第5章80C51內(nèi)核衍生型單片機(jī)芯片及應(yīng)用ppt課件

1、第5章 MCS-51內(nèi)核衍生型單片機(jī)芯片及運(yùn)用加強(qiáng)型MCS-51作內(nèi)核的衍生型嵌入式單片機(jī)芯片種類很多： 8XC51RX如P89C51RX、P89V51RD2、SST89EVXXRD2、AT89C51RD2及AT89C51ED2、LPC系列如P87LPC76X系列、P89LPC900系列、AT89LPC21X系列、W79E8XX系列、STC12C54XX系列，以及Infeon的XC866與XC886芯片 .5.1 P89C51RX系列單片機(jī)概述 P89C51RX系列MCU以加強(qiáng)型80C51作內(nèi)核，硬件資源、指令系統(tǒng)、引腳陳列與一樣封裝方式的加強(qiáng)型MCS-51芯片堅(jiān)持100%兼容。與加強(qiáng)型MCS

2、-51相比，P89C51RX系列的最大特點(diǎn)是擴(kuò)展了片內(nèi)存儲(chǔ)器種類與容量，在P89C51RX系列芯片中程序存儲(chǔ)器容量最大可達(dá)64KB，片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器容量為5122048字節(jié)，并集成了可編程計(jì)數(shù)器陣列PCA完全兼容Intel 8XC51FX系列內(nèi)嵌的可編程計(jì)數(shù)器陣列、硬件看門狗計(jì)數(shù)器WDT?？梢?，P89C51RX系列硬件資源豐富，一片P89C51RX芯片即可構(gòu)成一個(gè)功能相對(duì)完善的單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)。. 1Philips公司第一代P89C51RXXH系列芯片 采用加強(qiáng)型80C51內(nèi)核，硬件資源、封裝方式及引腳陳列、指令系統(tǒng)與加強(qiáng)型MCS-51芯片堅(jiān)持100%兼容，即P89C51RX系列完全可以交換具有

3、一樣封裝方式的8XC5X、8XC5XX2系列芯片。 擴(kuò)展了片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器容量，在P89C51RX內(nèi)部，除了256字節(jié)的內(nèi)部RAM外，還集成了256768字節(jié)的內(nèi)部擴(kuò)展RAM簡稱ERAM。為此，在輔助功能存放器AUXR中添加了內(nèi)部擴(kuò)展RAM/外部RAM選擇位EXTRAM。當(dāng)EXTRAM位為0時(shí)，MOVX指令的讀寫對(duì)象為內(nèi)部擴(kuò)展RAM；反之，當(dāng)EXTRAM位為1時(shí)，MOVX指令的讀寫對(duì)象為外部RAM。 集成了與Intel P8XC51FX系列芯片完全兼容的可編程計(jì)數(shù)器陣列PCA模塊。 可運(yùn)用與 MCS-51一樣的“12時(shí)鐘/機(jī)器周期方式在規(guī)范時(shí)鐘方式下，晶振頻率為033MHz，也可以采用“6時(shí)鐘

4、/機(jī)器周期方式晶振頻率為020MHz，指令執(zhí)行速度快了一倍。 內(nèi)置了硬件看門狗計(jì)數(shù)器WDT。 具有7個(gè)中斷源4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。.2Philips公司第二代P89C51RX系列芯片 第一代P89C51RX芯片時(shí)鐘方式配置位FX2的記錄載體為OTP ROM，默許時(shí)為6時(shí)鐘方式，可編程為12時(shí)鐘方式，但編程后不能再恢復(fù)為6時(shí)鐘方式；而第二代P89C51RX系列芯片時(shí)鐘方式配置位FX2的記錄載體為Flash ROM，默許時(shí)為12時(shí)鐘方式，可編程為6時(shí)鐘方式，但可經(jīng)過并行編程方式擦除，恢復(fù)為12時(shí)鐘方式。 添加了時(shí)鐘方式控制存放器CKCON。即當(dāng)FX2位處于擦除形狀未編程，F(xiàn)X2位為1時(shí)，可經(jīng)過軟件修正時(shí)

5、鐘控制存放器CKCON的X2位來選擇系統(tǒng)時(shí)鐘方式但值得留意的是，位于Flash ROM嚴(yán)密字節(jié)內(nèi)的系統(tǒng)時(shí)鐘配置位FX2比CKCON存放器內(nèi)的X2位優(yōu)先，即當(dāng)FX2位被編程后，X2位無效。 當(dāng)CPU運(yùn)轉(zhuǎn)在“6時(shí)鐘/機(jī)器周期形狀時(shí)，可經(jīng)過CKCON存放器選擇外設(shè)時(shí)鐘方式 .3Atmel公司T89C51RX系統(tǒng)芯片 部分型號(hào)芯片，如AT89C51ED2、T89C51RX全系列等，集成了2KB、可擦寫10萬次的E2PROM存儲(chǔ)器，方便了系統(tǒng)參數(shù)的保管與修正。 AT89C51RX系列芯片部分型號(hào)，如AT89C51RC2、AT89C51RB2、AT89C51RD2集成了SPI串行總線接口部件。 在PLCC

6、68封裝、VQFP64封裝的T89C51RX芯片種類中，添加了P4、P5兩個(gè)8位I/O口，即I/O引腳數(shù)目為48根6口8位。 任務(wù)電壓范圍寬。P89C51RX系列電源電壓為5.0V10%，而T89C51RX系列電源電壓為3.05.5V；低電壓版本，電源電壓為2.73.6V。 集成了溢出時(shí)間可調(diào)的硬件看門狗電路。 改良了X2時(shí)鐘方式，即在6時(shí)鐘/機(jī)器周期形狀下，可以選擇每一外設(shè)的時(shí)鐘頻率。即T89C51RX系列芯片內(nèi)CKCON存放器各位含義與Philips第二代P89C51RX系列芯片一樣。 可以選擇外部RAM讀選通、寫選通脈沖寬度。默許形狀下，讀選通、寫選通脈沖寬度為6時(shí)鐘周期與傳統(tǒng)的MCS-

7、51兼容，但在T89C51RX中，可以選擇30時(shí)鐘周期，以便讀寫存取速度慢的外部RAM存儲(chǔ)器。 .5.2 P89C51RX引腳功能 P89C51RX系列具有PDIP40、PLCC44CLCC44LQFP44三種封裝方式，引腳陳列與一樣封裝方式的加強(qiáng)型MCS-51芯片堅(jiān)持兼容，如圖5-2所示。由于P89C51RX比加強(qiáng)型MCS-51多了5模塊可編程計(jì)數(shù)器陣列PCA，因此P1口的P1.2P1.7引腳具有復(fù)用功能，既可作為普通I/O引腳運(yùn)用，也可作為5個(gè)PCA模塊的計(jì)數(shù)脈沖輸入端、捕獲/比較方式外部輸入/輸出端。 .圖5-2 P89C51RX系列芯片封裝方式及引腳陳列 .5.3 P89C51RX系列

8、片內(nèi)存儲(chǔ)器構(gòu)造 在引見89C51RX系列CPU內(nèi)部資源前，先列出89C51RX系列芯片特殊功能存放器或存放器位，如表5-3所示。 .5.3.1 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 89C51RX系列采用Flash ROM作為片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，容量從8KB64KB，無須經(jīng)過EPROM、Flash ROM芯片擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器，因此 引腳普統(tǒng)統(tǒng)過2.0K4.7K電阻接電源Vcc。 可以在通用編程器上對(duì)89C51RX系列芯片編程，也可以用ISP、IAP方式進(jìn)展編程。 .5.3.2 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 P89C51RX數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括片內(nèi)RAM和外部RAM兩大部分，其中片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器由256字節(jié)的內(nèi)部RAM與加強(qiáng)型MCS-51

9、芯片一樣和256768字節(jié)的內(nèi)部擴(kuò)展RAM組成，如圖5-3所示。 圖5-3 P89C51RX/87C51RX存儲(chǔ)器構(gòu)造 . 256字節(jié)內(nèi)部RAM、外部RAM讀寫方法與加強(qiáng)型MCS-51一樣；內(nèi)部擴(kuò)展RAM地址空間與外部RAM地址空間重疊，也是經(jīng)過MOVX指令讀寫。為區(qū)別MOVX指令的讀寫對(duì)象是內(nèi)部擴(kuò)展RAM，還是外部RAM，在89C51RX系列輔助功能存放器AUXR中添加了EXTRAM選擇位。當(dāng)EXTRAM為0時(shí)，MOVX指令讀寫對(duì)象為內(nèi)部擴(kuò)展RAM；反之，當(dāng)EXTRAM為1時(shí)，MOVX指令讀寫對(duì)象為外部RAM。由于復(fù)位時(shí)，AUXR存放器內(nèi)容為xxxxxx00B，因此復(fù)位后，MOVX指令讀寫對(duì)

10、象為內(nèi)部擴(kuò)展RAM。當(dāng)需求讀寫外部RAM時(shí)，須經(jīng)過如下指令，將EXTRAM位置1。 .OR AUXR, #00000010B;由于AUXR存放器不具有位尋址功能，只能經(jīng)過或;指令將指定位置1。MOV DPTR, #XXXXH;外部RAM地址送DPTR。MOVX A, DPTR;讀外部RAM單元內(nèi)容。在讀寫內(nèi)部擴(kuò)展RAM期間，P0、P2口及 、 引腳無效，因此當(dāng)以R0或R1作間接尋址存放器讀寫擴(kuò)展RAM時(shí)，只能訪問擴(kuò)展RAM前256字節(jié)。 .5.4 可編程計(jì)數(shù)器陣列PCA及運(yùn)用 P89C51RX系列可編程計(jì)數(shù)器陣列含有5個(gè)構(gòu)造一樣的16位捕捉/比較計(jì)數(shù)器，每個(gè)模塊均可以編程為捕捉方式、軟件定時(shí)器

11、方式、高速輸出方式、脈寬調(diào)制(PWM)方式，此外模塊4還可作為看門狗定時(shí)器WDT運(yùn)用，如圖5-4所示。 .圖5-4 可編程計(jì)數(shù)器陣列PCA .5.4.1 PCA構(gòu)造及控制 在P89C51RX中，為簡化硬件構(gòu)造，PCA單元電路內(nèi)五個(gè)計(jì)數(shù)模塊共用一個(gè)16位加法計(jì)數(shù)器CH和CL作為記時(shí)基準(zhǔn)，計(jì)數(shù)脈沖來源由PCA方式存放器CMOD的CPS1、CPS0位決議，允許/制止PCA計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)由PCA控制存放器CCON的CR位控制，如圖5-5所示。 .圖5-5 PCA計(jì)數(shù)器及控制 . PCA中斷控制邏輯如圖5-6所示。當(dāng)某一模塊產(chǎn)生捕捉將PCA計(jì)數(shù)器捕捉到相應(yīng)模塊捕捉/比較存放器或匹配PCA計(jì)數(shù)器與相應(yīng)模塊捕捉

12、/比較存放器相等時(shí)，CCON存放器相應(yīng)模塊匹配/捕捉標(biāo)志位CCFn置1，能否產(chǎn)生PCA中斷懇求由相應(yīng)模塊的ECCFn位控制。 .圖5-6 PCA中斷控制邏輯 .1. PCA方式存放器CMOD PCA方式存放器CMOD各位含義如下： (1) CPS1、CPS0用于選擇PCA計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖來源。PCA內(nèi)五個(gè)模塊共用一個(gè)16位加法計(jì)數(shù)器CH和CL，計(jì)數(shù)脈沖來源由CMOD存放器的CPS1、CPS0位決議：CPS1、 CPS1、CPS0 計(jì)數(shù)脈沖源00 0 0內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)fosc/66時(shí)鐘方式或fosc/1212時(shí)鐘方式01 0 1內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)fosc/26時(shí)鐘方式或fosc/412時(shí)鐘方式( (可見，

13、PCA模塊最高計(jì)數(shù)頻率比T0、T1、T2高了3倍)10 1 0 定時(shí)器T0的溢出脈沖。 1 1 來自ECI/P1.2引腳的外部脈沖。在6時(shí)鐘方式下，外部脈沖最高頻率為fosc/4；在12時(shí)鐘方式下，外部脈沖最高頻率為fosc/8。.(2)ECFPCA計(jì)數(shù)器CH/CL溢出中斷允許。當(dāng)PCA計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，PCA控制存放器CCON的溢出標(biāo)志CF有效。假設(shè)ECF=1，且中斷允許存放器IE的EC、EA位為1，那么CPU將呼應(yīng)PCA計(jì)數(shù)器溢出中斷。(3)CIDL節(jié)電形狀下PCA運(yùn)轉(zhuǎn)控制。當(dāng)CIDL=0時(shí)，在節(jié)電形狀下，PCA計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)圖5-5中的與非門輸出恒為1，與PCON存放器節(jié)電運(yùn)轉(zhuǎn)控制位IDL內(nèi)

14、容無關(guān)；反之，當(dāng)CIDL=1時(shí)，在節(jié)電形狀下，PCA計(jì)數(shù)器停頓計(jì)數(shù)由于CIDL位為1，圖5-5中與非門輸出形狀由PCON存放器節(jié)電運(yùn)轉(zhuǎn)控制位IDL決議，當(dāng)IDL位為1時(shí)，與非門輸出為0，PCA計(jì)數(shù)器停頓計(jì)數(shù)。(4)WDTE制止/允許模塊4看門狗任務(wù)。.2. PCA計(jì)數(shù)器CH和CL 16位加法計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)脈沖由CMOD存放器的CPS1、CPS0位定義，每來一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)CH溢出時(shí)，CCON存放器內(nèi)的溢出標(biāo)志CF置位。 .3. PCA控制存放器CCON(具有位地址 (1)CCF4CCF0分別是模塊40的中斷標(biāo)志位。當(dāng)產(chǎn)生匹配比較或捕捉時(shí)由硬件置1。但CPU呼應(yīng)PCA中斷懇求后，不能自動(dòng)去

15、除，需求軟件清0。(2)CRPCA計(jì)數(shù)器啟動(dòng)控制位。在正常形狀下，CR=1時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖開封鎖合，每來一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器加1；當(dāng)CR=0時(shí)，PCA計(jì)數(shù)器停頓計(jì)數(shù)。(3) CFPCA計(jì)數(shù)器溢出標(biāo)志。當(dāng)PCA計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，CF自動(dòng)置1不自動(dòng)去除，需求軟件清0。 .4. 模塊比較/捕捉存放器CCAPnH和CCAPnL和模塊 方式存放器CCAPMn 每一模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)16位比較/捕捉存放器即高8位CCAPnH和低8位CCAPnL、模塊任務(wù)方式存放器CCAPMn。 每一模塊的任務(wù)方式由對(duì)應(yīng)模塊的任務(wù)方式存放器CCAPMn決議，如模塊0的任務(wù)方式由模塊0的任務(wù)方式存放器CCAPM0決議、模塊1的任務(wù)方式由模

16、塊1的任務(wù)方式存放器CCAPM1決議，依此類推，模塊4的任務(wù)方式由模塊4的任務(wù)方式存放器CCAPM4決議。模塊任務(wù)方式存放器CCAPM0CCAPM4構(gòu)造、各位含義一樣，如下所示：.CCAPMn(n=04) 存放器位模塊任務(wù)方式-ECOMnCAPPnCAPNnMATnTOGnPWMnECCFnX0000000無XX10000X16位捕捉CEXn引腳上升沿觸發(fā)XX01000X16位捕捉CEXn引腳下降沿觸發(fā)XX11000X16位捕捉CEXn引腳上、下沿觸發(fā)X100100X16位軟件定時(shí)器X100110X16位高速輸出X10000108位PWM輸出X1001X0X看門狗定時(shí)器模塊4表5-4 PCA模

17、塊任務(wù)方式 .5.4.2 PCA模塊初始化步驟 PCA模塊初始化步驟包括：(1) 初始化PCA方式存放器CMOD，選擇PCA計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖源、允許/制止節(jié)電形狀下PCA計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)、制止/允許PCA計(jì)數(shù)器溢出中斷。(2) 計(jì)數(shù)初值送CH/CL，完成PCA計(jì)數(shù)器CH/CL的初試化。(3) 初始化相應(yīng)模塊任務(wù)方式存放器CCAPMn，選擇所需的任務(wù)方式。(4) 初始化相應(yīng)模塊的比較/捕捉存放器CCAPnL、CCAPnH。留意：必需先初始化低8位CCAPnL，后初始化CCAPnH，否那么會(huì)封鎖方式存放器CCAPMn的ECOMn位或者說完成CCAPnH存放器初始化后，比較器使能控制ECOMn位自動(dòng)置1。(

18、5) 啟動(dòng)PCA計(jì)數(shù)器即執(zhí)行“SETB CR命令，將CCON存放器的CR位置1。 .5.4.3 PCA模塊任務(wù)方式 .1. 捕捉方式 當(dāng)CCAPMn存放器的CAPP上升沿捕捉、CAPN下降沿捕捉之一為1，而其他位為0時(shí)，相應(yīng)的PCA模塊就任務(wù)于捕捉方式，如圖5-10所示。 圖5-10捕捉方式 .2. 軟件定時(shí)器 當(dāng)PCA方式存放器CMOD的WDTE位為0；而模塊方式CCAPMn存放器的MAT位為1否那么匹配時(shí)相應(yīng)CCFn位不置1，無法經(jīng)過查詢或中斷方式確定定時(shí)時(shí)間到，其他位為0時(shí)，相應(yīng)PCA模塊任務(wù)于定時(shí)器形狀，定時(shí)時(shí)間由CH/CL初值、模塊比較/捕捉存放器CCAPnH、CCAPnL決議，如圖

19、5-11所示。完成比較/捕捉存放器高8位CCAPnH裝入后，ECOM位置1，比較即處于允許形狀。當(dāng)PCA計(jì)數(shù)器等于模塊比較/捕捉存放器即發(fā)生匹配時(shí)，CCON存放器相應(yīng)標(biāo)志位CCFn即有效，假設(shè)ECCFn位為1，將產(chǎn)生PCA中斷懇求。 .圖5-11PCA軟件定時(shí)器方式 當(dāng)PCA模塊任務(wù)于軟件定時(shí)方式時(shí)，不影響相關(guān)引腳的形狀，即相應(yīng)CEXn引腳依然可作為I/O引腳運(yùn)用。 .3. 高速輸出方式 高速輸出方式也是一種軟件定時(shí)方式。在軟件定時(shí)方式中，假設(shè)模塊控制存放器CCAPMn的TOG位為1，那么匹配定時(shí)時(shí)間到時(shí)，將觸發(fā)CEXn引腳形狀翻轉(zhuǎn)。當(dāng)MATn、ECCFn位為1時(shí)，觸發(fā)引腳翻轉(zhuǎn)的同時(shí)，將產(chǎn)生P

20、CA中斷懇求，如圖5-12所示。運(yùn)用高速PCA方式觸發(fā)引腳形狀獲得的定時(shí)信號(hào)比用軟件定時(shí)器在中斷效力程序中經(jīng)過SETB P1.X、CLR P1.X或CPL P1.X指令獲得的定時(shí)信號(hào)要準(zhǔn)確得多。 .圖5-12高速輸出方式 .4. 8位PWM輸出 8位PWM輸出構(gòu)造如圖5-13所示。 圖5-13 8位PWM輸出方式 .5. 看門狗方式 圖5-17 PCA看門狗方式 . P89C51RX系列中斷控制系統(tǒng)與加強(qiáng)型MCS-51一樣，但由于89C51RX系列內(nèi)嵌了PCA計(jì)數(shù)陣列，因此89C51RX系列具有7個(gè)中斷源6個(gè)加強(qiáng)型MCS-51中斷源+PCA中斷源。89C51RX系列運(yùn)用加強(qiáng)型MCS-51中斷控

21、制存放器IE、中斷優(yōu)先級(jí)控制存放器IP和IPH中的保管位分別作為PCA中斷允許位和優(yōu)先級(jí)控制位，PCA中斷入口地址規(guī)定為0033B。即在89C51RX系列中IE存放器的b6位是PCA中斷允許/制止控制位，IP、IPH的b6位是PCA中斷優(yōu)先級(jí)控制位。如圖5-15所示。 5.5 P89C51RX系列中斷控制系統(tǒng) .(a) 89C51RX中斷控制存放器IE .(b) 89C51RX中斷優(yōu)先級(jí)IP (c) 89C51RX中斷優(yōu)先級(jí)高位IPH .5.6 硬件看門狗單片機(jī)主要用于工業(yè)控制，任務(wù)環(huán)境比較惡劣溫度動(dòng)搖大、電磁干擾嚴(yán)重，容易引起程序計(jì)數(shù)器PC“走飛，呵斥系統(tǒng)失靈。因此，在硬件上采用“看門狗技術(shù)

22、，復(fù)位處于失控形狀的系統(tǒng)，使其正常任務(wù)就顯得尤為必要。 .可經(jīng)過如下方法啟動(dòng)和強(qiáng)迫看門狗計(jì)數(shù)器復(fù)位并重新計(jì)數(shù)：MOV WDTRST, #1EH;寫入立刻數(shù)1EH。MOV WDTRST, #0E1H;寫入立刻數(shù)0E1H，啟動(dòng)WDT功能。.由于在掉電方式下，系統(tǒng)時(shí)鐘停頓輸出，因此WDT計(jì)數(shù)器也停頓計(jì)數(shù)，不會(huì)產(chǎn)生匹配。對(duì)于采用加強(qiáng)型MCS-51內(nèi)核芯片來說，硬件復(fù)位或外中斷均能使CPU退出掉電形狀。當(dāng)經(jīng)過復(fù)位方式退出掉電形狀時(shí)，無須思索WDT溢出，緣由是復(fù)位后WDT也被復(fù)位。但對(duì)于經(jīng)過外中斷退出掉電形狀來說，必需保證退出掉電形狀后的幾個(gè)機(jī)器周期內(nèi)WDT不會(huì)溢出，而觸發(fā)CPU復(fù)位。為此，可在進(jìn)入掉電形

23、狀前和掉電中斷效力程序中執(zhí)行上述兩條指令，強(qiáng)迫WDT復(fù)位并重新計(jì)數(shù)，這樣至少要經(jīng)過16384個(gè)機(jī)器周期后，WDT才溢出，以便CPU有足夠時(shí)間執(zhí)行掉電中斷效力程序。MOV WDTRST, #1EH;寫入立刻數(shù)1EH。MOV WDTRST, #0E1H;寫入立刻數(shù)0E1H，強(qiáng)迫WDT重新計(jì)數(shù)。ORL PCON, #02H;使PCON存放器的PD位為1，強(qiáng)迫機(jī)器進(jìn)入掉電形狀。.由于在節(jié)電形狀下，系統(tǒng)時(shí)鐘電路仍在任務(wù)，即WDT計(jì)數(shù)器仍在計(jì)數(shù)，為防止WDT溢出復(fù)位CPU，在進(jìn)入節(jié)電方式前除了執(zhí)行寫WDTRST存放器外，還需啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器定時(shí)時(shí)間小于16384個(gè)機(jī)器周期，在定時(shí)器中斷效力程序中執(zhí)行寫WDTRST存放器命令，使WDT計(jì)數(shù)器復(fù)位，然后再進(jìn)入節(jié)電形狀。例如：MOV WDTRST,