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。
$ X8 _' v  T/ v( @: |9 H  A. I
F=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
% s/ z- s* T  B) Y7 ]5 t时间为62．5ns／16MHz，2．2V供电时，最小指令执行
) L* P3 E  s& S4 W时间为100ns／10MHz；
(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
噪声，同时还提供32kHz的子系统时钟；
7 J) B( Q& d% n(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
运算的高精度；支持C语言与多任务处理，提供丰
富的指针；
0 M5 ^! p+ w1 V4 |' T(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。
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／
( k4 O( F0 r3 L, v0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
+ W6 Z3 S5 a& Z" k  W; e8 [+ m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
1 o) f+ l+ {) K! J( ?& }: o少损失，节约成本；
(9)电路进行了噪声保护优化，所有引脚均有
6 Q# u% V8 w! ^  U% G7 e7 X& L噪声滤波器；
(10)低功耗的能量管理：待机、睡眠、停机、CPu
5 Y( ?& P3 x0 a* y间歇工作、子时钟的工作和睡眠等多种低功耗模
式；
; y% [1 @: u! b6 D' v+ S4 M7 Q& J$ U(11)多种ROM大小和类型：掩模ROM(最大
* d: i' z0 r% J$ x256Kbytes)，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
* o. f8 J( z. v# O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；
, S1 M) O( X" h" a7 H' T8 y(15)7-作温度_40—105℃；存储温度一55—150℃。
% v1 d8 z* y& p* D8 {7 G* T2 CPU结构分析
FFMC一16LX系列单片机的CPU内含11个专
. C: {. T, l* D2 Z# e用寄存器。通用寄存器位于RAMl80H一37FH的地
- X6 m6 _$ @8 o3 H6 ]址区内，分为32区，每个区可用作8位寄存器、16
6 q9 d$ E" Y- ~) N* ]位寄存器或32位寄存器，寄存器指针指向当前通
用寄存器工作区，寄存器的结构如图3所示。
! d% u1 o  U. j( I5 C3 k3 u) T3 S2．1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；
+ p( R/ t" F& |2 t7 C) g1 ?: ?(2)堆栈指针(USP，ssP)：堆栈指针有用户堆栈
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
4 \2 S+ T! Q# L; L) X0 x* Y(ILM，3位，表明CPU当前接受中断响应的级别)、通
/ K. @7 C$ u6 J4 }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
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)段寄存器(PCB，DTB，USB，SSB，ADB)：五个
4 q# ]% O8 h. H, ~; j段寄存器是程序段寄存器(PCB)、数据段寄存器
6 u& O3 @& m% M1 z. _7 N(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
址的高8位地址。
, H# Q3 E9 h/ L: d2．2通用寄存器
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
  u! l6 b% h4 a% `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+ S6 n6 k! n; N6 g3 H/ ?. w: y% Q0 o到Rm)。通用寄存器的用法如表1所示。
* a/ P- p+ b* |, L3中断系统
FFMC一16LX系列单片机共有8个可编程中断
! d. T" q2 D- B* I) g& l( I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 H4 S, n" N- q& d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
) Y4 T! i  R# w0 y蔽。
& a" O( J7 Q7 m  HFFMC一16LX系列单片机支持近4J0个中断源，
0 D3 F( T/ C& X! |5 V' R7 G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)，
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
还是用作扩充智能I／O服务、选择扩充智能L／O服
' l: E5 x  [& o3 b: D% \务通道，共有16个扩充智能I／O服务通道。与16
7 G# i+ ?  j2 `* T8 H  y% M$ h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
  V1 D& Q! j: b, `& F' ERAM空间，用于完成扩充智能I／0服务时I／O口与
  X- X2 R. B: S! Z9 n: K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
态寄存器组成。状态寄存器用来指明指向缓冲区地
, h% K: H/ [2 K* Q. B, z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
/ M3 y! x$ e5 @3 r, Q- y0 [冲区还是从缓冲区到I／o)等。
/ a8 ~9 k* ?6 H1 q4 |0 {! y/ S8 |5 |FFMC一16LX系列单片机提供的扩充智能I／0
: n) X, p" n) _服务事实上是一种硬件中断操作。中断允许发生
2 F& L$ V" x8 u1 t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
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 c; v7 [1 z# Q2 ?7 w与传统的I／O口与存储器之间的数据传输方式不
! w6 j( }, ]7 s8 o+ X7 m同，采用扩充智能I／O服务后，由于采用内部微代
& A) s2 v+ C3 k# l8 F6 i1 T% l码不需要编写中断处理程卒，数据传输既不用内部
6 L' @- a& O1 A+ A$ q# Y# }- |寄存器也无就需保存寄存器的值，与DMA功能相
- G3 O- U5 d) r9 w  }$ F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
8 {8 t# V0 `/ p8 d( M发生中断且中断使能①时，外围硬件发送一个中断
, \- ~6 C" ?$ Y5 _, B( e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，
7 h7 m; v: E# |, GCPU比较请求中断优先级和中断屏蔽寄存器(IS：
/ W1 G4 F, ?+ g3 _' v' ZILM)的值④，若请求中断优先级高，检测中断使能标
; t4 {2 b1 c- ]( d4 k" `% f' h0 H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，
1 b/ d6 f% F5 G8 P1 E; o: |4 T6 BCPU响应中断请求⑥，若为一般的中断请求，程序
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
( ^, @- J$ D  _1 O+ Z' O* u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。
! B+ \. j* E1 U4 @

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MC一16LX系列单片机寄存器比较多。