【文章內(nèi)容簡介】 6 即為單片機的最小系統(tǒng)組成圖，其接線比較簡單，在 OSC0、 OSC1 端接上晶振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入 VCP 端接上相應(yīng)的電容電阻后即 可工作。其他不用的電源端和地端接上 F的去藕電容提高抗干擾能力。 SPCE061A 單片機概述 隨著單片機功能集成化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理（ DSP， Digital Signal Processing）等領(lǐng)域。凌陽的 16 位單片機就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計的。它的 CPU 內(nèi)核采用凌陽最新推出的 181?！痭SP? （ Microcontroller and Signal Processor） 16 位微處理器芯片（以下簡稱 181。’nSP? ）。圍繞 181。’n SP?所形成的 16 位 181。’nSP? 系列 單片機（以下簡稱181。’nSP? 家族）采 用的是 模塊式集成結(jié)構(gòu) ,它以 181?！?nSP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、 RAM 和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。 SPACE061A 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 7所示。其主要功能模塊有并行 I/O 端口、數(shù)/模轉(zhuǎn)換 ADC、數(shù) /模轉(zhuǎn)換 DAC、存儲器 RAMamp。FLASH、定時器 /計數(shù)器 T/C（脈寬調(diào)制輸出 PWM）、 WatchDog、異步串行通信口 UART、指令寄存器 IR、設(shè)備串行口 SIO、低電壓檢測 LVD（低電壓復(fù)位）等。 黃石理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 6 單片機的最小系統(tǒng)圖 圖 7 SPACE061A模塊結(jié)構(gòu)圖 181?！痭SP? 內(nèi)核是一個通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)黃石理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應(yīng)用場合。這樣做無疑會使每一種派生產(chǎn)品具有更強的功能和更低的成本。 SPCE061A 單片機的 硬件 結(jié)構(gòu) SPCE061A 芯片內(nèi)部集成了 ICE (在線實時仿真 /除錯器 )、 FLASH (閃存 )、SRAM (靜態(tài)內(nèi)存 )、通用 I/O 端口、定時器 /計數(shù)器、中斷控制、 CPU時鐘鎖相環(huán) (PLL)、 ADC (模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 )、 DAC (數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器 )輸出、 UART (通用異步串行輸入輸出接口 )、 SIO (串行輸入輸出接口 )、低電壓監(jiān)測 /低電壓復(fù)位等模塊。在本章中我們將詳細介紹各個模塊的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。 181?！痭SP 的核心由總線、 ALU 算術(shù)邏輯運算單元、寄存器組、中斷系統(tǒng)及堆棧等部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 ALU 算術(shù)邏輯運算單元 181?！痭SP 的 ALU 非常有特色，除了一般基本的 16 位算術(shù)邏輯運算，還提供了結(jié)合算術(shù)邏輯的 16 位移位運算。在數(shù)字信號處理方面，提供了高速的 16 位 1黃石理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 6 位乘法運算和內(nèi)積 (乘加 )運算。 1 16 位算術(shù)邏輯運算 181。’nSP 與大多數(shù) CPU 一樣，提供了基本的算術(shù)運算與邏輯操作指令，加法、減法、比較、補碼、異或、或、與、測試、寫入、讀出等 16 位算術(shù)邏輯運算及 數(shù)據(jù)傳送操作。 2 結(jié)合算術(shù)邏輯的 16 位移位運算 181?！痭SP 的移位運算包括：算術(shù)右移 ASR、邏輯左移 LSL、邏輯右移 LSR、旋轉(zhuǎn)左移 ROL 及旋轉(zhuǎn)右移 ROR。 181?！痭SP 的移位器 shifter 就串接在 ALU 的前面，也就是說，操作數(shù)在經(jīng)過移位處理后，馬上會進入 ALU 進行算數(shù)邏輯運算。所以， 181?！痭SP 的移位指令都是復(fù)合式指令，一個指令會同時完成移位和算術(shù)邏輯運算。程序設(shè)計者可利用這些復(fù)合式的指令，撰寫更精簡的程序代碼，進而增加程序代碼密集度 (Code Density)。在微控制器 應(yīng)用中，如何增加程序代碼密集度是非常重要的問題；提高程序代碼密集度可以減少程序代碼的大小，進而減少 ROM 或 FLASH 的需求，以降低系統(tǒng)成本與增加執(zhí)行效能。 3 16 位 16 位的乘法運算和內(nèi)積 (乘加 )運算 除了普通的 16 位算數(shù)邏輯運算指令外， 181?！痭SP 還提供了高速的 16 位 16 位乘法運算指令 MUL， 和 16 位內(nèi)積運算指令 MULS 。二者都可以用于有符號數(shù)相乘 (signed signed) 或無符號數(shù)與有符號數(shù)相乘 (unsigned signed)的運算。在181?！痭SP 指令集下， MUL 指令只需花費 12 個時鐘周期， MULS 指令花費 10n+6 個時鐘周期，其中 n 為乘加的項數(shù)。例如： “MR=[R2]*[R1] ， 4” 表示求 4 項乘積的和， MULS 指令只需花費 46（ 104+6=46 ）個時鐘周期。這兩條指令大大的提升了 181?！痭SP 的數(shù)字信號處理能力。 寄存器組 181。’nSP CPU 的寄存器組一共有 8 個 16 位寄存器，可分為通用寄存器和專用寄存器兩大類別。通用寄存器包括： R1~R4，作為算術(shù)邏輯運算的來源及目標寄存器。專用寄存器包括 SP、 BP、 SR、 PC，是與 CPU 特定用途相關(guān)的寄存器。 1. 通用寄存器 R1~R4 (Generalpurpose registers) 可用于數(shù)據(jù)運算或傳送的來源及目標寄存器。寄存器 R R3 配對使用，還可組成一個 32 位的乘法結(jié)果寄存器 MR；其中 R4 為 MR 的高字符組， R3 為 MR 的低字符組，用于存放乘法運算或內(nèi)積運算結(jié)果。 2. 堆棧指針寄存器 SP (Stack Pointer) SP 是用來紀錄堆棧地址的寄存器， SP 會指向堆棧的頂端。堆棧是一個先進后出的內(nèi)存結(jié)構(gòu)， 181?！痭SP 的堆棧結(jié)構(gòu)是由高地址往低 地址的方向來儲存的。 CPU 執(zhí)行 push、子程序調(diào)用 call、以及進入中斷服務(wù)子程序 (ISR， Interrupt Service Routine) 時，會在堆棧里儲存寄存器內(nèi)容，這時 SP 會遞減以反映堆棧用量的增加。當 CPU 執(zhí)行 pop 時、子程序返回 ret、以及從 ISR 返回 reti 時， SP 會遞增以反映堆棧用量的減少。 181。’nSP 堆棧的大小限制在 2K 字的 SRAM 內(nèi)，即地址黃石理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 為 0x000000~0x0007FF 的內(nèi)存范圍中。 3. 基址指針寄存器 BP (Base Pointer) 181?！痭SP 提供了一種方便的尋址方式，即基址尋址方式 [BP+IM6]；程序設(shè)計者可通過 BP 來存取 ROM 與 RAM 中的數(shù)據(jù)，包括：局部變量（ Local Variable）、函數(shù)參數(shù)（ FunctionParameter）、返回地址（ Return Address）等等。 BP 除了上述用途外，也可做為通用寄存器 R5，用于數(shù)據(jù)運算傳送的來源及目標寄存器。因此，在本書或程序中， BP 與 R5 是共享的，均代表基址指針寄存器。 4. 程序計數(shù)器 PC (Program Counter) 它的作用與一般微控制器中的 PC 相同 ，是用來紀錄程序目前執(zhí)行位置的寄存器，以控制程序走向。 CPU 每執(zhí)行完一個指令，就會改變 PC 的值，使其指向下一條指令的地址。在 181?！痭SP 里， 16 位的 PC 寄存器與 SR 寄存器的 CS 字段，共同組成一個 22 位的程序代碼地址。 5. 狀態(tài)寄存器 SR (Status Pointer) SR內(nèi)含許多字段，每個字段都有特別的用途，如圖 所示。其中包含兩個 6 位的區(qū)段選擇字段 : CS (Code Segment)， DS (Data Segment)，它們可與其它 16 位的寄存器結(jié)合在一起形成一個 22 位的地址，用來尋址 4M字容量的內(nèi)存。SPCE061A 只有 32K 字的閃存，只占用一頁的存儲空間，所以 CS 和 DS 字段在 SPCE061A 中都是設(shè)為 0。 算數(shù)邏輯運算的結(jié)果會影響 CPU 內(nèi)的標志 (flag)，標志的內(nèi)容可以作為條件判斷的依據(jù)。 181?！痭SP 有四個 1 位的標志 : N、 Z、 S、 C，即 SR 寄存器中間的 4 個位（ B6~B9）。 CPU 在執(zhí)行條件跳轉(zhuǎn)指令時，會先測試這些標志位，以控制程序的流向。這些標志的詳細說明如下： 1 進位標志 C C=0 時表示運算過程中無進位或是有借位情況產(chǎn)生；而 C=1 表示運算過程中有進位或是無借位情況產(chǎn)生。在無符號數(shù)運算中， 16 位可以表示的數(shù)值范圍是0x0000~0xFFFF，即 0~65535。如果運算結(jié)果大于 65535(0xFFFF)，則標志位 C 被置為 1。請注意：進位標志 C 一般用于無符號數(shù)運算的進、借位判斷。 2 零標志 Z Z=0 時表示運算結(jié)果不為 0， Z=1 時表示運算結(jié)果為 0。 3 負標志 N 負標志 N 是用來判斷運算結(jié)果的最高位（ B15）是否為 1。 B15=0 則 N=0； B15=1 則 N=1。 4 符號標志 S S=0 時表示運算結(jié)果 為正數(shù)或是 0， S=1 時則表示運算結(jié)果（在二進制補碼的規(guī)則下）為負。對于有符號數(shù)運算， 16 位所能表示的數(shù)值范圍是 0x8000~0x7FFF，即 32768~32767。若運算結(jié)果小于零，則符號標志 S 被置為 1。有符號數(shù)運算的運算結(jié)果可能會大于 0x7FFF 或小于 0x8000。比如： 0x7FFF+0x7FFF=0xFFFE（ 65534），運算結(jié)果為正（ S=0），且無進位（ C=0）發(fā)生；在此情況下，負標志黃石理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 N 被置為 1（因為最高位為 1）。若標志 N 與 S 不同，則說明了有溢出 (overflow)發(fā)生，即： S=0， N=1 或 S=1， N=0。符號標志 S 可用來判斷有符號數(shù)的正負。而 JVC(N==S)， JVS(N!=S)則可用來判斷溢出。請注意： N， S 的組合用于有符號數(shù)溢出的判斷。 特別需要注意：在運算操作過程中，若目標寄存器是 PC，則所有標志位均不會受到影響。 總結(jié)： [1]．由于補碼可以把有符號數(shù)與無符號數(shù)的運算統(tǒng)一起來，所以對于同一條加法或減法指令，既可以認為是有符號數(shù)運算又可以認為是無符號數(shù)運算，只是觀察的角度、判斷的標準不同而已。 [2]．進位標志 C 一般用于無符號數(shù)運算的進、借位判斷。 [3]． N， S 的組 合用于有符號數(shù)溢出的判斷。 [4]．有符號數(shù)的范圍為 32768~32767，無符號數(shù)的范圍為 0~65535。若為有符號數(shù)，運算前數(shù)值的正負應(yīng)利用負標志 N 來判斷；運算后結(jié)果的正負應(yīng)利用符號標志 S來判斷。 下面我們舉幾個例子來分析說明標志位 [例 ]: R1=32767， R2=32767，求二者之和。運算后 R1 中的內(nèi)容為 0xFFFE。 R1=32767 //設(shè)值后的標志位為 N=0， Z=0， S=0， C=1； R1=0x7FFF R2=32767 //設(shè)值后的標志位為 N=0， Z=0， S=0， C=1； R2=0x7FFF