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
分析，描述了该系列单片机的开发工具及编程方法。

+ C- ]0 Y- p( ?+ rF=MC一16LX系列单片机是富土通公司推出的
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
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
' x) b' B& e/ a5 \- h- R  i时间为62．5ns／16MHz，2．2V供电时，最小指令执行
+ O/ z; K" ^* t; \, ^+ n时间为100ns／10MHz；
$ N2 Y5 z9 v! x# L, Q9 L: f(2)嵌入PLL时钟倍频电路：工作时钟可以选
; _' [6 H9 B0 X3 p& y' o6 ]择晶体时钟的1／2、1、2,3、4倍频。大大减小了EMI
噪声，同时还提供32kHz的子系统时钟；
/ {5 g# r' _' f2 A& v. y' j(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，
大大提高了代码的效率，32位的累加器保证了算术
( ?1 P( m$ Q; {. _运算的高精度；支持C语言与多任务处理，提供丰
富的指针；
(4)采用4字节指令预取队列的流水线技术，
8 O  u$ v. o+ e" ?, v3 w8 `% W最小指令周期为62．5ns(16MHz)；
6 |3 u6 D0 y( \/ y3 I" U(5)强大的中断功能：8个可编程中断优先级。
支持近40个中断源；
2 I  S! A% s: @5 O(6)独立于CPU的自动传输功能：扩充智能I／
% s' V* @$ B5 F% @4 j5 W0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
$ T: N& H8 Q/ S3 ]2 @  v要设置为输入口、输出口或专用[J；
; x1 J0 Q1 L" M(8)程序补丁功能：提供两个程序补丁地址指
2 ?0 U) T0 r& G& G) d针，可对掩模后程序中出现的错误进行修改，以减
0 u& J' K4 F  x( p- t0 t少损失，节约成本；
, e0 X- p" y; O; {2 q' v(9)电路进行了噪声保护优化，所有引脚均有
8 e  j; _$ @, {9 a2 q噪声滤波器；
& ~9 [! ]% \$ c  T(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；
5 _' ~) O0 U" T8 e8 l; |9 t(11)多种ROM大小和类型：掩模ROM(最大
( \; \* {+ Q1 q8 X/ y2 U( u256Kbytes)，nASH ROM(64K／128K／256K bytes)．
7 B+ }8 ~3 [/ p5 [" B内部RAM(4 K／6 K／8 Kbytes)；
6 _$ q$ d, P9 G(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
件进行设置；
3 b- J# V3 w. e  k" L3 X(14)FLAsH ROM编程：支持自动编程，具备可
5 O8 z( C9 B8 {8 G4 A; c5 T3 F擦写、可恢复和自动保护功能，擦写次数大于lO万
% `) Z) [! d/ S1 F次，数据可靠存储10年以上，可设置加密位；
- g3 d' |  K- O% B- e) n  ~+ u(15)7-作温度_40—105℃；存储温度一55—150℃。
2 CPU结构分析
9 @9 X- C8 ~% j6 tFFMC一16LX系列单片机的CPU内含11个专
5 ?; Z' P* E3 p. P( @5 S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
. q3 y, O- G: M+ k) w+ U0 ]$ f" v5 R' {用寄存器工作区，寄存器的结构如图3所示。
# F% q. o/ A8 X  g3 V% ?2．1专用寄存嚣
. E0 {1 U7 }5 Z3 L$ v1 [(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；
, r! g' K0 m3 M" W! C(2)堆栈指针(USP，ssP)：堆栈指针有用户堆栈
, n6 Y$ n$ \4 {. X* \5 j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
寄存器(ssB)确定；
(3)程序状态字(Ps)：由中断级别屏蔽寄存器
& h0 Z, P* c9 K0 m. t5 j(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
, x9 V5 f2 N6 _( o& W' t. z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 _4 ]: a5 t  P% A令代码存放地址的低16位；
(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 r7 N9 c* U# g: Z  l7 r# s1 Y(6)段寄存器(PCB，DTB，USB，SSB，ADB)：五个
$ Z# ~2 e/ H5 m* p6 }( T7 X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
; E& W+ ]6 D. j. |  T(SSB)、附加段寄存器(ADB)，分别用于指定相应段寻
" a  t5 c' @% D& n址的高8位地址。
2．2通用寄存器
: [  \6 f. P! ^) h. y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
到Rm)。通用寄存器的用法如表1所示。
) ~8 f$ E  h" n4 T7 y3中断系统
FFMC一16LX系列单片机共有8个可编程中断
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
$ J" l/ C0 u) @+ I( o; \别屏蔽寄存器(ILM)可以改变当前CPU接受中断响
5 K( B9 R3 g% f应的级别，低于该设置中断级别的中断源将被屏
& N& B( d% J  e* R# J蔽。
" o  @; i% b; |6 ^FFMC一16LX系列单片机支持近4J0个中断源，
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
' p3 C. {2 R$ h: r9 u- E(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
$ s/ L: T' Y' Z: [2 K4 S: n的控制，该系列单片机共有16个中断控制寄存器(ICR)，
. S; W/ }; R; t它们位于中断控制器中。中断控制寄存器负责
" C% v; I) ?2 {+ N管理相应的中断源，其主要功能有：设置相应中断
" m2 h( k0 |3 |$ [/ q源的中断等级、选择响应中断作为一般中断来使用
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
个扩充智能I／O服务通道相对应有16个扩充智能
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
5 c& R. w4 v* V7 ^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
, c. h4 a. i7 \9 A0 m5 Z1 ~9 JI／O寄存器的指针、指向RAM缓冲区的指针以及状
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、
* v: I5 ]- o6 o# x传输数据格式(字节还是字)、传送方向(从I／O到缓
7 k0 q! X  K5 r# S3 K6 c. v冲区还是从缓冲区到I／o)等。
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
) P& I. y; d$ O& @+ \# M- q+ H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
( N6 S; s/ `% M$ S; ?  Y7 @7 n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。
$ A" J9 |5 c& T9 _. I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
寄存器也无就需保存寄存器的值，与DMA功能相
$ ^) j! @' U/ _- N, O* x7 J似，因此不但可以减少编程工作，而且提高了运行
( c4 K4 F5 C' A8 f( V( I$ L& N速度。
图4描述了硬件中断的处理过程，当外围硬件
# d% r6 `6 x  Y发生中断且中断使能①时，外围硬件发送一个中断
. P3 m2 W  Y# r) I请求到中断控制器②，中断控制器决定同时到来中
; Q9 {! `- i( j- c& p断的中断优先级并将优先级高的中断送到CPU③，
, H, S3 C9 A+ P: V: f" u6 L4 ~CPU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
# x+ c* U. @; {7 F志位(PS：I)⑤，若中断使能标志位为使能状态，则被
" |( R0 D/ X( O0 s, O2 F) B请求中断级写入指令寄存器，在完成当前指令后，
2 q! Q& S* p5 H' _$ H$ gCPU响应中断请求⑥，若为一般的中断请求，程序
; z+ w8 W  Z4 R- u3 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。

' Y# I4 h. }" H! j4 s" m5 T

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shanchang1

MC一16LX系列单片机寄存器比较多。