時鐘監控模塊。改變內部時鐘頻率的步驟如下：通過讀CMF位的值確定是否存在時鐘監控中斷；關閉時鐘監控模塊；如果需要，轉換到外部時鐘源；改變N值；如果需要，轉換回到內部始時鐘源；如果需要，打開時鐘監控模塊。

5) 開始正確頻率設置的時間

由于ICLK的值取決于DCO的輸出值，當某些操作條件發生改變時，內部時鐘不能馬上穩定下來，ICLK將暫時以不正確的時鐘工作。ICLK需要一定的調整時間才能達到正確時鐘周期。達到正確時鐘周期所需要的時間為：

式中：τ1，τ2分別為調整前、后的時鐘周期值，令τ15=|44N(τ1-τ2)| ，則常見的時鐘周期調整表見表1。

6) 調整內部時鐘發生器的頻率

由于數據處理、電壓和溫度等原因未經過調整的低頻時基時鐘信號IBASE將會發生±25％的頻率波動，通過改變內部時鐘電路的比較電容器的值可以將頻率波動值限定在±2％的范圍內。設置TRIM寄存器的值就可以改變比較電容器的值，TRIM寄存器的默認值是$80即128個單位，對應的默認電容值為512，每增加或減少1個單位，可對未調整頻率實現±0.195％的調整。

2 寶馬汽車故障診斷與復位子系統設計

由于本系統檢測范圍包括對寶馬汽車大部分部件的檢測及故障恢復，整個系統構成較復雜，因此，在本文中為了說明MC68HC68HC908KX2單片機ICG模塊的應用，選擇本系統的一個子系統加以說明。

2.1 硬件設計

本子系統實現的功能為機油保養歸零、氣囊故障修復及運行時間歸零。硬件主控電路如圖1所示。

控制核心采用8位單片機MC68HC908KX2芯片，通過串行接口線與汽車內的CPU進行通信，并用通用I／O口PTA和PTB分別實現鍵盤輸入和輸出顯示功能。由于該單片機采用5 V供電，而汽車電路工作電壓為12 V，所以本子系統需要設計專門的接口電路實現與汽車的通信，電路見圖2。圖中，RXD和TXD分別連接單片機的串行輸入與輸出端，汽車的串行輸入、輸出數據通過單K線傳送給單片機。

2.2 軟件設計

利用指令不斷掃描鍵盤接口線(PTA1，PTA2)，若按下的是通信鍵則從固定存儲區取固定的oil resct編碼發送出去，同時在發送數據期間通信指示燈不停閃爍3 s，如果按下的是功能選擇鍵，則time inspection，odo inspection，oil reset指示燈依次循環點亮，選擇相應功能，等待通信鍵按下，如果按下了通信鍵，就發送相應清故障數據。

在程序中，根據本系統的實際需要設置：ICGCR、ICGMR、ICGTR及系統配置寄存器CONFIG的值。系統主要源代碼為：

3 結束語

本文介紹了新型單片機芯片MC68HC908KX2內部時鐘模塊在寶馬汽車診斷控制系統中的應用，由于采用了內部時鐘模塊，省略了外部時鐘電路，從而大大簡化了系統的硬件設計。實踐證明，在惡劣電磁環境中系統工作正常，抗干擾性能力得到很大提高，測得的汽車故障代碼數據準確可靠。