MC一16LX系列单片机的特点及应用

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摘要：在介绍PMc一16LX系列的主要特点和结构的基础上，对其CPU和中断系统进行了
" p( A. O8 M8 _# P* h$ l. K6 ]分析，描述了该系列单片机的开发工具及编程方法。

4 i0 B3 r: E$ w' `' `! NF=MC一16LX系列单片机是富土通公司推出的
' s4 @" r, {- c5 q5 I新型16位微处理器，图l为该系列的部分单片机，
针对不同应用领域该系列单片机的外围功能略有
. S; D) A8 G; e$ V3 U  Z6 |% R不同，它们共同的特点是都具有大量的外围功能，
(1)低电压、高速度：5V供电时，最小指令执行
时间为62．5ns／16MHz，2．2V供电时，最小指令执行
" Y% M' S5 H& b. g2 W时间为100ns／10MHz；
/ D& ]% s4 B# {(2)嵌入PLL时钟倍频电路：工作时钟可以选
择晶体时钟的1／2、1、2,3、4倍频。大大减小了EMI
1 W2 f# U$ x6 `# y( Q噪声，同时还提供32kHz的子系统时钟；
. o( h1 O% J% h6 [& P: x(3)优化的指令集：位、字节、字、长字等数据类
4 a) F: K2 o  h. P型，多达23种的寻址方式，带符号的乘、除法指令，
. h6 w; G0 ^* ]% b  z, n' c# f大大提高了代码的效率，32位的累加器保证了算术
运算的高精度；支持C语言与多任务处理，提供丰
富的指针；
  p) ?: b9 v  [& e6 x(4)采用4字节指令预取队列的流水线技术，
最小指令周期为62．5ns(16MHz)；
(5)强大的中断功能：8个可编程中断优先级。
1 D6 K# \  P9 e; B支持近40个中断源；
* y1 p4 k0 R2 Z' A/ H" I(6)独立于CPU的自动传输功能：扩充智能I／
7 a. l9 M- @# [. v! [$ b0服务完成I／O口与存储器之间自动数据传输，减
少了用户编程，提高了数据的传输速度；
(7)灵活的I／O口编程：每个I／O均可根据需
要设置为输入口、输出口或专用[J；
(8)程序补丁功能：提供两个程序补丁地址指
针，可对掩模后程序中出现的错误进行修改，以减
少损失，节约成本；
8 {3 T5 F, D0 s* b(9)电路进行了噪声保护优化，所有引脚均有
噪声滤波器；
(10)低功耗的能量管理：待机、睡眠、停机、CPu
间歇工作、子时钟的工作和睡眠等多种低功耗模
式；
(11)多种ROM大小和类型：掩模ROM(最大
256Kbytes)，nASH ROM(64K／128K／256K bytes)．
内部RAM(4 K／6 K／8 Kbytes)；
4 p3 j* _! |, g7 k  r. l) W/ h(12)支持16M寻址空间内的字、字节寻址；
(13)地址、数据总线的复用或非复用可通过软
* ~$ K7 x* G. q% n$ Q! P件进行设置；
(14)FLAsH ROM编程：支持自动编程，具备可
; @. i3 H. V. o+ j. c8 d  a" J擦写、可恢复和自动保护功能，擦写次数大于lO万
, U, o( W' o* f$ C2 |  ]次，数据可靠存储10年以上，可设置加密位；
4 Q2 B- Q' G8 K/ v  E& d(15)7-作温度_40—105℃；存储温度一55—150℃。
2 CPU结构分析
FFMC一16LX系列单片机的CPU内含11个专
7 y8 z- P4 `8 k4 a0 J: U  K用寄存器。通用寄存器位于RAMl80H一37FH的地
4 v6 y2 G# E# d址区内，分为32区，每个区可用作8位寄存器、16
位寄存器或32位寄存器，寄存器指针指向当前通
0 H# _) ]1 Q/ ?/ X+ f1 |用寄存器工作区，寄存器的结构如图3所示。
. ^8 q8 U9 b5 c( m2．1专用寄存嚣
+ g  O; d7 P9 }3 [8 j(1)累加器(A)：由两个16位累加器AH和AL
& N* k( D' C9 j" B1 I组成，可以作为32位、16位或8位寄存器使用；
(2)堆栈指针(USP，ssP)：堆栈指针有用户堆栈
2 \8 G/ o/ L- ~8 O# ]. C指针(usP)和系统堆栈指针(ssP)两种，堆栈指针的高
' U* t% v5 G+ g# r! F4 I8位地址由用户堆栈段寄存器(USB)或系统堆栈段
8 s% [+ m- A2 X8 Z6 ^寄存器(ssB)确定；
1 W3 p2 E1 q8 [(3)程序状态字(Ps)：由中断级别屏蔽寄存器
(ILM，3位，表明CPU当前接受中断响应的级别)、通
用寄存器指针(RP，5位，指向当前通用寄存器区的
: R0 `: a, Q! r% m5 g首址)、条件码寄存器(ccR，8位，包括反映算术运算
. }5 i% M  Y) \3 ~1 |结果和传输数据的状态位)等组成；
(4)程序计数器(PC)：指定CPU将要执行的指
令代码存放地址的低16位；
2 }" P$ z. m& l(5)直接分页寄存器(DPR)：指定直接寻址指令
操作数地址的8-15位；
(6)段寄存器(PCB，DTB，USB，SSB，ADB)：五个
4 e8 y5 n3 u% n段寄存器是程序段寄存器(PCB)、数据段寄存器
. c/ R" L- |# I  ~9 x0 b0 V(DTB)、用户堆栈段寄存器(usB)、系统堆栈段寄存器
(SSB)、附加段寄存器(ADB)，分别用于指定相应段寻
' P/ L( ?' K% E址的高8位地址。
# l, x8 q1 B7 a2 L, }2 u5 f. h0 b2．2通用寄存器
- }9 x, J5 X+ O0 u5 k9 ^( a通用寄存器是位于RAM中的180H到37FH
的内存块，分为32个区，每区8个字。同一时刻只
能有一个区工作，可以用作通用8位寄存器(R0到
R7)、16位寄存器(Rwo到Rw7)或32位寄存器(Rm
! r; m0 I% p: u$ F2 m到Rm)。通用寄存器的用法如表1所示。
3中断系统
FFMC一16LX系列单片机共有8个可编程中断
' C1 x/ ]6 n7 S* M优先级，0级中断优先级最高，6级中断优先级最
; ]1 S1 V7 {* c, K( o5 h低，7级无中断．通过设置程序状态字(Ps)的中断级
8 }7 }6 e$ I, k别屏蔽寄存器(ILM)可以改变当前CPU接受中断响
应的级别，低于该设置中断级别的中断源将被屏
蔽。
FFMC一16LX系列单片机支持近4J0个中断源，
' T. y4 W& ~5 B" l9 [6 S可以分为硬件中断、软件中断和扩充智能I／O服务
+ _5 y) c: L2 [4 @(E120s)和异常中断等4种类型。每个中断源都拥有
' ^# q( ], {/ h  o5 P唯一的中断向量(包括中断号和中断地址)，除复位
(Reset)、异常(ExceptioN)以及软件中断(1NT 9 in—
1 }& P* e! Y  v) ?struction)外，每个中断源都受～个中断控制寄存器
+ B. T- b; G" ^: U6 J的控制，该系列单片机共有16个中断控制寄存器(ICR)，
它们位于中断控制器中。中断控制寄存器负责
管理相应的中断源，其主要功能有：设置相应中断
, i6 i  p: D3 \2 q. v& @- D源的中断等级、选择响应中断作为一般中断来使用
& j; a1 ~- Z4 T% y还是用作扩充智能I／O服务、选择扩充智能L／O服
$ b; B7 [) F5 a% K务通道，共有16个扩充智能I／O服务通道。与16
) ]* q7 }! E. I$ ^, n1 [个扩充智能I／O服务通道相对应有16个扩充智能
- H; \7 g4 w' L& R& U, z0 [I／O服务描述符(ISD)，每个描述符占用8个字的
RAM空间，用于完成扩充智能I／0服务时I／O口与
1 t, Z( J/ l7 y! ~( s- L存储器之间自动传输数据的管理。
( L5 `0 e# |9 u8 j# N扩充智能I／O服务描述符由数据计数器、指向
I／O寄存器的指针、指向RAM缓冲区的指针以及状
" b- w8 R# `/ ~. e  b' |/ X. ^8 S态寄存器组成。状态寄存器用来指明指向缓冲区地
址指针和I／O寄存器的地址指针是固定还是更新、
传输数据格式(字节还是字)、传送方向(从I／O到缓
冲区还是从缓冲区到I／o)等。
: l! W& A6 X3 m! ?3 i! ?; n# rFFMC一16LX系列单片机提供的扩充智能I／0
服务事实上是一种硬件中断操作。中断允许发生
时，中断控制器决定申请的中断是否有效，并选择
相应的扩充智能I／O服务操作，扩充智能I／O服务
  b! P* t* T3 M: r( t3 Q3 r根据扩充智能I／O服务描述符来进行I／O口与存
储器之间的自动数据传输，完成后返回CPU操作。
5 ~( D- a$ P- c( a& q8 D# P  W与传统的I／O口与存储器之间的数据传输方式不
同，采用扩充智能I／O服务后，由于采用内部微代
码不需要编写中断处理程卒，数据传输既不用内部
& Z% c9 J5 Y2 T% b' S寄存器也无就需保存寄存器的值，与DMA功能相
- @. O4 P# A* m8 g/ j1 J似，因此不但可以减少编程工作，而且提高了运行
速度。
图4描述了硬件中断的处理过程，当外围硬件
" b4 \7 C, _$ p- @$ ]& M发生中断且中断使能①时，外围硬件发送一个中断
请求到中断控制器②，中断控制器决定同时到来中
断的中断优先级并将优先级高的中断送到CPU③，
; L9 D( ^6 v& e! GCPU比较请求中断优先级和中断屏蔽寄存器(IS：
ILM)的值④，若请求中断优先级高，检测中断使能标
' [) k9 T3 J* W: y- w! M6 y( o6 `5 I志位(PS：I)⑤，若中断使能标志位为使能状态，则被
5 V' T# f" @8 u+ g请求中断级写入指令寄存器，在完成当前指令后，
# P4 U& z2 l' X  w; h0 KCPU响应中断请求⑥，若为一般的中断请求，程序
4 {4 w% A# v' n- y4 G% M跳转到用户中断服务程序，若为扩充智能L／O服务
程序，内部微代码根据扩充智能I／O服务描述符执
行相应操作．当中断源在中断例程中被清除后，本
次中断结束⑦。
2 D. n/ ]9 j3 ]; o3 Z
: E1 U9 Y; h6 V2 \6 i1 L) K; x1 [

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MC一16LX系列单片机寄存器比较多。