【正文】 者的工作原理，如何實(shí)現(xiàn)對溫度、濕度的測量隊(duì)本設(shè)計(jì)研究具有重大意義。 燕山大學(xué)本科畢業(yè)生設(shè)計(jì)（論文） 19 第 4 章 單片機(jī)設(shè)計(jì) SPACE061A 單片機(jī)簡介 隨著單片機(jī)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(kuò)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(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計(jì)的。它的 CPU 內(nèi)核采用凌陽最新推出的 ?nSP(TM)（ Microcontroller and Signal Processor） 16 位微處理器芯片（以下簡稱 ?nSP(TM)）。圍繞 ?nSP(TM)所形成 16 位 ?nSP(TM)系列單片機(jī)（以下簡稱 ?nSP(TM)家族）采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以 ?nSP(TM)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 ?nSP(TM)內(nèi)核是一個(gè)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)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(qiáng)的功能和更低的成本。 SPCE061A 總體概述 SPCE061A 是繼 ?nSP(TM)系列產(chǎn)品 SPCE500A 等之后凌陽科技推出的又一款 16 位結(jié)構(gòu)的微控制器 [8]。與 SPCE500A 不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能， SPCE061A 里只內(nèi)嵌 32K 字的閃存（ FLASH）。較高的處理速度使 ?nSP(TM)能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。因此，與 SPCE500A 相比，以 ?nSP(TM)為核心的 SPCE061A 微控制器是適用于數(shù)字語音識別 應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。 SPCE061A 是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價(jià)比很高的一款十六位單片機(jī)，該芯片擁有 8 路 10 位精度的 ADC，兩路 10 精度的 DAC，只需要外接功放（ SPY0030A）即可完成語音的播放。另外凌陽十六位單片機(jī)具有易學(xué)易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn) C 語言，可以實(shí)現(xiàn) C 語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用為軟件開發(fā)提供了方便的條件。片內(nèi)還集成了一個(gè) ICE（在線仿真電路）接口，使得對該芯片的編程、仿真都變得非常方便，而 ICE 接口不占用芯片上的硬件資源，結(jié)合凌陽科燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 技提供 的集成開發(fā)環(huán)境（ unSPIDE）用戶可以利用它對芯片進(jìn)行真實(shí)的仿真；而程序的下載（燒寫）也是通過該接口進(jìn)行下載。 SPCE061A 的優(yōu)點(diǎn) 體積小、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展 ?nSP(TM)家族把各功能部件模塊化地集成在一個(gè)芯片里，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，因而減少了各功能部件之間的連線，提高了其可靠性和抗干擾能力。另外，模塊化的結(jié)構(gòu)易于系統(tǒng)擴(kuò)展，以適應(yīng)不同用戶的需求；具有較強(qiáng)的中斷處理能力 ?nSP(TM)家族的中斷系統(tǒng)支持 10 個(gè)中斷向量及 10 余個(gè)中斷源，適合實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域。高性能價(jià)格比 ?nSP(TM)家 族片內(nèi)帶有高尋址能力的 ROM、靜態(tài) RAM 和多功能的 I/O口。另外 ,?nSP(TM)的指令系統(tǒng)提供具有較高運(yùn)算速度的 16 位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用增添了 DSP 功能，使得 ?nSP(TM)家族運(yùn)用在復(fù)雜的數(shù)字信號處理方面既很便利，又比專用的 DSP 芯片廉價(jià)；功能強(qiáng)、效率高的指令系統(tǒng) ?nSP(TM)指令系統(tǒng)的指令格式緊湊，執(zhí)行迅速 ,并且其指令結(jié)構(gòu)提供了對高級語言的支持 ,這可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間。低功耗、低電壓 ?nSP(TM)家族采用 CMOS 制造工藝，同時(shí)增加了軟件激發(fā)的弱振方式、空閑方式和掉電方式 ，極大地降低了其功耗。另外 ,?nSP(TM)家族的工作電壓范圍大，能在低電壓供電時(shí)正常工作，且能用電池供電。這對于其在野外作業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用具有特殊的意義。 16 位μ ?nSP 微處理器 [9]； 工作電壓：內(nèi)核工作電壓 VDD 為 ~(CPU)， IO 口工作電壓 VDDH為 VDD~(I/O)； CPU 時(shí)鐘： ~； 內(nèi)置 2K 字 SRAM； 內(nèi)置 32K 閃存 ROM； 可編程音頻處理； 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下 (時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài) )，耗電小于 ； 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (可 自動預(yù)置初始計(jì)數(shù)值 )； 2 個(gè) 10 位 DAC(數(shù) 模轉(zhuǎn)換 )輸出通道； 32 位通用可編程輸入 /輸出端口； 燕山大學(xué)本科畢業(yè)生設(shè)計(jì)（論文） 21 14 個(gè)中斷源可來自定時(shí)器 A/B，時(shí)基， 2 個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒； 具備觸鍵喚醒的功能； 使用凌陽音頻編碼 SACM_S240 方式 ( 位 /秒 )，能容納 210 秒的語音數(shù)據(jù)； 鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號； 32768Hz 實(shí)時(shí)時(shí)鐘； 7 通道 10 位電壓模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)和單通道聲音模 數(shù)轉(zhuǎn)換器； 聲音模 數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制 (AGC)功能； 具備串行設(shè)備接口； 低電壓復(fù)位 (LVR)功和低電壓監(jiān)測 (LVD)功能； 內(nèi)置在線仿真 (ICE， In Circuit Emulator)接口。 1 6 位 微 控 制器F L A S HR A M雙 1 6 位 定 時(shí) 器 /計(jì) 數(shù) 器時(shí) 基中 斷 控 制鎖 相 環(huán)振 蕩 器C P U 時(shí) 鐘實(shí) 時(shí) 時(shí) 鐘低 電 位 監(jiān) 測 /低 電 壓 復(fù) 位7 通 道 1 0 位 A D C單 通 道 A D C + A G C雙 通 道 1 0 位 A D C串 行 輸 入 輸 出 接 口3 2 引 腳 通 用 輸 入 輸 出 端 口 I O B 0 ( S C K ) I O B 1 ( S D A )I C E _ E NI C E _ S C KI C E _ S D AV C PX I / RX OM I C _ I NA U D 2A U D 1 圖 41 16 位μ ?nSP 微處理器 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 SPACE061A 單片機(jī)硬件介紹 SPCE061A 片內(nèi)存儲器結(jié)構(gòu) SPCE061A 的內(nèi)存地址映像如圖 42 所示。芯片內(nèi)的內(nèi)存有 2K 字的 SRAM（包括堆棧區(qū)）和 32K 字閃存（ FLASH）。 RAM SPCE061A 有 2K 字的 SRAM(包括堆棧區(qū) )，其地址范圍從 0X0000 到007FF。前 64 個(gè)字，即 0X0000～ 0X003F 地址范圍內(nèi)，可采用 6 位地址直接地址尋址方法，存取速度為 2 個(gè) CPU 時(shí)鐘周期；其余范圍內(nèi) (0X0040～0X07FF)內(nèi)存的存取速度則為 3 個(gè) CPU 時(shí)鐘周期。 00X000 0X07FF 0X0800 0X6FFF 0X7000 0X7FFF 0X8000 0XFFF5 0XFFF6 0XFFFF 圖 42 SPCE061A 內(nèi)存映像表 堆棧 SP 是用來記錄堆棧地址的寄存器， SP 會指向堆棧的頂端。堆棧是一個(gè)先進(jìn)后出的內(nèi)存結(jié)構(gòu)， 181。?nSP 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、子程序呼叫 call、以及進(jìn)入中斷服務(wù)子程序 (ISR， Interrupt Service Routine)時(shí)，會儲存寄存器內(nèi)容在堆棧里，這時(shí) SP 會遞減以反映堆棧用量的增加。當(dāng) CPU 執(zhí)行 pop、子程序返回 ret、以及從 ISR 返回 reti 時(shí)，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 為0X000000~0X0007F 的內(nèi)存范圍中。 SPCE061A 系統(tǒng)復(fù)位后， SP 初始化為 0x07FF，每執(zhí)行 push 指令一次， SP 指針減一。如圖 43 所示。 2K SRAM 保留空間 I/O 端口 系統(tǒng)端口 32K FLASH ROM 中斷向量 燕山大學(xué)本科畢業(yè)生設(shè)計(jì)（論文） 23 0X07FF PUSH 后 SP 減 1 POP 后 SP 加 1 圖 43 堆棧 閃存 Flash SPCE061是一個(gè)用閃存替 mask ROM 的 MTP(multitimeprogrammable)芯片，閃存可以進(jìn)行多次的擦除與寫入，可用來存儲程序與數(shù)據(jù)。 SPCE061A具有 32K字 (32K 16位 )閃存容量，這 32K字 的內(nèi)嵌閃存被劃分為 128個(gè)頁，每個(gè)頁存儲容量為 256 個(gè)字。它們在 CPU 正常運(yùn)行狀態(tài)下均可通過程序擦除或?qū)懭搿Ｈ?32K 字閃存均可在 ICE 工作方式下被寫入或被擦除。為了安全起見，不對用戶開放整體擦除功能。 用戶必須通過向 P_Flash_Ctrl(寫 ) ($7555H)單元寫入 0XAAAA，來啟用閃存的存取功能。然后，向 P_Flash_Ctrl(寫 )($7555H)單元寫入 0X5511，來擦除頁的內(nèi)容。寫入 0X5533，對閃存寫入。這些指令不能被任何其它的操作打斷，包括中斷、 ICE 的單步跟蹤動作。這是因?yàn)殚W存控 制器必須保證閃存處于寫入狀態(tài)。如果其它的操作打亂了這個(gè)順序，閃存的狀態(tài)將發(fā)生改變，擦除頁和寫入的操作不能再繼續(xù)進(jìn)行。 此外，為保證數(shù)據(jù)的正確寫入，用戶必須在寫入之前擦除頁的內(nèi)容。頁大小為 0X100。第一頁地址范圍： 0X8000~0X80FF，最后一頁的地址范圍： 0XFF00~0XFFFF。 0XFC00~0XFFFF 范圍內(nèi)的地址由系統(tǒng)保留，用戶最好不要用本范圍內(nèi)的地址。 讀取操作 在芯片上電后，閃存就處于讀取狀態(tài)，讀取的操作與 SRAM 相同。 棧底 棧頂 0X0000 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 擦除操作 在對閃存寫入數(shù)據(jù)前， 必須對閃存進(jìn)行擦除操作。由于閃存采用分頁的數(shù)組結(jié)構(gòu)，使得各個(gè)存儲頁可以被獨(dú)立地擦除。當(dāng)用戶向閃存控制接口發(fā)出頁擦除命令以后，只要向某個(gè)地址寫入任意的數(shù)據(jù)，對應(yīng)到這個(gè)地址的的記憶頁就被擦除。要保證擦除操作的正確完成，必須考慮以下兩個(gè)參數(shù)：該閃存的內(nèi)部分頁結(jié)構(gòu)、每個(gè)頁分區(qū)的擦除時(shí)間。 寫入操作 閃存芯片的寫入操作是自動字節(jié)寫入，既可以循序?qū)懭?，也可指定地址寫入閃存的地址空間為 0X8000— 0XFFFF，閃存控制接口的地址為 0X7555。第一頁范圍是 0X8000— 0X80FFF，最后一頁范圍是 0XFF00— 0XFFFF。 擦除一頁的流程是：先對命令用戶接口地址 0X7555 送出 0XAAAA，然后再對命令用戶接口地址 0X7555 送出 0X5511，再來對要擦除的記憶頁地址寫入任意數(shù)據(jù)。 寫入一個(gè)字的流程是：先對命令用戶接口地址 0X7555 送出 0XAAAA，然后再對命令用戶接口地址 0X7555 送出 0X5533，再來對要寫入字的地址寫入數(shù)據(jù)，約 40us 即可完成寫入操作，之后就可以再進(jìn)行其它操作。例如向 0X8000 記憶地址寫入 0Xffff 流程如下： 0X7555← 0XAAAA,0X7555←0X5533,0X8000← 0XFFFF。 連續(xù)寫入多個(gè)字的流程是：先對命令用戶接口地址 0X7555 送出 0XAAAA，然后再對命令用戶接口地址 0X7555 送出 0X5544，再給要連續(xù)寫入字的起始地址寫入字?jǐn)?shù)據(jù)，約 40us 即可完成 1 個(gè)字的寫入操作。再對命令用戶接口地址 0X7555 送出 0X5544，再對后續(xù)要寫入的字地址寫入字?jǐn)?shù)據(jù)，等待 40us，循環(huán)操作即可完成連續(xù)字的寫入。 SPACE061A 單片機(jī)并行 I/O 口 輸入 /輸出接口（也可簡稱為 I/O 端口）是單片機(jī)與外設(shè)交換信息的通道。輸入端口負(fù)責(zé)從外界接收檢測信號 、鍵盤信號等各種開關(guān)量信號。輸出端口負(fù)責(zé)向外界傳送由內(nèi)部電路產(chǎn)生的處理結(jié)果、顯示信息、控制命令等。SPCE061A 有兩種封裝片，一種為 84 個(gè)引腳， PLCC84 封裝形式；它的排列如圖 44 所示；另一種為 80 個(gè)引腳， LQFP80 封裝。它的排列如 45 所示。 燕山大學(xué)本科畢業(yè)生設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 43 SPCE061A LQFP80 封裝引腳排列圖 圖 44 SPCE061A PLCC84 封裝引腳排列圖 輸入 /輸出接口（也可簡稱為 I/O 端口）是單片機(jī)與外設(shè)交換信息的通道。輸入端口負(fù)責(zé)從外界接收檢測信號、鍵盤信號等各種開關(guān)量信號。輸出端 口負(fù)責(zé)向外界傳送由內(nèi)部電路產(chǎn)生的處理結(jié)果、顯示信息、控制命令、驅(qū)動信號等。 181。?nSP 內(nèi)有并行和串行兩種方式的 I/O 口。并行口線路成本較高，燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 但是傳輸速率也較高；與并行口相比，串行端口的傳輸速率較低但可以節(jié)省大量的線路成本。 SPCE061A