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
! @3 e2 X1 b- h7 b9 E' A分析，描述了该系列单片机的开发工具及编程方法。
- Q4 W6 n9 D4 z$ M! [" M$ N" w
) r' p% U% R5 `  p+ S( O8 T4 DF=MC一16LX系列单片机是富土通公司推出的
% _3 ?' y% U: l0 Q新型16位微处理器，图l为该系列的部分单片机，
9 o: O( n( [7 R1 o; L# S5 L: {针对不同应用领域该系列单片机的外围功能略有
' |0 n7 ^0 p/ ]9 o+ c5 V1 W不同，它们共同的特点是都具有大量的外围功能，
4 C0 k. r' y0 I& q) v. k(1)低电压、高速度：5V供电时，最小指令执行
) D1 i8 F1 B' v0 L时间为62．5ns／16MHz，2．2V供电时，最小指令执行
时间为100ns／10MHz；
- z# U: z4 q& C(2)嵌入PLL时钟倍频电路：工作时钟可以选
$ ^' L8 ^0 G5 P! d. f3 Q" i择晶体时钟的1／2、1、2,3、4倍频。大大减小了EMI
, d0 z7 P5 Q* l0 o" m1 B1 i噪声，同时还提供32kHz的子系统时钟；
(3)优化的指令集：位、字节、字、长字等数据类
型，多达23种的寻址方式，带符号的乘、除法指令，
+ |6 g7 T' U7 {' x7 m大大提高了代码的效率，32位的累加器保证了算术
/ ^, W9 H; K9 M- G# N6 I8 w运算的高精度；支持C语言与多任务处理，提供丰
$ j. i8 n; `! Z5 N2 G9 C/ H富的指针；
0 K! I/ e3 H5 M! q(4)采用4字节指令预取队列的流水线技术，
0 H2 x9 [7 U0 [/ N% K$ V& E! F最小指令周期为62．5ns(16MHz)；
8 g' N2 F8 G/ _8 y(5)强大的中断功能：8个可编程中断优先级。
! a! j# S% Y) {3 V  Q$ h支持近40个中断源；
(6)独立于CPU的自动传输功能：扩充智能I／
; S- c6 P- ]% \* P, v0 R0服务完成I／O口与存储器之间自动数据传输，减
. _. T2 ?7 O" j& T# x! f少了用户编程，提高了数据的传输速度；
  T" j9 s) c9 p& K7 U(7)灵活的I／O口编程：每个I／O均可根据需
1 u: U" d! q, ~+ a& x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
* w: i' e8 |/ v  t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；
$ G) M: G/ Y+ q% y(9)电路进行了噪声保护优化，所有引脚均有
噪声滤波器；
" x# d- Y3 l  E7 R- s6 W# Y(10)低功耗的能量管理：待机、睡眠、停机、CPu
' z* Y8 p) J+ `1 ]: J间歇工作、子时钟的工作和睡眠等多种低功耗模
式；
4 i* S1 H  v. W( G; {6 c(11)多种ROM大小和类型：掩模ROM(最大
+ ?3 D- Q+ V( m9 H0 P( V256Kbytes)，nASH ROM(64K／128K／256K bytes)．
内部RAM(4 K／6 K／8 Kbytes)；
(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
" {* T: J- K6 A件进行设置；
(14)FLAsH ROM编程：支持自动编程，具备可
擦写、可恢复和自动保护功能，擦写次数大于lO万
次，数据可靠存储10年以上，可设置加密位；
' {4 G: ~1 Y; ?7 R3 u% s' W# i(15)7-作温度_40—105℃；存储温度一55—150℃。
2 CPU结构分析
& R+ {$ Y) Y. q  c: lFFMC一16LX系列单片机的CPU内含11个专
用寄存器。通用寄存器位于RAMl80H一37FH的地
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
( |7 `- g* e8 R8 A* Q' C' U4 v用寄存器工作区，寄存器的结构如图3所示。
- u- N; D3 K# j. n( i* x2．1专用寄存嚣
(1)累加器(A)：由两个16位累加器AH和AL
组成，可以作为32位、16位或8位寄存器使用；
& u" _$ `# U- v( v( A: w(2)堆栈指针(USP，ssP)：堆栈指针有用户堆栈
9 m7 ?( c/ Y; O; d! |指针(usP)和系统堆栈指针(ssP)两种，堆栈指针的高
8位地址由用户堆栈段寄存器(USB)或系统堆栈段
7 _  z+ X2 i- F* [寄存器(ssB)确定；
(3)程序状态字(Ps)：由中断级别屏蔽寄存器
' i5 P# I( x, C(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
首址)、条件码寄存器(ccR，8位，包括反映算术运算
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
2 e" @  `, s+ y- Q) @令代码存放地址的低16位；
- G( {9 p/ n2 i4 r(5)直接分页寄存器(DPR)：指定直接寻址指令
5 w+ P7 P; D( C$ q操作数地址的8-15位；
(6)段寄存器(PCB，DTB，USB，SSB，ADB)：五个
' u+ o; S& M, ~# K# o, U段寄存器是程序段寄存器(PCB)、数据段寄存器
(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
6 S! d' z' |! K( t  t. q址的高8位地址。
5 [1 h) V9 l& q5 g2 E2．2通用寄存器
通用寄存器是位于RAM中的180H到37FH
) T) m  a4 C8 e的内存块，分为32个区，每区8个字。同一时刻只
% @  o, u9 f+ h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
& F1 \$ f4 b& c) o0 k5 q- e到Rm)。通用寄存器的用法如表1所示。
5 e; v: x/ d7 R7 O6 f3中断系统
FFMC一16LX系列单片机共有8个可编程中断
+ j/ E9 W' ?3 g9 b- t2 o优先级，0级中断优先级最高，6级中断优先级最
低，7级无中断．通过设置程序状态字(Ps)的中断级
9 A# s0 d4 I- j  N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
' U, W0 B2 Q# A) C" s* b" D5 `6 |蔽。
! i1 l6 l1 {" u( ~6 ?FFMC一16LX系列单片机支持近4J0个中断源，
9 \$ j+ A4 A5 b+ C- j' D可以分为硬件中断、软件中断和扩充智能I／O服务
(E120s)和异常中断等4种类型。每个中断源都拥有
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—
struction)外，每个中断源都受～个中断控制寄存器
的控制，该系列单片机共有16个中断控制寄存器(ICR)，
8 K. j9 d- `. k) V% V3 P4 o& v% Q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
源的中断等级、选择响应中断作为一般中断来使用
1 l3 a3 D" F' l- H$ e4 T还是用作扩充智能I／O服务、选择扩充智能L／O服
务通道，共有16个扩充智能I／O服务通道。与16
( l2 c; [/ D: g4 [/ z个扩充智能I／O服务通道相对应有16个扩充智能
1 H, l0 R; y3 U7 \0 RI／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
存储器之间自动传输数据的管理。
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
8 N6 D2 A4 a; y" Q+ Z* E7 g2 J态寄存器组成。状态寄存器用来指明指向缓冲区地
6 \+ _* t- p% c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
, ^; D! V" k2 w/ ]; ^. I, J2 e冲区还是从缓冲区到I／o)等。
! L. e) j" v5 _FFMC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' _, U$ \' i0 H" L* R根据扩充智能I／O服务描述符来进行I／O口与存
. n6 Z* W8 y8 r, H- l储器之间的自动数据传输，完成后返回CPU操作。
0 z# m4 K8 j2 A) ~. D与传统的I／O口与存储器之间的数据传输方式不
6 K% U  ^5 q0 Q' e: T同，采用扩充智能I／O服务后，由于采用内部微代
2 y- k% a1 J9 H! n  v  X码不需要编写中断处理程卒，数据传输既不用内部
1 G+ b8 ^: T. H% C1 P寄存器也无就需保存寄存器的值，与DMA功能相
" P' j8 N7 {) f+ V* R& F$ z4 \8 x4 i$ |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
7 {  c: I5 L( \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
6 L" g- L/ Y) f, V( H; x" f" _8 x断的中断优先级并将优先级高的中断送到CPU③，
CPU比较请求中断优先级和中断屏蔽寄存器(IS：
4 @0 D, O0 n$ e" X' G: _ILM)的值④，若请求中断优先级高，检测中断使能标
. Y6 N1 `7 c+ V9 @( m+ a; O+ D志位(PS：I)⑤，若中断使能标志位为使能状态，则被
请求中断级写入指令寄存器，在完成当前指令后，
* W0 o1 k, T  \9 n" T" p- @CPU响应中断请求⑥，若为一般的中断请求，程序
. K! G7 P3 V  E: T1 j  K2 P2 w% z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
4 c; e, Y) T) Y( ?0 E! G次中断结束⑦。
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MC一16LX系列单片机寄存器比较多。