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。
3 R) c4 e% r5 V' s$ K% h: T
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
$ e! y3 C+ \' z时间为62．5ns／16MHz，2．2V供电时，最小指令执行
, e3 T9 M. \- t7 H: t! j时间为100ns／10MHz；
/ O8 q! d: h9 R. O; {0 u( v1 N(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；
(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
7 M& M. I  c$ I* B2 L9 j运算的高精度；支持C语言与多任务处理，提供丰
& ^5 s0 e, N6 G+ ?' b2 e富的指针；
(4)采用4字节指令预取队列的流水线技术，
4 Q" D# H! j7 y+ m; {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；
  X7 t1 n+ t6 x  A4 W(6)独立于CPU的自动传输功能：扩充智能I／
0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
# I* I0 H  y# S9 Y9 i4 y要设置为输入口、输出口或专用[J；
$ a# g; G0 J$ y+ h: \  i(8)程序补丁功能：提供两个程序补丁地址指
2 g. |8 _5 z6 Q- s7 F针，可对掩模后程序中出现的错误进行修改，以减
1 V( P4 p; T/ y9 C" M% p. e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
: g- m8 l- {1 \" h噪声滤波器；
& U% ?; o. S. F+ a9 q7 }! k(10)低功耗的能量管理：待机、睡眠、停机、CPu
& {4 l* ]  {5 X+ E# G+ f间歇工作、子时钟的工作和睡眠等多种低功耗模
式；
(11)多种ROM大小和类型：掩模ROM(最大
256Kbytes)，nASH ROM(64K／128K／256K bytes)．
) L( F5 l: Y" o内部RAM(4 K／6 K／8 Kbytes)；
% j' U% f  I' i1 P& V$ E' l. M(12)支持16M寻址空间内的字、字节寻址；
0 f( M: f/ M5 j" f(13)地址、数据总线的复用或非复用可通过软
* A9 I6 U( |) H) @: H件进行设置；
- K, r2 j$ A2 [& B; w(14)FLAsH ROM编程：支持自动编程，具备可
& r. T- I- Q6 M; i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；
(15)7-作温度_40—105℃；存储温度一55—150℃。
3 k. k* u  e& Q% n2 CPU结构分析
FFMC一16LX系列单片机的CPU内含11个专
+ b  u0 U: v8 C1 Y# X' Y$ s用寄存器。通用寄存器位于RAMl80H一37FH的地
5 ~- v/ t* ~! g1 {4 C: i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
用寄存器工作区，寄存器的结构如图3所示。
3 B8 Q% T$ `! O$ U1 {& v2．1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；
(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
% W7 ?) S/ Q+ L  L$ p$ c7 U寄存器(ssB)确定；
! [7 F  G0 Q, k) M: x(3)程序状态字(Ps)：由中断级别屏蔽寄存器
1 f- y3 f+ v6 W. q7 X& d(ILM，3位，表明CPU当前接受中断响应的级别)、通
7 R* c1 |$ p7 R) ^$ r* e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
+ A9 n+ l- _. j令代码存放地址的低16位；
# y, h: Z# z* T5 [(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
( y: \5 N: r8 o7 ]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
3 G, Y: \( u9 v: z5 B. \9 {& V址的高8位地址。
2．2通用寄存器
通用寄存器是位于RAM中的180H到37FH
0 f; q& P+ |* L/ O" v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。
3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
别屏蔽寄存器(ILM)可以改变当前CPU接受中断响
5 M2 @) x* P6 C7 v& B应的级别，低于该设置中断级别的中断源将被屏
6 f5 n% e6 F7 l# O蔽。
" ]( f  B# C- }, Q6 }6 [- JFFMC一16LX系列单片机支持近4J0个中断源，
5 U1 h  E, ?- M: m; |4 k+ [可以分为硬件中断、软件中断和扩充智能I／O服务
" ~, F) U& z8 }, p6 S6 t1 J(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—
' R6 V3 K4 Q" mstruction)外，每个中断源都受～个中断控制寄存器
( ?: `- K# _5 `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
5 ~/ e3 a6 C% O( A. [管理相应的中断源，其主要功能有：设置相应中断
# x9 h6 d- S# v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
" R3 q2 @0 p1 w$ z; {% W" e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
' y& @/ f; f" G' }; T, rI／O服务描述符(ISD)，每个描述符占用8个字的
2 @+ b0 Q  P' M9 h& |' s/ DRAM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。
/ P/ s. j9 q5 T) o/ k# E扩充智能I／O服务描述符由数据计数器、指向
' T& v/ m+ N0 R5 w: b& P2 q. cI／O寄存器的指针、指向RAM缓冲区的指针以及状
# c: ~6 _: h' ^5 j态寄存器组成。状态寄存器用来指明指向缓冲区地
4 Y: ?0 m. i" H- K* Q, h址指针和I／O寄存器的地址指针是固定还是更新、
; }" P) `8 V! P" f% i  T# D传输数据格式(字节还是字)、传送方向(从I／O到缓
" o  U# Y% g9 @4 l* H6 s冲区还是从缓冲区到I／o)等。
6 ^8 b9 d9 v, e# n+ l1 fFFMC一16LX系列单片机提供的扩充智能I／0
$ ?' g0 S/ D$ _4 d服务事实上是一种硬件中断操作。中断允许发生
% R4 ~: D3 L2 w0 {$ V8 z* G时，中断控制器决定申请的中断是否有效，并选择
0 [: N; t! }/ `/ M3 ?; S' Q# }0 u相应的扩充智能I／O服务操作，扩充智能I／O服务
2 d* Y2 j! ?+ p- ]* E' M: W根据扩充智能I／O服务描述符来进行I／O口与存
* W! P2 c, {- J7 d/ D储器之间的自动数据传输，完成后返回CPU操作。
与传统的I／O口与存储器之间的数据传输方式不
* X$ \5 R" y' e2 L$ R2 F9 q& _同，采用扩充智能I／O服务后，由于采用内部微代
: Z- ~' Z5 h3 ?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
0 [9 T+ ^7 W) h1 x( w9 j2 C似，因此不但可以减少编程工作，而且提高了运行
* }" w( H- W# i- Y, Y速度。
* V2 a" r2 a' z0 ]图4描述了硬件中断的处理过程，当外围硬件
6 d* r! K: P; [2 ]' n2 P. Q" V8 u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
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：
7 A+ W; Y$ V0 N. V6 ~- y% mILM)的值④，若请求中断优先级高，检测中断使能标
' ~9 m% y4 `: L$ n2 y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，
CPU响应中断请求⑥，若为一般的中断请求，程序
& `7 ?" F. D" k$ P5 D+ E跳转到用户中断服务程序，若为扩充智能L／O服务
6 E& A4 A0 Y" l7 G, q7 X程序，内部微代码根据扩充智能I／O服务描述符执
+ v0 g  u2 {9 e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. b) a. F9 ?" }; k* t4 w/ O" A

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MC一16LX系列单片机寄存器比较多。