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1 8-Bit 带 A/D 触摸按键式 Flash 单片机 BS45F16 版本 :V06 日期 :2013/10/15

2 目录 目录第 1 章简述 特性 CPU 特性 周边特性 概述 方框图 引脚图 引脚说明 极限参数 直流电气特性 交流电气特性 ADC 特性 放大器电气特性 比较器电气特性 上电复位特性...13 第 2 章系统 系统结构 时序和流水线结构 程序计数器 堆栈 算术逻辑单元 ALU FLASH 程序存储器 结构 特殊向量 Flash 存储器部分锁保护 查表 查表范例 表格读取程序范例 数据存储器 结构 特殊功能寄存器描述 间接寻址寄存器 IAR0,IAR 间接寻址指针 MP0,MP 间接寻址程序范例 存储区指针 BP...24 I

3 目录 存储区指针寄存器 累加器 ACC 程序计数器低字节寄存器 PCL 表格寄存器 TBLP,TBHP,TBLH 状态寄存器 STATUS EEPROM 数据存储器 EEPROM 数据存储器结构 EEPROM 寄存器 EEPROM 寄存器列表 从 EEPROM 中读取数据 写数据到 EEPROM 写保护 EEPROM 中断 编程注意事项 程序举例 振荡器 振荡器概述 系统时钟配置 内部高速 RC 振荡器 HIRC 内部低速 RC 振荡器 LIRC 工作模式和系统时钟 系统时钟 控制寄存器 系统工作模式 工作模式切换 静态电流的注意事项 唤醒 编程注意事项 看门狗定时器 看门狗定时器时钟源 看门狗定时器控制寄存器 看门狗定时器操作 复位和初始化 输入 / 输出端口 输入 / 输出寄存器列表 上拉电阻 PA 口唤醒...44 II

4 目录 输入 / 输出端口控制寄存器 输入 / 输出引脚结构 编程注意事项 定时器模块 TM 简介 TM 操作 TM 时钟源 TM 中断 TM 外部引脚 TM 输入 / 输出引脚控制寄存器 编程注意事项 简易型 TM CTM(TM0 和 TM2) 简易型 TM 操作 简易型 TM 寄存器介绍 简易型 TM 工作模式 PWM 输出模式 增强型 TM ETM(TM1) 增强型 TM 操作 增强型 TM 寄存器介绍 增强型 TM 工作模式 运算放大器 OPA 运算放大器寄存器 比较器 比较器操作 比较器寄存器 DAC 寄存器 运算放大器 & 比较器 &DAC 结构框图 A/D 转换器 A/D 简介 A/D 转换寄存器介绍 A/D 操作 A/D 输入引脚 A/D 转换步骤 编程注意事项 A/D 转换功能 A/D 转换应用范例 中断...91 III

5 目录 中断寄存器 中断寄存器内容 中断操作 外部中断 A/D 转换器中断 触摸按键中断 多功能中断 时基中断 LVD 中断 TM 中断 EEPROM 中断 运算放大器中断 比较器中断 中断唤醒功能 编程注意事项 低电压检测 -LVD LVD 寄存器 LVDC 寄存器 LVD 操作 带 SCOM 和 SSEG 功能的 LCD 驱动器 LCD 操作 LCD 偏压控制 LCD 驱动寄存器 LED 驱动器 LED 驱动寄存器 应用电路 第 3 章指令集 简介 指令周期 数据的传送 算术运算 逻辑和移位运算 分支和控制的转换 位运算 查表运算 其它运算 指令设定一览表 IV

6 目录 3.11 指令定义 ADC A, [m] Add Data Memory to ACC with Carry ADCM A, [m] Add ACC to Data Memory with Carry ADD A, [m] Add Data Memory to ACC ADD A, x Add immediate data to ACC ADDM A, [m] Add ACC to Data Memory AND A, [m] Logical AND Data Memory to ACC AND A, x Logical AND immediate data to ACC ANDM A, [m] Logical AND ACC to Data Memory CALL addr Subroutine call CLR [m] Clear Data Memory CLR [m].i Clear bit of Data Memory CLR WDT Clear Watchdog Timer CLR WDT1 Pre-clear Watchdog Timer CLR WDT2 Pre-clear Watchdog Timer CPL [m] Complement Data Memory CPLA [m] Complement Data Memory with result in ACC DAA [m] Decimal-Adjust ACC for addition with result in Data Memory DEC [m] Decrement Data Memory DECA [m] Decrement Data Memory with result in ACC HALT Enter power down mode INC [m] Increment Data Memory INCA [m] Increment Data Memory with result in ACC JMP addr Jump unconditionally MOV A, [m] Move Data Memory to ACC MOV A, x Move immediate data to ACC MOV [m], A Move ACC to Data Memory NOP No operation OR A, [m] Logical OR Data Memory to ACC OR A, x Logical OR immediate data to ACC ORM A, [m] Logical OR ACC to Data Memory RET Return from subroutine RET A, x Return from subroutine and load immediate data to ACC RETI Return from interrupt RL [m] Rotate Data Memory left RLA [m] Rotate Data Memory left with result in ACC V

7 目录 RLC [m] Rotate Data Memory Left through Carry RLCA [m] Rotate Data Memory left through Carry with result in ACC RR [m] Rotate Data Memory right RRA [m] Rotate Data Memory right with result in ACC RRC [m] Rotate Data Memory right through Carry RRCA [m] Rotate Data Memory right through Carry with result in ACC SBC A, [m] Subtract Data Memory from ACC with Carry SBCM A, [m] Subtract Data Memory from ACC with Carry and result in Data Memory SDZ [m] Skip if Decrement Data Memory is SDZA [m] Skip if decrement Data Memory is zero with result in ACC SET [m] Set Data Memory SET [m].i Set bit of Data Memory SIZ [m] Skip if increment Data Memory is SIZA [m] Skip if increment Data Memory is zero with result in ACC SNZ [m].i Skip if bit i of Data Memory is not SUB A, [m] Subtract Data Memory from ACC SUBM A, [m] Subtract Data Memory from ACC with result in Data Memory SUB A, x Subtract immediate Data from ACC SWAP [m] Swap nibbles of Data Memory SWAPA [m] Swap nibbles of Data Memory with result in ACC SZ [m] Skip if Data Memory is SZA [m] Skip if Data Memory is 0 with data movement to ACC SZ [m].i Skip if bit i of Data Memory is TABRDC [m] Read table (current page ) to TBLH and Data Memory TABRDL [m] Read table ( last page ) to TBLH and Data Memory XOR A, [m] Logical XOR Data Memory to ACC XORM A, [m] Logical XOR ACC to Data Memory XOR A, x Logical XOR immediate data to ACC 第 4 章封装 PIN DIP (300MIL) 外形尺寸 MS-001d( 见 fig1) MO-095a( 见 fig2) pin SOP (300mil) 外形尺寸 MS PIN SKDIP(300MIL) 外形尺寸 MS-001d( 见 Fig1) VI

8 目录 MS-001d( 见 Fig2) MO-095a( 见 Fig2) PIN SOP(300MIL) 外形尺寸 PIN SKDIP(300MIL) 外形尺寸 PIN SOP(300MIL) 外形尺寸 MS 包装带和卷轴规格 卷轴尺寸 运输带尺寸 SOP 20W SOP 24W SOP 28W(300mil) 第 5 章订购信息 订购信息 第 6 章产品命名规则 产品命名规则 VII

9 第 1 章简述 1.1 特性 CPU 特性 工作电压 : fsys = 8MHz:2.2V~5.5V fsys = 12MHz:2.7V~5.5V 集成 16 个触摸按键功能 -- 不需要增加外接元件暂停和唤醒功能, 以降低功耗集成高 / 低速振荡器低速 -- 32kHz 高速 -- 8MHz,12MHz 多种工作模式 : 正常模式, 低速模式, 空闲模式和休眠模式所有指令都可在 1 或 2 个指令周期内完成查表指令 63 条功能强大的指令系统多达 8 层硬件堆栈位操作指令 周边特性 Flash 程序存储器 :4K 16 数据存储器 :384 8 EEPROM 存储器 :64 8 看门狗定时器功能 多达 26 个双向 I/O 口 三个定时器模块 双时基功能, 用于产生固定时间中断信号 软件控制的 1/3 bias 4 16 LCD 驱动器 两个与 I/O 口复用的外部中断输入 内置比较器和运算放大器 6 通道 12-bit 的 A/D 转换器 低电压复位功能 低电压检测功能 提供多种封装形式 1

10 1.2 概述 该单片机是一款 A/D 型具有 8 位高性能精简指令集且完全集成触摸按键功能的 Flash 单片机 此单片机具有一系列功能和特性, 其 Flash 存储器可多次编程的特性给用户提供了极大的方便 存储器方面, 还包含了一个 RAM 数据存储器和一个可用于存储序号 校准数据等非易失性数据的 EEPROM 存储器 在模拟特性方面, 该单片机包含一个多通道 12-bit A/D 转换器 16 通道触摸按键输入 比较器和运算放大器 还带有多个使用灵活的定时器模块, 可提供定时功能 脉冲产生功能及 PWM 产生功能 内部看门狗定时器 低电压复位和低电压检测等内部保护特性, 外加优秀的抗干扰和 ESD 保护性能, 确保单片机在恶劣的电磁干扰环境下可靠地运行 这款单片机提供了 HIRC 和 LIRC 振荡器功能选项, 且内建完整的系统振荡器, 无需外围元器件 其在不同工作模式之间动态切换的能力, 为用户提供了一个优化单片机操作和减少功耗的手段 外加时基功能 I/O 使用灵活等其它特性, 使这款单片机可以广泛应用于各种产品中, 例如电子测量仪器 环境监控 手持式测量工具 家庭应用 电子控制工具 马达控制等方面 2

11 1. 3 方框图 引脚图 20DIP/SOP-A 24SKDIP/SOP-A 3

12 28SKDIP/SOP-A 4

13 引脚说明下表中列出了每个引脚的功能, 而每个引脚功能的细节将在文中其它章节有详细的描述 寄存器引脚名称功能 I/T O/T 说明选择 PA0/SSEG15/AX PA1/INT1/ CX/SSEG12 PA2/AN/AN5/VREF PA3/SSEG14/CP PA4/ SSEG13/CN PA7/AP/AN4 PB0/TP0_0/ SCOM0/KEY13 PB1/TP1A/ SCOM1/KEY14 PB2/TP2_0/ SCOM2/KEY15 PB3/TP1B_0/ SCOM3/KEY16 PA0 PAWU PAPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻和唤醒功能 SSEG15 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG AX OPAC0 OPAO OPA 输出脚 PA1 PAWU 通用 I/O 口, 可通过寄存器设 ST CMOS PAPU 置上拉电阻和唤醒功能 INT1 INTC0 ST 外部中断 1 输入 CX CPC0 CMPO 比较器输出脚 SSEG12 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG PA2 PAWU PAPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻和唤醒功能 AN OPAC1 OPAI OPA 反相输入 AN5 ADCR0 AN A/D 通道 5 VREF ADCR1 AN A/D 转换器参考电压输入 PA3 PAWU PAPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻和唤醒功能 SSEG14 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG CP CPC1 OPAI 比较器同相输入脚 PA4 PAWU 通用 I/O 口, 可通过寄存器设 ST CMOS PAPU 置上拉电阻和唤醒功能 SSEG13 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG CN CPC1 CMPI 比较器反相输入脚 PA7 PAWU PAPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻和唤醒功能 AP OPAC1 OPAI OPA 同相输入 AN4 ADCR0 AN A/D 通道 4 PB0 PBPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻 TP0_0 TMPCn ST CMOS TM0 I/O 口 SCOM0 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD COM KEY13 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 PB1 PBPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻 TP1A TMPCn ST CMOS TM1 I/O 口 SCOM1 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD COM KEY14 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 PB2 PBPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻 TP2_0 TMPCn ST CMOS TM2 I/O 口 SCOM2 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD COM KEY15 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 PB3 PBPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻 TP1B_0 TMPCn ST CMOS TM1 I/O 口

14 引脚名称 PB4/TP0_1/ SSEG8 PB5/TP1B_1/ SSEG9 PB6/TP2_1/SSEG10 PB7/TP1B_2/SSEG11 PC0/TCK0/INT0/ SSEG0/KEY1 PC1/TCK1/ SSEG1/KEY2 PC2/TCK2/ SSEG2/KEY3 PC3/SSEG3/KEY4 功能 寄存器选择 I/T O/T 说明 SCOM3 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD COM KEY16 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 PB4 PBPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻 TP0_1 TMPCn ST CMOS TM0 I/O 口 SSEG8 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG PB5 PBPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻 TP1B_1 TMPCn ST CMOS TM1 I/O 口 SSEG9 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG PB6 PBPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻 TP2_1 TMPCn ST CMOS TM2 I/O 口 SSEG10 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG PB7 PBPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻 TP1B_2 TMPCn ST CMOS TM1 I/O 口 SSEG11 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG PC0 PCPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻 TCK0 TM0C0 ST 定时器模块 0 输入口 INT0 INTC0 ST 外部中断 0 输入口 SSEG0 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG KEY1 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 PC1 PCPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻 TCK1 TM1C0 ST 定时器模块 1 输入口 SSEG1 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG KEY2 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 PC2 PCPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻 TCK2 TM2C0 ST 定时器模块 2 输入口 SSEG2 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG KEY3 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 PC3 PCPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻 SSEG3 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG KEY4 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 通用 I/O 口, 可通过寄存器设 PC4 PCPU ST CMOS 置上拉电阻 PC4/SSEG4/KEY5 SSEG4 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG KEY5 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 PC5/SSEG5/KEY6 PC5 PCPU ST CMOS 通用 I/O 口, 可通过寄存器设置上拉电阻 6

15 引脚名称 功能 寄存器选择 I/T O/T 说明 SSEG5 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG KEY6 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 通用 I/O 口, 可通过寄存器设 PC6 PCPU ST CMOS 置上拉电阻 PC6/SSEG6/KEY7 SSEG6 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG KEY7 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 通用 I/O 口, 可通过寄存器设 PC7 PCPU ST CMOS 置上拉电阻 PC7/SSEG7/KEY8 SSEG7 SLCDCn LCD 软件控制的 LCD SEG KEY8 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 通用 I/O 口, 可通过寄存器设 PD0 PDPU ST CMOS 置上拉电阻 PD0/KEY9/AN0 KEY9 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 AN0 ADCR0 AN A/D 通道 0 通用 I/O 口, 可通过寄存器设 PD1 PDPU ST CMOS 置上拉电阻 PD1/KEY10/AN1 KEY10 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 AN1 ADCR0 AN A/D 通道 1 通用 I/O 口, 可通过寄存器设 PD2 PDPU ST CMOS 置上拉电阻 PD2/KEY11/AN2 KEY11 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 AN2 ADCR0 AN A/D 通道 2 通用 I/O 口, 可通过寄存器设 PD3 PDPU ST CMOS 置上拉电阻 PD3/KEY12/AN3 KEY12 TKMnC1 NS 触摸按键输入口 AN3 ADCR0 AN A/D 通道 3 VDD VDD PWR 电源电压 VSS VSS PWR 地 注 : I/T: 输入类型 O/T: 输出类型寄存器选择 : 通过设置寄存器来选择功能 PWR: 电源 ST: 斯密特触发输入 CMOS:CMOS 输出 NMOS:NMOS 输出 LCD:LCD COM 或 SEG Vbias 输出 NS: 无标准输入或输出此引脚功能表是针对大封装芯片而言的, 对于小封装的芯片可能不具有上述引脚和功能 7

16 1.3.3 极限参数电源供应电压... Vss-0.3V 至 Vss +6.0V 端口输入电压... Vss-0.3V 至 V DD +0.3V I OL 总电流 mA 总功耗 mW 储存温度 至 125 工作温度 至 85 I OH 总电流 mA 注 : 这里只强调额定功率, 超过极限参数所规定的范围将对芯片造成损害, 无法预期芯片在上述标示范围外的工作状态, 而且若长期在标示范围外的条件下工作, 可能影响芯片的可靠性 8

17 直流电气特性 Ta=25 符号 参数 测试条件 V DD 条件 最小 典型 最大 单位 V DD 工作电压 (HIRC) f SYS = 8MHz V f SYS = 12MHz V 3V 无负载, f H = 8MHz, ma I DD1 工作电流 (HIRC) 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma (f SYS =f H ) 3V 无负载, f H =12MHz ma 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma I DD2 工作电流 (LIRC) 3V 无负载, f L = 32kHz μa (f SYS =f L ) 5V ADC 关闭,WDT 使能 μa 3V 无负载,f SYS =f H /2, ma 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma 3V 无负载,f SYS =f H /4, ma 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma 3V 无负载,f SYS =f H /8, ma I DD3 工作电流, 正常模式, 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma f H =8MHz 3V 无负载,f SYS =f H /16, ma 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma 3V 无负载,f SYS =f H /32, ma 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma 3V 无负载,f SYS =f H /64, ma 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma 3V 无负载,f SYS =f H /2, ma 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma 3V 无负载,f SYS =f H /4, ma 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma 3V 无负载,f SYS =f H /8, ma I DD4 工作电流, 正常模式, 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma f H =12MHz 3V 无负载,f SYS =f H /16, ma 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma 3V 无负载,f SYS =f H /32, ma 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma 3V 无负载,f SYS =f H /64, ma 5V ADC 关闭,WDT 使能 ma I IDLE0 IDLE0 模式静态电流 3V 无负载,ADC 关闭, μa (LIRC) 5V WDT 使能 μa I IDLE1 IDLE1 模式静态电流 (HIRC) 3V 5V 无负载,ADC 关闭, WDT 使能,f SYS =8MHz ma ma I IDLE2 (HIRC) 5V WDT 使能,f SYS =12MHz ma IDLE1 模式静态电流 3V 无负载,ADC 关闭, ma I SLEEP0 SLEEP0 模式静态电流 3V 无负载,ADC 关闭, μa (LIRC 关闭 ) 5V WDT 除能 μa I SLEEP1 SLEEP1 模式静态电流 3V 无负载,ADC 关闭, μa (LIRC 开启 ) 5V WDT 使能 μa V IL1 输入 / 输出口或输入引脚低电平输入电压 0 0.3V DD V

18 符号 参数 测试条件 V DD 条件 最小 典型 最大 单位 V IH1 输入 / 输出口或输入引脚高电平输入电压 0.7V DD V DD V I OL1 输入 / 输出口灌电流 3V 4 8 ma V OL =0.1V DD ( 除了 PB) 5V ma I OL2 输入 / 输出口灌电流 3V 8 16 ma V OL =0.1V DD (PB, 加大 2 倍电流驱动 ) 5V ma I OH1 输入 / 输出口源电流 3V -2-4 ma V OH = 0.9V 5V DD ma LVR 使能, V LVR =2.1V -5% % V V LVR 低电压复位电压 LVR 使能, V LVR =2.55V -5% % V LVR 使能, V LVR =3.15V -5% % V LVR 使能, V LVR =3.8V -5% 3.8-5% V LVDEN=1, V LVD =2.0V -5% % V LVDEN=1, V LVD =2.2V -5% 2.2-5% LVDEN=1, V LVD =2.4V -5% % V V LVD 低电压检测电压 LVDEN=1, V LVD =2.7V -5% % V LVDEN=1, V LVD =3.0V -5% % V LVDEN=1, V LVD =3.3V -5% % V LVDEN=1, V LVD =3.6V -5% 3.6-5% V LVDEN=1, V LVD =4.0V -5% 4.0-5% V V BG IC 內部参考电压 -3% % V I BG 使用 V BG 的额外功耗 μa I LVR 使用 LVR 的额外功耗 3V μa LVR 除能 >LVR 使能 5V μa 3V LVD 除能 >LVD 使能 μa I LVD 使用 LVD 的额外功耗 5V (LVR 除能 ) μa 3V LVD 除能 >LVD 使能 1 2 μa 5V (LVR 使能 ) 2 4 μa ISEL[1:0]= μa I SCOM SCOM 工作电流 5V ISEL[1:0]= μa ISEL[1:0]= μa ISEL[1:0]= μa ISEL[1:0]= μa I SSEG SSEG 工作电流 5V ISEL[1:0]= μa ISEL[1:0]= μa ISEL[1:0]= μa V SCOM 用于 LCD SCOM 1/3 V DD -3% % V DD 5V 的电压 2/3 V DD -3% % V DD V SSEG 用于 LCD SSEG 1/3 V DD -3% % V DD 5V 的电压 2/3 V DD -3% % V DD R PH 输入 / 输出口上拉电阻 3V kω 5V kω 交流电气特性 Ta=25 符号 参数 测试条件 V DD 条件 最小 典型 最大 单位 f CPU 系统时钟 2.2V ~ 5.5V DC 8 MHz 10

19 符号 参数 测试条件 V DD 条件 最小 典型 最大 单位 2.7V ~ 5.5V DC 12 MHz 3V/5V Ta=25-2% 8 +2% MHz 3V/5V Ta=25-2% 12 +2% MHz 3V/5V Ta=0~70-4% 8 +3% MHz 3V/5V Ta=0~70-4% 12 +3% MHz 3V/5V Ta=-40 ~85-7% 8 +7% MHz 3V/5V Ta=-40 ~85-7% 12 +7% MHz 2.5V~4.0V Ta=0~70-9% 8 +6% MHz f HIRC 系统时钟 (HIRC) 3.0V~5.5V Ta=0~70-5% 8 +12% MHz 2.7V~4.0V Ta=0~70-9% 12 +5% MHz 3.0V~5.5V Ta=0~70-5% % MHz 2.5V~4.0V Ta=-40 ~85-12% 8 +6% MHz 3.0V~5.5V Ta=-40 ~85-8% 8 +12% MHz 2.7V~4.0V Ta=-40 ~85-13% 12 +5% MHz 3.0V~5.5V Ta=-40 ~85-8% % MHz 2.2V~5.5V Ta=-40 ~85-15% 8 +15% MHz 2.7V~5.5V Ta=-40 ~85-15% % MHz f LIRC 系统时钟 (LIRC) 5V Ta=25-10% % khz 2.2V~5.5V Ta=-40 ~85-50% % khz t TIMER 定时器输入最小脉宽 0.3 μs t INT 中断脉冲宽度 10 μs t LVR 低电压复位时间 μs t LVD 低电压中断时间 μs t SRESET 软件复位时间 μs t LVDS LVDO 稳定的时间 15 μs t EERD EEPROM 读时间 t SYS t EEWR EEPROM 写时间 2 4 ms 系统启动延时周期 ( 从 HALT 模式下唤醒, f SYS =HIRC 16 HALT 时 f SYS 关闭, 低速 t SYS t SST 模式与正常模式之间进 f SYS =LIRC 2 行切换时 ) 系统启动延时周期 ( 从 HALT 模式下唤醒, HALT 时 f SYS 开启 ) 2 t SYS t RSTD 系统复位延时时间 ( 上电复位 ) ms 系统复位延时时间 ( 上电复位以外的其它复位 ) ms 注 : 1. t SYS = 1/f SYS 2. 为了保持内部 HIRC 振荡器频率的准确性, 需要在 VDD 和 VSS 之间接入一个 0.1μF 的去耦电容, 并且尽可能地靠近单片机 ADC 特性 测试条件符号参数最小值典型值最大值单位 V DD 条件 AV DD ADC 工作电压 V 11

20 V ADI ADC 输入电压 0 V REF V V REF ADC 参考电压 2 AV DD V V BG IC 內部参考电压 -3% % V DNL A/D 非线性微分误差 5V t ADCK =1.0μs ±1 ±2 LSB INL A/D 非线性积分误差 5V t ADCK =1.0μs ±2 ±4 LSB I ADC 打开 A/D 增加的功耗 3V 无负载,t ADCK =0.5μs ma 5V 无负载,t ADCK =0.5μs ma t ADCK A/D 时钟周期 μs t ADC A/D 转换时间 ( 包括 A/D 采样和保持时间 ) 12-bit ADC 16 t ADCK t ADS A/D 采样时间 4 t ADCK t ON2ST A/D On-to-Start 时间 2 μs t BGS V BG 稳定时间 200 μs 12

21 1.3.7 放大器电气特性符号参数 DC 电气特性 V DD Ta=25 测试条件最小典型最大单位条件 V DDO 工作电压 V I DDO 静态电流 5V 无负载 μa V OPOS1 输入失调电压 5V AxOF4~0=(10000) mv V OPOS2 输入失调电压 5V 校准后 -4 4 mv I OPOS 输入失调电流 V DD =5V,V CM =1/2V DD TBD V CM 共模电压范围 V SS V DD -1.4V V PSRR 电源电压抑制比 db CMRR 共模抑制比 V DD =5V, V CM = V DD -1.4V db PGAG PGA 增益 5V -3% +3% R 10K PGA 10K 电阻 -20% 10K +20% Ω AC 电气特性 A OL 开环增益 db SR 摆率 +, 摆率 - 无负载 0.1 V/μs GBW 增益带宽 R L =1MΩ,C L =100pF 100K 2M Hz 比较器电气特性符号参数 V DD Ta=25 测试条件条件 最小 典型 最大 单位 V DDC 比较器工作电压 V I DDC 3.3V μa 比较器工作电流 5V μa V OPOS1 比较器输入失调电压 5V CxOF4~0=(10000) mv V OPOS2 比较器输入失调电压 5V 校准后 -4 4 mv V CM 比较器共模电压范围 V SS V DD -1.4V V A OL 比较器开环增益 db 上电复位特性测试条件符号参数最小典型最大单位 V DD 条件 V POR 上电复位电压 100 mv 13

22 RR VDD ACAC t POR 上电复位电压速率 V/ms V DD 保持为 V POR 的最小时间 1 ms 14

23 第 2 章系统 2.1 系统结构 内部系统结构是格瑞达单片机具有良好性能的主要因素 由于采用 RISC 结构, 该单片机具有高运算速度和高性能的特点 通过流水线的方式, 指令的取得和执行同时进行, 此举使得除了跳转和调用指令外, 其它指令都能在一个指令周期内完成 8 位 ALU 参与指令集中所有的运算, 它可完成算术运算 逻辑运算 移位 递增 递减和分支等功能, 而内部的数据路径则是以通过累加器或 ALU 的方式加以简化 有些寄存器在数据存储器中被实现, 且可以直接或间接寻址 简单的寄存器寻址方式和结构特性, 确保了在提供具有最大可靠度和灵活性的实用性 I/O 和 A/D 控制系统时, 仅需要少数的外部器件 这些特性使得该单片机适用于低成本, 大批量生产的控制应用 时序和流水线结构主系统时钟由 HIRC 或 LIRC 振荡器提供, 它被细分为 T1~T4 四个内部产生的非重叠时序 在 T1 时间, 程序计数器自动加一并抓取一条新的指令 剩下的时间 T2~T4 完成译码和执行功能, 因此, 一个 T1~T4 时间周期构成一个指令周期 虽然指令的抓取和执行发生在连续的指令周期, 但单片机流水线结构会保证指令在一个指令周期内被有效执行 除非程序计数器的内容被改变, 如子程序的调用或跳转, 在这种情况下指令将需要多一个指令周期的时间去执行 系统时序和流水线 如果指令牵涉到分支, 例如跳转或调用等指令, 则需要两个指令周期才能完成指令执行 需要 15

24 一个额外周期的原因是程序先用一个周期取出实际要跳转或调用的地址, 再用另一个周期去实际执行分支动作, 因此用户需要特别考虑额外周期的问题, 尤其是在执行时间要求较严格的时候 指令捕捉 程序计数器 在程序执行期间, 程序计数器用来指向下一个要执行的指令地址 除了 JMP 和 CALL 指令需要跳 转到一个非连续的程序存储器地址之外, 它会在每条指令执行完成以后自动加一 然而只有较低的 8 位, 即所谓的程序低字节寄存器 PCL, 可以被用户直接读写 当执行的指令要求跳转到不连续的地址时, 如跳转指令 子程序调用 中断或复位等, 单片机通过加载所需要的位址到程序寄存器来控制程序, 对于条件跳转指令, 一旦条件符合, 在当前指令执行时取得的下一条指令将会被舍弃, 而由一个空指令周期来取代 程序计数器 程序计数器高字节 PCL 寄存器 PC11~PC8 PCL7~PCL0 程序计数器的低字节, 即程序计数器的低字节寄存器 PCL, 可以通过程序控制, 且它是可以读取和写入的寄存器 通过直接写入数据到这个寄存器, 一个程序短跳转可直接执行, 然而只有低字节的操作是有效的, 跳转被限制在存储器的当前页中, 即 256 个存储器地址范围内, 当这样一个程序跳转要执行时, 会插入一个空指令周期 PCL 的使用可能引起程序跳转, 因此需要额外的指令周期 堆栈堆栈是一个特殊的存储器空间, 用来保存程序计数器中的值 该单片机含有多层堆栈 堆栈寄存器既不是数据存储器的一部分, 也不是程序存储器的一部分, 而且它既不能读出, 也不能写入 堆栈的使用是通过堆栈指针 SP 来指示的, 堆栈指针也不能读出或写入 当发生子程序调用或中断响应时, 程序计数器中的内容会被压入堆栈 ; 在子程序调用结束或中断响应结束时, 执行指令 RET 或 RETI, 堆栈将原先压入堆栈的内容弹出, 重新装入程序计数器中 在系统复位后, 堆栈指针会指向堆栈顶部 8 16

25 如果堆栈已满, 且有非屏蔽的中断发生, 则只有中断请求标志位会被置位, 而中断响应会被禁止, 直到堆栈指针发生递减 ( 执行 RET 或 RETI 指令 ), 中断才会被响应 这个特性提供程序设计者简单的方法来预防堆栈溢出 然而即使堆栈已满,CALL 指令仍然可以执行, 从而造成堆栈溢出 使用时应避免堆栈溢出的情况发生, 因为这样会造成不可预期的程序分支指令的执行错误 如果堆栈溢出, 第一个保存在堆栈中的 PC 会丢失 算术逻辑单元 ALU 算术逻辑单元是单片机中很重要的部分, 执行指令集中的算术和逻辑运算 ALU 连接到单片机的数据总线, 在接收相关的指令码后执行需要的算术与逻辑运算, 并将结果储存在指定的寄存器, 当 ALU 计算或操作时, 可能导致进位 借位或其它状态的改变, 而相关的状态寄存器会因此更新内容以显示这些改变,ALU 所提供的功能如下 : 算术运算 :ADD ADDM ADC ADCM SUB SUBM SBC SBCM DAA 逻辑运算 :AND OR XOR ANDM ORM XORM CPL CPLA 移位运算 :RRA RR RRCA RRC RLA RL RLCA RLC 递增和递减 :INCA INC DECA DEC 分支判断 :JMP SZ SZA SNZ SIZ SDZ SIZA SDZA CALL RET RETI 17

26 2.2 Flash 程序存储器 程序存储器用来存放用户代码即存储程序 该单片机提供可多次编程的存储器 (Flash), 用户可以很方便的在同一个芯片中修改它们的应用代码 通过使用合适的编程工具, 该 Flash 型单片机提供用户以灵活的方式自由开发它们的应用, 这对于需要除错或需要经常升级和改变程序的产品是很有帮助的 结构程序存储器的容量为 4K 16 位 程序存储器用程序计数器来寻址, 其中也包含数据 表格和中断入口, 数据表格可以设定在程序存储器的任何地址, 由表格指针来寻址 特殊向量程序存储器中某些地址保留用作诸如复位和中断的入口等特殊用途 000H 是保留用做单片机复位后的程序起始地址 在芯片初始化后, 程序将会跳转到这个地址并开始执行 Flash 程序存储器结构 Flash 存储器部分锁保护用于 Flash 程序存储器的部分锁保护功能可通过配置选项选择 部分锁保护控制位可保护 512 字的区域 如果部分锁保护控制位被置 1, 该区域被锁保护, 使用者只能读到 00H 当 TBLP 和 TBHP 寄存器指针指向非锁保护区域并执行查表指令 TABRDC 或 TABRDL 时, 读表指令有效 当 TBLP 和 TBHP 寄存器指针指向锁保护区域时, 出现以下两种状态 : 1. 读表指令和表格数据在同一区域时, 执行 TABRDC [m] 可将表格数据高字节传送到 TBLH, 表格数据低字节传送到数据存储器 [m] 2. 读表指令和表格数据在不同区域时, 执行 TABRDC [m] 无效 如果最后一个区域被锁保护, 在其他区域, 设置 TBLP 和 TBHP 寄存器指向最后一页时, 读表指令 TABRDC 和 TABRDL 无效且读到的数据为 00H 但是, 如果在最后一个区域设置 TBLP 寄存器指向最后一页时, 读表指令 TABRDL 有效 18

27 Block=512 Words TABRDC TABRDL effective Invalid Lock effective effective Unlock Invalid TABRDC self effective Invalid TABRDL self effective Lock Last block Lock TABRDL self effective Last block Unlock 部分锁保护示意图 查表程序存储器中的任何地址都可以定义为一个表格, 以便存储固定的数据 使用查表指令时, 查表指针需要先行设定, 其方式是将表格的地址放在表格指针寄存器 TBLP 和 TBHP 中 这两个寄存器定义的是表格总的地址 在设定完表格指针后, 表格数据可以使用 TABRDC [m] 或 TABRDL [m] 指令从程序存储器中查表来读取 当这些指令执行时, 程序存储器的表格的低字节, 将会传输到用户所指定的数据存储器 [m] 中 程序存储器表格的高字节, 将会传输到特殊寄存器 TBLH 中 传输数据中任何未定义的字节将会读取为 0 下图为查表寻址 / 数据流程图 : 查表范例以下范例说明在芯片中表格指针和表格数据如何被定义和执行 这个实例使用的表格数据用 ORG 伪指令储存在存储器的最后一页, 在此 ORG 伪指令中的值为 F00H, 即 4K 程序存储器最后一页存储器的起始地址, 而表格指针的初始值则为 06H, 这可保证从数据表格读取的第一笔数据位于程序存储器地址 F06H, 即最后一页起始地址后的第 6 个地址 注意, 假如 TABRDC [m] 指令被使用, 则表格指针指向当前页 在这个例子中, 表格数据的高字节等于零, 而当 TABRDL [m] 指令被执行时, 此值将会自动的被传送到 TBLH 寄存器 因为 TBLH 寄存器是只读寄存器, 不能重新储存, 若主程序和中断服务程序都使用表格读取指令, 应该注意它的保护 使用表格读取指令, 中断服务程序可能会改变 TBLH 的值, 若随后在主程序中再次使用这个值, 则会发生错误 因此建议避免同时使用表格读取指令 然而在某些情况下, 如果同时使用表格读取指令是不可避免的, 则在执行任何主程序的表格读取指令前, 中断应该先除能, 另外要注意, 所有与表格相关的指令, 都需要两个指令周期去完成操作 19

28 指令 表格地址 b11 b10 b9 b8 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 TABRDC[m] P11 P10 TABRDL[m] 注 : b11~b0: 表格指针 TBLP 位 P11~P8: 当前程序计数器位 表格读取程序范例 tempreg1 db? ; temporary register #1 tempreg2 db? ; temporary register #2 : : mov a,06h mov tblp,a mov a,0fh tbhp,a : : tabrd tempreg1 dec tblp tabrd tempreg2 : : org 0F00h 表格地址 ; initialise low table pointer - note that this address ; is referenced ; initialise high table pointer ; transfers value in table referenced by table pointer data at program ; memory address F06H transferred to tempreg1 and TBLH ; reduce value of table pointer by one ; transfers value in table referenced by table pointer data at program ; memory address F05H transferred to tempreg2 and TBLH in this ; example the data 1AH is transferred to tempreg1 and data 0FH to register tempreg2 ; sets initial address of program memory dc 00Ah, 00Bh, 00Ch, 00Dh, 00Eh, 00Fh, 01Ah, 01Bh 20

29 2.3 数据存储器 数据存储器是内容可以更改的 8 位 RAM 内部存储器, 用来存储临时数据 结构数据存储器分为两个部分, 第一部分是特殊功能寄存器, 这些寄存器有特定的地址且与单片机的正确操作密切相关 大多特殊功能寄存器都可在程序控制下直接读取和写入, 而有些是被加以保护而不对用户开放 第二部分是通用数据存储器, 所有地址都可在程序的控制下进行读取和写入 该单片机总的数据存储器被分为三个区 大部分特殊功能数据寄存器均可在所有 Bank 被访问, 处于 40H 地址的 EEC 寄存器却只能在 Bank 1 中被访问到 切换不同区域可通过设置区域指针 (BP) 实现 该单片机的数据存储器的起始地址都是 00H 21

30 2.4 特殊功能寄存器描述 大部分特殊功能寄存器的细节将在相关功能中描述, 但有几个寄存器在此章节单独描述 间接寻址寄存器 IAR0,IAR1 间接寻址寄存器 IAR0 和 IAR1, 位于数据存储区, 并没有实际的物理地址 间接寻址方式是使用间接寻址寄存器和存储器指针对数据操作, 以取代定义在实际存储器地址的直接存储器寻址方式 在间接寻址寄存器上的任何动作, 将对间接寻址指针 (MP0 或 MP1) 所指定的存储器地址产生对应的读 / 写操作 IAR0 和 MP0,IAR1 和 MP1 对数据存储器中数据的操作是成对出现的,MP0 和 IAR0 用于访问 Bank 0, 而 MP1 和 IAR1 可访问所有的 Bank 间接寻址寄存器不是实际存在的, 直接读取 IAR 寄存器将会返回 00H 的结果, 而直接写入此寄存器则不做任何操作 间接寻址指针 MP0,MP1 该单片机提供两个间接寻址指针, 即 MP0 和 MP1 由于这些指针在数据存储器中能像普通的寄存器一样被写入和操作, 因此提供了一个有效的间接寻址和数据追踪的方法 当对间接寻址寄存器进行任何操作时, 单片机所指向的实际地址是由间接寻址指针所指定的地址 MP0 和 IAR0 用于访问 Bank 0, 而 MP1 和 IAR1 可访问所有的 Bank 注意, 对于该单片机, 间接寻址指针 MP0 和 MP1 为 8 位寄存器, 常与 IAR0 IAR1 搭配一起对数据存储器寻址 Bank0,2 Bank1 Bank0,2 Bank1 00H IAR0 40H Unused EEC 01H MP0 41H EEA 02H IAR1 42H EED 03H MP1 43H TMPC0 04H BP 44H TMPC1 05H ACC 45H Unused 06H PCL 46H Unused 07H TBLP 47H Unused 08H TBLH 48H TM1C0 09H TBHP 49H TM1C1 0AH STATUS 4AH TM1C2 0BH SMOD 4BH TM1DL 0CH LVDC 4CH TM1DH 0DH INTEG 4DH TM1AL 0EH WDTC 4EH TM1AH 0FH TBC 4FH TM1BL 10H INTC0 50H TM1BH 11H INTC1 51H TM2C0 12H INTC2 52H TM2C1 13H MFI4 53H TM2DL 14H MFI0 54H TM2DH 15H MFI1 55H TM2AL 16H MFI2 56H TM2AH 17H MFI3 57H CTRL 18H PAWU 58H Unused 19H PAPU 59H Unused 1AH PA 5AH Unused 1BH PAC 5BH Unused 1CH PBPU 5CH Unused 1DH PB 5DH SLCDC0 1EH PBC 5EH SLCDC1 1FH PCPU 5FH SLCDC2 20H PC 60H Unused 21H PCC 61H Unused 22

31 22H PDPU 62H Unused 23H PD 63H Unused 24H PDC 64H Unused 25H CPC0 65H Unused 26H CPC1 66H Unused 27H OPAC0 67H Unused 28H OPAC1 68H Unused 29H OPAC2 69H Unused 2AH Unused 6AH Unused 2BH ADRL 6BH Unused 2CH ADRH 6CH Unused 2DH ADCR0 6DH Unused 2EH ADCR1 6EH Unused 2FH ACERL 6FH Unused 30H DAC0 70H Unused 31H DAC1 71H Unused 32H DAC2 Unused 33H Unused Unused 34H SLEDC Unused 35H LVRC Unused 36H Unused Unused 37H Unused Unused 38H Unused 7FH Unused 39H Unused 80H General 3AH TM0C0 Purpoce 3BH TM0C1 Date mermory 3CH TM0DL (128Bytes) 3DH TM0DH 3EH TM0AL 3FH TM0AH FFH 注 : 表中 Unused 字节不能由用户修改 特殊功能数据存储器 以下范例说明如何清除一个具有 4 个 RAM 地址的区块, 它们已经事先被定义成地址 adres1 到 adres 间接寻址程序范例 data. section data adres1 db? adres2 db? adres3 db? adres4 db? block db? code. section at 0 code org 00h start: mov a,04h mov block,a mov a,offset adres1 mov mp0,a loop: clr IAR0 inc mp0 sdz block jmp loop continue: ;setup size of block ; Accumulator loaded with first RAM address ; setup memory pointer with first RAM address ; clear the data at address defined by MP0 ; increment memory pointer ; check if last memory location has been cleared 23

32 在以上的例子中, 没有提及具体的数据存储器地址 存储区指针 BP 该单片机数据存储器被分为三个部分 可以通过设置存储区指针 (Bank Pointer) 值来访问不同的数据存储区 位 0 和 1 用来选择数据存储器 Bank 0~2 复位后, 数据存储器会初始化到 Bank 0, 但是在暂停模式下的 WDT 溢出复位, 不会改变通用数据存储器的存储区号 应该注意的是特殊功能数据存储器不受存储区的影响, 也就是说, 不论是在哪一个存储区, 都能对特殊功能寄存器进行读写操作 数据存储器的直接寻址总是访问 Bank 0, 不影响存储区指针的值 要访问除 Bank 0 外的其它 Bank, 则必须要使用间接寻址方式 存储区指针寄存器 Bit Name DMBP1 DMBP0 R/W R/W R/W POR 0 0 Bit 7~2 Bit 1~0 未定义, 读为 0 DMBP1,DMBP0: 数据存储区选择 00:Bank 0 01:Bank 1 10:Bank 2 11: 未定义 累加器 ACC 对于任何单片机来说, 累加器是相当重要的, 且与 ALU 所完成的运算有密切关系, 所有的 ALU 得到的运算结果都将暂存在累加器中, 如果没有累加器,ALU 必须在每次进行如加法 减法和移位等运算时, 将结果写入数据存储器中, 这样会造成程序编写和时间的负担 另外, 数据传输通常涉及到累加器的临时储存功能, 如在用户定义的寄存器和另一个寄存器之间, 由于两者之间的不能直接传送数据, 因此需要通过累加器来传送数据 程序计数器低字节寄存器 PCL 为了提供额外的程序控制功能, 程序计数器的低字节被设置在数据存储器的特殊功能区域, 程序员可对此寄存器进行操作, 很容易直接跳转到其它程序地址 直接给 PCL 寄存器赋值将导致程序直接跳转到专用程序存储器某一地址, 然而, 由于寄存器只有 8 位的长度, 因此只允许在本页的程序存储器中跳转 注意, 使用这种运算时, 会插入一个空指令周期 表格寄存器 TBLP,TBHP,TBLH 这三个特殊功能寄存器对存储在程序存储器中的表格进行操作 TBLP 和 TBHP 为表格指针, 指向表格的地址 它的值必须在任何表格读取指令执行前加以设定 由于它的值可以被如 INC 或 DEC 的指令所改变, 这就提供了一种简单的方法对表格数据进行读取 表格读取数据指令执行之后, 表格数据高字节存储在 TBLH 中 其中要注意的是, 表格数据低字节会被传送到用户指定的地址 状态寄存器 STATUS 这 8 位寄存器包括零标志位 (Z) 进位标志位 (C) 辅助进位标志位 (AC) 溢出标志位 (OV), 暂停标志位 (PDF) 和看门狗溢出标志位 (TO) 这些标志位同时记录单片机的状态数据和算术 / 逻辑运算 除了 TO 和 PDF 标志位以外, 状态寄存器的其它位像其它大多数寄存器一样可以被改变 但是任何数据写入状态寄存器将不会改变 TO 和 PDF 标志位 另外, 执行不同指令操作后, 与状态寄存器相关的运算将会得到不同的结果 TO 标志位只会受系统上电 看门狗溢出 或执行 CLR WDT 或 HALT 指令的影响 PDF 指令只会受执行 HALT 或 CLR WDT 指令或系统上电的影响 Z OV AC 和 C 标志位通常反映最近的运算操作的状态 24

33 C: 当加法运算的结果产生进位, 或减法运算的结果没有产生借位时, 则 C 被置位, 否则 C 被清零, 同时 C 也会被带进位的移位指令所影响 AC: 当低半字节加法运算的结果产生进位, 或高半字节减法运算的结果没有产生借位时, AC 被置位, 否则 AC 被清零 Z: 当算术或逻辑运算结果是零时,Z 被置位, 否则 Z 被清零 OV: 当运算结果高两位的进位状态异或结果为 1 时,OV 被置位, 否则 OV 被清零 PDF: 系统上电或执行 CLR WDT 指令会清零 PDF, 而执行 HALT 指令则会置位 PDF TO: 系统上电或执行 CLR WDT 或 HALT 指令会清零 TO, 而当 WDT 溢出则会置位 TO 另外, 当进入一个中断程序或执行子程序调用时状态寄存器将不会自动压入到堆栈中保存 假 如状态寄存器的内容很重要, 且中断子程序会改变状态寄存器的内容, 则需要保存备份以备恢复 注意, 状态寄存器的 0~3 位可以读取和写入 状态寄存器 Bit Name TO PDF OV Z AC C R/W R R R/W R/W R/W R/W POR 0 0 x x x x Bit 7, 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 未定义, 读为 0 TO: 看门狗溢出标志位 0: 系统上电或执行 CLR WDT 或 HALT 指令 1:WDT 溢出 PDF: 暂停标志位 0: 系统上电或执行 CLR WDT 指令 1: 执行 HALT 指令将会置位 PDF 位 OV : 溢出标志位 0: 不发生溢出时 1: 当运算结果高两位的进位状态异或结果为 1 时 Z: 零标志位 0: 算数运算或逻辑运算的结果不为零时 1: 算数运算或逻辑运算的结果为零时 AC: 辅助进位标志位 0: 没有辅助进位时 1: 当低字节的加法造成进位或高字节的减法没有造成借位时 C: 进位标志位 0: 没有进位时 1: 当加法造成进位或减法没有造成借位时, 同时移位指令也会影响 C 标志位 C 也受循环移位指令的影响 x 表示未知 25

34 2.5 EEPROM 数据存储器 该单片机内建 EEPROM 数据存储器 Electrically Erasable Programmable Read Only Memory 为电可擦可编程只读存储器, 由于其非易失性的存储结构, 即使在电源掉电的情况下存储器内的数据仍然保存完好 通过 EEPROM 数据存储器, 可以给设计者提供一个全新的主机应用 应用 EEPROM 的存储功能使得该单片机可以用来存储产品编号 校准值 用户特定数据 系统配置参数或其它产品信息等 读取和写数据到 EEPROM 存储器的过程已经变得很容易 EEPROM 数据存储器结构该单片机内部 EEPROM 数据寄存器容量为 64 8 位 由于映射方式与程序存储器和数据存储器不同, 因此不能像其它类型的存储器一样寻址 使用 Bank 0 中的一个地址和数据寄存器以及 Bank 1 中的一个控制寄存器, 可以实现对 EEPROM 的单字节读写操作 EEPROM 寄存器有三个寄存器控制内部 EEPROM 数据存储器总的操作 地址寄存器 EEA 数据寄存器 EED 及控制寄存器 EEC EEA 和 EED 位于 Bank 0 中, 它们能像其它特殊功能寄存器一样直接被访问 EEC 位于 Bank 1 中, 不能被直接访问, 仅能通过 MP1 和 IAR1 进行间接读取或写入 由于 EEC 控制寄存器位于 Bank 1 中的 40H, 在 EEC 寄存器上的任何操作被执行前,MP1 必须先设为 40H,BP 被设为 01H EEPROM 寄存器列表 Name EEA D5 D4 D3 D2 D1 D0 EED D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EEC WREN WR RDEN RD EEA 寄存器 Bit Name D5 D4 D3 D2 D1 D0 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W POR 为未知 Bit 7~6 未使用, 读为 0 Bit 5~0 数据 EEPROM 地址 数据 EEPROM 地址 Bit 5~Bit 0 EEC 寄存器 Bit Name WREN WR RDEN RD R/W R/W R/W R/W R/W POR Bit 7~4 Bit 3 未定义, 读为 0 WREN: 数据 EEPROM 写使能位 0: 除能 1: 使能此位为数据 EEPROM 写使能位, 向数据 EEPROM 写操作之前需将此位置高 将此位清零时, 则禁止向数据 EEPROM 写操作 Bit 2 WR:EEPROM 写控制位 0: 写周期结束 26

35 1: 写周期有效此位为数据 EEPROM 写控制位, 由应用程序将此位置高将激活写周期 写周期结束后, 硬件自动将此位清零 当 WREN 未先置高时, 此位置高无效 Bit 1 RDEN: 数据 EEPROM 读使能位 0: 除能 1: 使能此位为数据 EEPROM 读使能位, 向数据 EEPROM 读操作之前需将此位置高 将此位清零时, 则禁止向数据 EEPROM 读操作 Bit 0 RD:EEPROM 读控制位 0: 读周期结束 1: 读周期有效此位为数据 EEPROM 读控制位, 由应用程序将此位置高将激活读周期 读周期结束后, 硬件自动将此位清零 当 RDEN 未首先置高时, 此位置高无效 注 : 在同一条指令中 WREN WR RDEN 和 RD 不能同时置为 1 WR 和 RD 不能同时置为 1 EED 寄存器 Bit Name D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W POR 为未知 Bit 7~0 数据 EEPROM 数据数据 EEPROM 数据 Bit 7~Bit 从 EEPROM 中读取数据从 EEPROM 中读取数据,EEC 寄存器中的读使能位 RDEN 先置为高以使能读功能,EEPROM 中读取数据的地址要先放入 EEA 寄存器中 若 EEC 寄存器中的 RD 位被置高, 一个读周期将开始 若 RD 位已置为高而 RDEN 位还未被设置则不能开始读操作 若读周期结束,RD 位将自动清除为 0, 数据可以从 EED 寄存器中读取 数据在其它读或写操作执行前将一直保留在 EED 寄存器中 应用程序将轮询 RD 位以确定数据可以有效地被读取 写数据到 EEPROM EEPROM 中写入数据的地址要先放入 EEA 寄存器中, 写数据至 EEPROM,EEC 寄存器中的写使能位 WREN 先置为高以使能写功能 之后,EEC 寄存器中的 WR 位必须立即置为高以开始写周期 这两个指令必须连续执行 总中断控制位 EMI 必须在写周期执行前清零, 并在写周期开始后置为高 注意, 若 WR 位已置为高而 WREN 位还未被设置则不能开始写操作 由于控制 EEPROM 写周期是一个内部时钟, 与单片机的系统时钟异步, 所以数据写入 EEPROM 的时间将有所延迟 可通过轮询 EEC 寄存器中的 WR 位或判断 EEPROM 中断以侦测写周期是否完成 若写周期完成, WR 位将自动清除为 0, 通知用户数据已写入 EEPROM 因此, 应用程序将轮询 WR 位以确定写周期是否结束 写保护防止误写入的写保护有以下几种 单片机上电后控制寄存器中的写使能位将被清除以杜绝任何写入操作 上电后 BP 将重置为 0, 这意味着数据存储区 Bank 0 被选中 由于 EEPROM 控制寄存器位于 Bank 1 中, 这增加了对写操作的保护措施 在正常程序操作中确保控制寄存器中的写使能位被清除将能防止不正确的写操作 EEPROM 中断 EEPROM 写周期结束后将产生 EEPROM 写中断, 需先通过设置相关中断寄存器的 DEE 位使能 EEPROM 中断 由于 EEPROM 中断包含在多功能中断中, 相应的多功能中断使能位需被设置 当 EEPROM 写周期结束,DEF 请求标志位及其相关多功能中断请求标志位将被置位 若 EEPROM 和多功能中断使能且堆栈未满的情况下将跳转到相应的多功能中断向量中执行 当中断被响应, 只有多功能中断标志位将自动复位, 而 EEPROM 中断标志将通过应用程序手动复位 更多细节将在中 27

36 断章节讲述 编程注意事项必须注意的是数据不会无意写入 EEPROM 在没有写动作时写使能位被正常清零可以增强保护功能 BP 指针也可以正常清零以阻止进入 EEPROM 控制寄存器存在的 Bank 1 尽管没有必要, 写一个简单的读回程序以检查新写入的数据是否正确还是应该考虑的 写数据时, 为了确保写周期正确执行,WR 位必须在 WREN 位置为高之后立即置为高 总中断控制位 EMI 必须在写周期执行前清零, 并在写周期开始后置为高 程序举例 从 EEPROM 中读取数据 轮询法 MOV A, EEPROM_ADRES MOV EEA, A MOV A, 040H MOV MP1, A MOV A, 01H MOV BP, A SET IAR1.1 SET IAR1.0 BACK: SZ IAR1.0 JMP BACK CLR IAR1 CLR BP MOV A, EED MOV READ_DATA, A ; user defined address ; setup memory pointer MP1 ; MP1 points to EEC register ; setup Bank Pointer ; set RDEN bit, enable read operations ; start Read Cycle - set RD bit ; check for read cycle end ; disable EEPROM read/write ; move read data to register 写数据到 EEPROM 轮询法 CLR EMI MOV A, EEPROM_ADRES MOV EEA, A MOV A, EEPROM_DATA MOV EED, A MOV A, 040H MOV MP1, A MOV A, 01H MOV BP, A SET IAR1.3 SET IAR1.2 SET EMI BACK: SZ IAR1.2 JMP BACK CLR IAR1 CLR BP ; user defined address ; user defined data ; setup memory pointer MP1 ; MP1 points to EEC register ; setup Bank Pointer ; set WREN bit, enable write operations ; Start Write Cycle - set WR bit - executed immediately ; after set WREN bit ; check for write cycle end ; disable EEPROM read/write 28

37 2.6 振荡器 不同的振荡器选择可以让使用者在不同的应用需求中实现更大范围的功能 振荡器的灵活性使得在速度和功耗之间可以达到最优化 振荡器选项是通过寄存器来完成的 振荡器概述该单片机有两个内部振荡器, 一个低速振荡器和一个高速振荡器 它们都可以作为系统时钟源, 低速振荡器还可以作为看门狗定时器, 时基功能和定时 / 计数器的时钟源 集成的两个内部振荡器不需要任何外接器件 所有振荡器选项通过寄存器设置 较高频率的振荡器提供更高的性能, 但要求有更高的功率, 反之亦然 动态切换快慢系统时钟的能力使单片机具有灵活而优化的性能 / 功耗比, 此特性对功耗敏感的应用领域尤为重要 振荡类型 名称 频率范围 内部高速振荡器 HIRC 8,12MHz 内部低速振荡器 LIRC 32kHz 振荡器类型 系统时钟配置 该单片机有两个方式产生系统时钟, 一个高速内部时钟源和一个低速内部时钟源 高速振荡器 为内部 8MHz 或 12MHz RC 振荡器, 低速振荡器为内部 32 khz RC 振荡器 这两个振荡器都是内部 全集成的振荡器, 无需外接器件 选择高速或低速振荡器作为系统振荡器, 是通过 SMOD 寄存器中 的 HLCLK 位及 CKS2~CKS0 位进行选择 内部高速 RC 振荡器 HIRC 内部 RC 振荡器是一个集成的系统振荡器, 不需其它外部器件 内部 RC 振荡器具有两种固定 的频率 :8MHz 和 12MHz 芯片在制造时进行调整且内部含有频率补偿电路, 使得振荡频率因 V DD 温度以及芯片制成工艺不同的影响减至最低程度 在电源电压为 3V 或 5V 及温度为 25 的条件下, 8MHz 和 12MHz 这两个固定频率的容差为 2% CTRL 寄存器 Bit Name FSYSON HIRCS1 HIRCS0 LVRF LRF WRF R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W POR 未知 Bit 7 FSYSON: 空闲模式中 f SYS 控制位 0: 除能 1: 使能 Bit 6 未使用, 读为 0 Bit 5,4 HIRCS1,HIRCS0: 高频时钟选择位 00:8 MHz 01:8 MHz 10:12 MHz 11:12 MHz Bit 3 未使用, 读为 0 Bit 2 LVRF:LVR 复位标志位 0: 无效 1: 有效 此位只能被清零, 不能被置 1 Bit 1 LRF:LVRC 控制的复位标志位 0: 无效 29

38 Bit 0 1: 有效 WRF: WE[4:0] 控制的复位标志位 0: 无效 1: 有效此位只能被清零, 不能被置 内部低速 RC 振荡器 LIRC 内部 32kHz 系统振荡器为低频振荡器 这种单片机有一个完全集成 RC 振荡器, 它在 5V 电压下运行的典型频率值为 32kHz 且无需外部元件 芯片在制造时进行调整且内部含有频率补偿电路, 使得振荡器因电源电压 温度及芯片制成工艺不同的影响减至最低 因此, 内部 32kHz 振荡器频率在 25 温度 5V 电压下的精度保持在 10% 以内 30

39 2.7 工作模式和系统时钟 现今的应用要求单片机具有较高的性能及尽可能低的功耗, 这种矛盾的要求在便携式电池供电的应用领域尤为明显 高性能所需要的高速时钟将增加功耗, 反之亦然 此单片机提供高 低速两种时钟源, 它们之间可以动态切换, 用户可通过优化单片机操作来获得最佳性能 / 功耗比 系统时钟主系统时钟可来自高频时钟源 f H 或低频时钟源 f L, 通过 SMOD 寄存器中的 HLCLK 位及 CKS2~CKS0 位进行选择 高频时钟和低频时钟都来自内部 RC 振荡器 系统时钟配置 控制寄存器 寄存器 SMOD 用于控制单片机内部时钟 SMOD 寄存器 Bit Name CKS2 CKS1 CKS0 LTO HTO IDLEN HLCLK R/W R/W R/W R/W R R R/W R/W POR Bit 7~5 CKS2~CKS0: 当 HLCLK 为 0 时系统时钟选择位 000:f L (f LIRC ) 001:f L (f LIRC ) 010:f H /64 011:f H /32 100:f H /16 101:f H /8 110:f H /4 111:f H /2 这三位用于选择系统时钟源 除了 LIRC 振荡器提供的系统时钟源外, 也可使用高频振荡器的分频作为系统时钟 31

40 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 未使用, 读为 0 LTO: 低速振荡器就绪标志位 0: 未就绪 1: 就绪此位为低速系统振荡器就绪标志位, 用于表明低速系统振荡器在系统上电复位或经唤醒后何时稳定下来 该标志由休眠模式 0 中唤醒后会处于低电平状态, 若系统时钟来自 LIRC 振荡器, 该位转换为高需 1~2 个时钟周期 HTO: 高速振荡器就绪标志位 0: 未就绪 1: 就绪此位为高速系统振荡器就绪标志位, 用于表明高速系统振荡器何时稳定下来 此标志在系统上电后经硬件清零, 高速系统振荡器稳定后变为高电平 因此, 此位在单片机上电后由应用程序读取的总为 1 该标志由休眠模式或空闲模式 0 中唤醒后会处于低电平状态, 若使用 HIRC 振荡器, 15~16 个时钟周期后该标志会处于高电平状态 IDLEN: 空闲模式控制位 0: 除能 1: 使能此位为空闲模式控制位, 用于决定 HALT 指令执行后发生的动作 若此位为高, 当指令 HALT 执行后, 单片机进入空闲模式 若 FSYSON 位为高, 在空闲模式 1 中 CPU 停止运行, 系统时钟将继续工作以保持外围功能继续工作 ; 若 FSYSON 为低, 在空闲模式 0 中 CPU 和系统时钟都将停止运行 若此位为低, 单片机将在 HALT 指令执行后进入休眠模式 HLCLK: 系统时钟选择位 0:f H /2~ f H /64 或 f L 1:f H 此位用于选择 f H 或 f H /2~ f H /64 还是 f L 作为系统时钟 该位为高时选择 f H 作为系统时钟, 为低时则选择 f H /2~ f H /64 或 f L 作为系统时钟 当系统时钟由 f H 时钟向 f L 时钟转换时,f H 将自动关闭以降低功耗 系统工作模式该单片机有 6 种不同的工作模式, 每种有它自身的特性, 根据应用中不同的性能和功耗要求可选择不同的工作模式 单片机正常工作有两种模式 : 正常模式和低速模式 剩余的 4 种工作模式 : 休眠模式 0 休眠模式 1 空闲模式 0 和空闲模式 1 用于单片机 CPU 关闭时以节省耗电 工作模式 说明 CPU f SYS f SUB f S f TBC 正常模式 On f H ~f H /64 On On On 低速模式 On f L On On On 空闲模式 0 Off Off On On/Off On 空闲模式 1 Off On On On On 休眠模式 0 Off Off Off Off Off 休眠模式 1 Off Off On On Off 正常模式顾名思义, 这是主要的工作模式之一, 单片机的所有功能均可在此模式中实现且系统时钟由一个高速振荡器提供 该模式下单片机正常工作的时钟源来自 HIRC 振荡器 高速振荡器频率可被分为 1~64 的不等比率, 实际的比率由 SMOD 寄存器中的 CKS2~CKS0 位及 HLCLK 位选择的 单片机使用高速振荡器分频作为系统时钟可减少工作电流 低速模式此模式的系统时钟虽为较低速时钟源, 但单片机仍能正常工作 该低速时钟源可来自 LIRC 振荡器 单片机在此模式中运行所耗工作电流较低 在低速模式下,f H 关闭 休眠模式 0 在 HALT 指令执行后且 SMOD 寄存器中 IDLEN 位为低时, 系统进入休眠模式 0 在休眠模式 0 32

41 中,CPU f SUB 及 f S 停止运行, 看门狗定时器功能除能 在该模式中 LVDEN 位需置为 0, 否则将不能进入休眠模式 0 中 休眠模式 1 在 HALT 指令执行后且 SMOD 寄存器中 IDLEN 位为低时, 系统进入休眠模式 1 在休眠模式 1 中,CPU 停止运行 然而当其时钟源经配置选项选择为 f SUB 时, 若 LVDEN 位为 1 或看门狗定时器功能使能,f SUB 及 f S 继续运行 空闲模式 0 执行 HALT 指令后且 SMOD 寄存器中 IDLEN 位为高,CTRL 寄存器中 FSYSON 位为低时, 系统进入空闲模式 0 在空闲模式 0 中,CPU 停止, 但一些外围功能如看门狗定时器 TMs 将继续工作 在空闲模式 0 中, 系统振荡器停止 空闲模式 1 执行 HALT 指令后且 SMOD 寄存器中 IDLEN 位为高,CTRL 寄存器中 FSYSON 位为高时, 系统进入空闲模式 1 在空闲模式 1 中,CPU 停止, 但会提供一个时钟源给一些外围功能如看门狗定时器 TMs 在空闲模式 1 中, 系统振荡器继续运行, 该系统振荡器可以为高速或低速系统振荡器 工作模式切换单片机可在各个工作模式间自由切换, 使得用户可根据所需选择最佳的性能 / 功耗比 用此方式, 对单片机工作的性能要求不高的情况下, 可使用较低频时钟以减少工作电流, 在便携式应用上延长电池的使用寿命 简单来说, 正常模式和低速模式间的切换仅需设置 SMOD 寄存器中的 HLCLK 位及 CKS2~CKS0 位即可实现, 而正常模式 / 低速模式与休眠模式 / 空闲模式间的切换经由 HALT 指令实现 当 HALT 指令执行后, 单片机是否进入空闲模式或休眠模式由 SMOD 寄存器中的 IDLEN 位和 CTRL 寄存器中的 FSYSON 位决定的 当 HLCLK 位变为低电平时, 时钟源将由高速时钟源 f H 转换成时钟源 f H /2~f H /64 或 f L 若时钟源来自 f L, 高速时钟源将停止运行以节省耗电 此时须注意,f H /16 和 f H /64 内部时钟源也将停止运行 所附流程图显示了单片机在不同工作模式间切换时的变化 33

42 正常模式切换到低速模式 系统运行在正常模式时使用高速系统振荡器, 因此较为耗电 可通过设置 SMOD 寄存器中的 HLCLK 位为 0 及 CKS2~CKS0 位为 000 或 001 使系统时钟切换至运行在低速模式下 此时将使用低速系统振荡器以节省耗电 用户可在对性能要求不高的操作中使用此方法以减少耗电 低速模式的时钟源来自 LIRC 振荡器 因此要求这些振荡器在所有模式切换动作发生前稳定下来 该动作由 SMOD 寄存器中 LTO 位控制 低速模式切换到正常模式 在低速模式系统使用 LIRC 低速振荡器 切换到使用高速系统时钟振荡器的正常模式需设置 HLCLK 位为 1, 也可设置 HLCLK 位为 0 但 CKS2~CKS0 需设为 或 111 高频时钟需要一定的稳定时间, 通过检测 HTO 位的状态可进行判断 高速振荡器的稳定时间由所使用高速系统振荡器的类型决定 进入休眠模式 0 进入休眠模式 0 的方法仅有一种 应用程序中执行 HALT 指令前需设置寄存器 SMOD 中 IDLEN 位为 0 且 WDT 和 LVD 功能除能 在上述条件下执行该指令后, 将发生的情况如下 : 系统时钟 WDT 时钟和时基时钟停止运行, 应用程序停止在 HALT 指令处 数据存储器中的内容和寄存器将保持当前值 WDT 都将被清除并停止运行 输入 / 输出口将保持当前值 状态寄存器中暂停标志 PDF 将被置起, 看门狗溢出标志 TO 将被清除 进入休眠模式 1 进入休眠模式 1 的方法仅有一种 应用程序中执行 HALT 指令前需设置寄存器 SMOD 中 IDLEN 位为 0 且 WDT 或 LVD 功能使能 在上述条件下执行该指令后, 将发生的情况如下 : 系统时钟和时基时钟停止运行, 应用程序停止在 HALT 指令处 WDT 或 LVD 继续运行, 其时钟源来自 f SUB 数据存储器中的内容和寄存器将保持当前值 若 WDT 使能, 则 WDT 将被清零并重新开始计数 输入 / 输出口将保持当前值 状态寄存器中暂停标志 PDF 将被置起, 看门狗溢出标志 TO 将被清除 进入空闲模式 0 进入空闲模式 0 的方法仅有一种, 应用程序中执行 HALT 指令前需设置寄存器 SMOD 中 IDLEN 位为 1 且 CTRL 寄存器中的 FSYSON 位为 0 在上述条件下执行该指令后, 将发生的情况如下 : 系统时钟停止运行, 应用程序停止在 HALT 指令处, 时基时钟和 f LIRC 时钟将继续运行 数据存储器中的内容和寄存器将保持当前值 34

43 若 WDT 使能,WDT 将被清零并重新开始计数输入 / 输出口将保持当前值 状态寄存器中暂停标志 PDF 将被置起, 看门狗溢出标志 TO 将被清除 进入空闲模式 1 进入空闲模式 1 的方法仅有一种, 应用程序中执行 HALT 指令前需设置寄存器 SMOD 中 IDLEN 位为 1 且 CTRL 寄存器中的 FSYSON 位为 1 在上述条件下执行该指令后, 将发生的情况如下 : 系统时钟和 f LIRC 开启, 应用程序停止在 HALT 指令处 数据存储器中的内容和寄存器将保持当前值 若 WDT 使能,WDT 将被清零并重新开始计数 输入 / 输出口将保持当前值 状态寄存器中暂停标志 PDF 将被置起, 看门狗溢出标志 TO 将被清除 静态电流的注意事项由于单片机进入休眠或空闲模式的主要原因是将 MCU 的电流降低到尽可能低, 可能到只有几个微安的级别 ( 空闲模式 1 除外 ), 所以如果要将电路的电流降到最低, 电路设计者还应有其它的考虑 应该特别注意的是单片机的输入 / 输出引脚 所有高阻抗输入脚都必须连接到固定的高或低电平, 因为引脚浮空会造成内部振荡并导致耗电增加 这也应用于有不同封装的单片机, 因为它们可能含有未引出的引脚, 这些引脚也必须设为输出或带有上拉电阻的输入 另外还需注意单片机设为输出的 I/O 引脚上的负载 应将它们设置在有最小拉电流的状态或将它们和其它的 CMOS 输入一样接到没有拉电流的外部电路上 还应注意的是, 如果使能配置选项中的 LIRC 振荡器, 会导致耗电增加 在空闲模式 1 中, 系统时钟开启 若系统时钟来自高速系统振荡器, 额外的静态电流也可能会有几百微安 唤醒系统进入休眠或空闲模式之后, 可以通过以下几种方式唤醒 : 外部复位 PA 口下降沿 系统中断 WDT 溢出 若由外部唤醒, 系统会经过完全复位的过程 ; 若由 WDT 溢出唤醒, 则会发生看门狗定时器复位 这两种唤醒方式都会使系统复位, 可以通过状态寄存器中 TO 和 PDF 位来判断它的唤醒源 系统上电或执行清除看门狗的指令, 会清零 PDF; 执行 HALT 指令,PDF 将被置位 看门狗计数器溢出将会置位 TO 标志并唤醒系统, 这种复位会重置程序计数器和堆栈指针, 其它标志保持原有状态 PA 口中的每个引脚都可以通过 PAWU 寄存器使能下降沿唤醒功能 PA 端口唤醒后, 程序将在 HALT 指令后继续执行 如果系统是通过中断唤醒, 则有两种可能发生 第一种情况是 : 相关中断除能或是中断使能且堆栈已满, 则程序会在 HALT 指令之后继续执行 这种情况下, 唤醒系统的中断会等到相关中断使能或有堆栈层可以使用之后才执行 第二种情况是 : 相关中断使能且堆栈未满, 则中断可以马上执行 如果在进入休眠或空闲模式之前中断标志位已经被设置为 1, 则相关中断的唤醒功能将无效 系统振荡器 唤醒时间 ( 休眠模式 0) 唤醒时间 ( 休眠模式 1) 唤醒时间 ( 空闲模式 0) 唤醒时间 ( 空闲模式 1) HIRC 15~16 HIRC 周期 1~2 HIRC 周期 LIRC 1~2 LIRC 周期 1~2 LIRC 周期 唤醒时间 编程注意事项高速和低速振荡器都使用 SST 计数器 例如, 如果系统从休眠模式下唤醒,HIRC 振荡器起振 需要一定的延迟时间 如果单片机从休眠模式唤醒到正常模式, 则高速振荡器需要 SST 的系统延迟 35

44 HTO 为高后, 单片机会执行第一条指令 36

45 2.8 看门狗定时器 看门狗定时器的功能在于防止如电磁的干扰等外部不可控制事件, 所造成的程序不正常动作或跳转到未知的地址 看门狗定时器时钟源 WDT 定时器时钟源来自于内部时钟 f S, 而 f S 时钟源来自内部 LIRC 振荡器 看门狗定时器的时钟源可分频为 2 8 ~2 18 以提供更大的溢出周期, 分频比由 WDTC 寄存器中的 WS2~WS0 位来决定 电压为 5V 时内部振荡器 LIRC 的频率大约为 32kHz 需要注意的是, 这个特殊的内部时钟周期随 V DD 温度和制成的不同而变化 看门狗定时器控制寄存器 WDTC 寄存器用于控制 WDT 功能的使能 / 除能及选择溢出周期 寄存器结合配置选项控制看门狗定时器的工作 WDTC 寄存器 Bit Name WE4 WE3 WE2 WE1 WE0 WS2 WS1 WS0 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W POR Bit 7~3 Bit 2~0 WE4~WE0:WDT 软件控制位 10101B: 除能 01010B: 使能 ( 默认值 ) 其它 :MCU 复位 (2~3 个 LIRC 时钟响应时间后复位才有效 ) WS2 ~ WS0: 选择看门狗溢出周期 000:2 8 /f S 001:2 10 /f S 010:2 12 /f S 011:2 14 /f S ( 默认值 ) 100:2 15 /f S 101:2 16 /f S 110:2 17 /f S 111:2 18 /f S 这三位控制看门狗时钟的分频比, 进而控制看门狗的溢出周期 看门狗定时器操作当 WDT 溢出时, 它产生一个芯片复位的动作 这也就意味着正常工作期间, 用户需在应用程序中看门狗定时器溢出前将看门狗定时器清零以防止其产生复位, 可使用清看门狗指令实现 程序正常运行时,WDT 溢出将导致芯片复位, 并置位状态标志位 TO 若系统处于休眠或空闲模式, 当 WDT 发生溢出时, 状态寄存器中的 TO 标志位会被置位, 且只有程序计数器 PC 和堆栈指针 SP 会被复位 有三种方法可以用来清除 WDT 的内容 第一种是外部硬件复位, 第二种是通过软件清除指令, 而第三种是通过 HALT 指令 该单片机使用单一 CLR WDT 指令来清除 WDT CLR WDT CLR flirc fs 11 stage divider WDT Time-out 8-to-1 MUX WS2~WS0 (fs/2 1 ~ fs/2 11 ) 7-stage Divider WS[2:0]= 000: 2 8 /fs 001: 2 10 /fs 010: 2 12 /fs 011: 2 14 /fs 100: 2 15 /fs 101: 2 16 /fs 110: 2 17 /fs 111: 2 18 /fs 37

46 看门狗定时器 复位和初始化复位功能是任何单片机中基本的部分, 使得单片机可以设定一些与外部参数无关的先置条件 最重要的复位条件是在单片机首次上电以后, 经过短暂的延迟, 内部硬件电路使得单片机处于预期的稳定状态并开始执行第一条程序指令 上电复位以后, 在程序执行之前, 部分重要的内部寄存器将会被设定为预先设定的状态 程序计数器就是其中之一, 它会被清除为零, 使得单片机从最低的程序存储器地址开始执行程序 另一种复位为看门狗溢出单片机复位, 不同方式的复位操作会对寄存器产生不同的影响 还有一种复位为低电压复位即 LVR 复位, 在电源供应电压低于 LVR 设定值时, 系统会产生 LVR 复位 复位功能 包括内部和外部事件触发复位, 单片机共有以下几种复位方式 : 上电复位这是最基本且不可避免的复位, 发生在单片机上电后 除了保证程序存储器从开始地址执行, 上电复位也使得其它寄存器被设定在预设条件, 所有的输入 / 输出端口控制寄存器在上电复位时会保持高电平, 以确保上电后所有引脚被设定为输入状态 低电压复位 -LVR 单片机具有低电压复位电路, 用来监测它的电源电压, 可通过配置选项进行选择 例如在更换电池的情况下, 单片机供应的电压可能会落在 0.9V~V LVR 的范围内, 这时 LVR 将会自动复位单片机 LVR 包含以下的规格 : 有效的 LVR 信号, 即在 0.9V~V LVR 的低电压状态的时间, 必须超过交流电气特性中 t LVR 参数的值 如果低电压存在不超过 t LVR 参数的值, 则 LVR 将会忽略它且不会执行复位功能 V LVR 参数值可通过配置选项进行设定 注 :t RSTD 为上电延迟时间, 典型值为 50ms 低电压复位时序图 LVRC Register Bit Name LVS7 LVS6 LVS5 LVS4 LVS3 LVS2 LVS1 LVS0 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W POR Bit 7~0 LVS[7:0]: LVR 电压选择位 B: 2.1V B: 2.55V B: 3.15V B: 3.8V 其它位 : MCU 复位 ( 需要 2~3 个 LIRC 周期响应复位 ) 注 : 可以通过 S/W 写 00H~FFH 来控制 LVR 电压, 也可以复位单片机, 如果单片机复位且由 LVRC 寄存器引起, 则在复位后 CTRL 寄存器中的 LRF 标志位会被置位 除了 LVR 复位, 其他任何复位后 LVRC 都为 , 且在 LVR 复位或者暂停模式下的 WDT 正常运行时看门狗溢出复位除了看门狗溢出标志位 TO 将被设为 1 之外, 正常运行时看门狗溢出复位和上电复位相同 38

47 注 :t RSTD 为上电延迟时间, 典型值为 50ms 正常运行时看门狗溢出时序图 空闲 / 休眠时看门狗溢出复位空闲 / 休眠时看门狗溢出复位和其它种类的复位有些不同, 除了程序计数器与堆栈指针将被清 0 及 TO 位被设为 1 外, 绝大部分的条件保持不变 图中 t SST 的详细说明请参考交流电气特性 复位初始状态 注 : 如果系统时钟源为 HIRC 时,t SST 为 15~16 个时钟周期 如果系统时钟源为 LIRC, 则 t SST 为 1~2 个时钟周期 空闲 / 休眠时看门狗溢出复位时序图 不同的复位形式以不同的途径影响复位标志位 这些标志位, 即 PDF 和 TO 位存放在状态寄存器中, 由空闲 / 休眠功能或看门狗计数器等几种控制器操作控制 复位标志位如下所示 : T0 PDF 复位条件 0 0 上电复位 u u 正常模式或低速模式时的 LVR 复位 1 u 正常模式或低速模式时的 WDT 溢出复位 1 1 空闲模式或休眠模式时的 WDT 溢出复位 注 : u 代表不改变 在单片机上电复位之后, 各功能单元初始化的情形, 列于下表 项目程序计数器中断看门狗定时器定时 / 计数器输入 / 输出口堆栈指针 复位后情况清除为零所有中断被除能 WDT 清除并重新计时定时 / 计数器停止所有 I/O 设为输入模式堆栈指针指向堆栈顶端 不同的复位形式对单片机内部寄存器的影响是不同的 为保证复位后程序能正常执行, 了解寄存器在特定条件复位后的设置是非常重要的, 下表即为不同方式复位后内部寄存器的状况 注意若芯片有多种封装类型, 表格反应较大的封装的情况 寄存器上电复位低电压复位 WDT 溢出 ( 正常模式 ) WDT 溢出 ( 空闲或休眠模式 ) IAR uuuu uuuu MP0 xxxx xxxx uuuu uuuu uuuu uuuu uuuu uuuu IAR uuuu uuuu MP1 xxxx xxxx uuuu uuuu uuuu uuuu uuuu uuuu 39

48 寄存器上电复位低电压复位 WDT 溢出 ( 正常模式 ) WDT 溢出 ( 空闲或休眠模式 ) BP uu ACC xxxx xxxx uuuu uuuu uuuu uuuu uuuu uuuu PCL TBLP xxxx xxxx uuuu uuuu uuuu uuuu uuuu uuuu TBLH xxxx xxxx uuuu uuuu uuuu uuuu uuuu uuuu TBHP ---- xxxx ---- uuuu ---- uuuu ---- uuuu STATUS --00 xxxx --uu uuuu --1u uuuu --11 uuuu SMOD uuu- uuuu LVDC uu -uuu INTEG uuuu WDTC uuuu uuuu TBC uuuu -uuu INTC uuu uuuu INTC uuu -uuu INTC uuuu uuuu MFI uu --uu MFI uu --uu MFI uu --uu MFI uuu -uuu MFI uu-u uu-u PAWU u--u uuuu PAPU u--u uuuu PA u--u uuuu PAC u--u uuuu PBPU uuuu uuuu PB uuuu uuuu PBC uuuu uuuu PCPU uuuu uuuu PC uuuu uuuu PCC uuuu uuuu PDPU uuuu PD uuuu PDC uuuu CPC uuuu uuuu CPC uuuu uuuu OPAC uuuu uuuu OPAC uuu uuuu OPAC uuuu u-uu ADRL(ADRFS=0) xxxx ---- xxxx ---- xxxx ---- uuuu

49 寄存器上电复位低电压复位 WDT 溢出 ( 正常模式 ) WDT 溢出 ( 空闲或休眠模式 ) ADRL(ADRFS=1) xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx uuuu uuuu ADRH(ADRFS=1) ---- xxxx ---- xxxx ---- xxxx ---- uuuu ADRH(ADRFS=0) xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx uuuu uuuu ADCR uuuu uuuu ADCR uu-u -uuu ACERL uu uuuu DAC uuuu uuuu DAC uuuu uuuu DAC uuuu SLEDC uuuu uuuu LVRC uuuu uuuu TM0C uuuu uuuu TM0C uuuu uuuu TM0DL uuuu uuuu TM0DH uu TM0AL uuuu uuuu TM0AH uu EEA uu uuuu EED uuuu uuuu TMPC uuuu --uu TMPC uu TM1C uuuu uuuu TM1C uuuu uuuu TM1C uuuu uuuu TM1DL uuuu uuuu TM1DH uu TM1AL uuuu uuuu TM1AH uu TM1BL uuuu uuuu TM1BH uu TM2C uuuu uuuu TM2C uuuu uuuu TM2DL uuuu uuuu TM2DH uu TM2AL uuuu uuuu TM2AH uu CTRL x u00 u-uu - uuu SLCDC uuuu uuuu SLCDC uuuu uuuu 41

50 寄存器上电复位低电压复位 WDT 溢出 ( 正常模式 ) WDT 溢出 ( 空闲或休眠模式 ) SLCDC uuuu uuuu TKC uuuu u--- TKM016DH uuuu uuuu TKM016DL uuuu uuuu TKM0C uuuu uuuu TKM0C u uuuu TKM116DH uuuu uuuu TKM116DL uuuu uuuu TKM1C uuuu uuuu TKM1C u uuuu TKM216DH uuuu uuuu TKM216DL uuuu uuuu TKM2C uuuu uuuu TKM2C u uuuu TKM316DH uuuu uuuu TKM316DL uuuu uuuu TKM3C uuuu uuuu TKM3C u uuuu EEC uuuu 注 : - 表示未定义 x 表示未知 u 表示不改变 42

51 输入 / 输出端口格瑞达单片机的输入 / 输出口控制具有很大的灵活性 大部分引脚都可在用户程序控制下被设定为输入或输出, 所有引脚的上拉电阻设置以及指定引脚的唤醒设置也都由软件控制, 这些特性也使得此类单片机在广泛应用上都能符合开发的需求 此单片机提供 PA~PD 双向输入 / 输出口 这些寄存器在数据存储器有特定的地址 所有 I/O 口用于输入输出操作 作为输入操作, 输入引脚无锁存功能, 也就是说输入数据必须在执行 MOV A, [m],t2 的上升沿准备好,m 为端口地址 对于输出操作, 所有数据都是被锁存的, 且保持不变直到输出锁存被重写 输入 / 输出寄存器列表 寄存器 Bit 名称 PAWU PAWU7 PAWU4 PAWU3 PAWU2 PAWU1 PAWU0 PAPU PAPU7 PAPU4 PAPU3 PAPU2 PAPU1 PAPU0 PA PA7 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0 PAC PAC7 PAC4 PAC3 PAC2 PAC1 PAC0 PBPU PBPU7 PBPU6 PBPU5 PBPU4 PBPU3 PBPU2 PBPU1 PBPU0 PB PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0 PBC PBC7 PBC6 PBC5 PBC4 PBC3 PBC2 PBC1 PBC0 PCPU PCPU7 PCPU6 PCPU5 PCPU4 PCPU3 PCPU2 PCPU1 PCPU0 PC PC7 PC6 PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0 PCC PCC7 PCC6 PCC5 PCC4 PCC3 PCC2 PCC1 PCC0 PDPU PDPU3 PDPU2 PDPU1 PDPU0 PD PD3 PD2 PD1 PD0 PDC PDC3 PDC2 PDC1 PDC 上拉电阻 许多产品应用在端口处于输入状态时需要外加一个上拉电阻来实现上拉的功能 为了免去外部 上拉电阻, 当引脚规划为输入时, 可由内部连接到一个上拉电阻, 这些上拉电阻可通过寄存器 PAPU~PDPU 来设置, 它用一个 PMOS 晶体管来实现上拉电阻功能 PAPU 寄存器 Bit Name PA7 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W POR Bit 7,4~0 PAPU:PA 口 bit7,bit 4~bit 0 上拉电阻控制 0: 除能 1: 使能 Bit 6~5 未使用, 读为 0 PBPU 寄存器 Bit Name PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W POR Bit 7~0 PBPU:PB 口 bit 7~bit 0 上拉电阻控制 0: 除能 1: 使能 PCPU 寄存器 Bit Name PC7 PC6 PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W

52 POR Bit 7~0 PCPU:PC 口 bit 7~bit 0 上拉电阻控制 0: 除能 1: 使能 PDPU 寄存器 Bit Name PD3 PD2 PD1 PD0 R/W R/W R/W R/W R/W POR Bit 7~4 Bit 3~0 未使用, 读为 0 PDPU:PD 口 bit 3~bit 0 上拉电阻控制 0: 除能 1: 使能 PA 口唤醒 当使用暂停指令 HALT 迫使单片机进入空闲 / 休眠模式状态, 单片机的系统时钟将会停止以降 低功耗, 此功能对于电池及低功耗应用很重要 唤醒单片机有很多种方法, 其中之一就是使 PA 口 的其中一个引脚从高电平转为低电平 这个功能特别适合于通过外部开关来唤醒的应用 PA 口上的 每个引脚是可以通过设置 PAWU 寄存器来单独选择是否具有唤醒功能 PAWU 寄存器 Bit Name PAWU7 PAWU4 PAWU3 PAWU2 PAWU1 PAWU0 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W POR Bit 7,4~0 Bit 6~5 PAWU:PA 口 bit 7,bit 4~bit 0 唤醒控制 0: 除能 1: 使能未使用, 读为 输入 / 输出端口控制寄存器每一个输入 / 输出口都具有各自的控制寄存器 (PAC~PDC) 用来控制输入 / 输出状态 通过这些控制寄存器, 每个 CMOS 输出或输入都可以通过软件动态控制 所有的 I/O 端口的引脚都各自对应于 I/O 端口控制寄存器的某一位 若 I/O 引脚要实现输入功能, 则对应的控制寄存器的位需要设置为 1, 这时程序指令可以直接读取输入脚的逻辑状态 若控制寄存器相应的位被设定为 0, 则此引脚被设置为 CMOS 输出 当引脚设置为输出状态时, 程序指令读取的是输出端口寄存器的内容 注意, 如果对输出口做读取动作时, 程序读取到的是内部输出数据锁存器中的状态, 而不是输出引脚上实际的逻辑状态 PAC 寄存器 Bit Name PAC7 PAC4 PAC3 PAC2 PAC1 PAC0 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W POR Bit 7,4~0 Bit 6~5 PAC:PA 口 bit7,bit 4~bit 0 输入 / 输出控制 0: 输出 1: 输入未使用, 读为 0 PBC 寄存器 Bit

53 Name PBC7 PBC6 PBC5 PBC4 PBC3 PBC2 PBC1 PBC0 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W POR Bit 7~0 PBC:PB 口 bit 7~bit 0 输入 / 输出控制 0: 输出 1: 输入 PCC 寄存器 Bit Name PCC7 PCC6 PCC5 PCC4 PCC3 PCC2 PCC1 PCC0 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W POR Bit 7~0 PCPU:PC 口 bit 7~bit 0 输入 / 输出控制 0: 输出 1: 输入 PDC 寄存器 Bit Name PDC3 PDC2 PDC1 PDC0 R/W R/W R/W R/W R/W POR Bit 7~4 Bit 3~0 未使用, 读为 0 PDC:PD 口 bit 3~bit 0 输入 / 输出控制 0: 输出 1: 输入 输入 / 输出引脚结构下图为输入 / 输出引脚的内部结构图 输入 / 输出引脚的准确逻辑结构图可能与此图不同, 这里只是为了方便对功能的理解提供的一个参考 图中引脚共用并非针对所有单片机 通用输入 / 输出端口结构 编程注意事项在编程中, 最先要考虑的是端口的初始化 复位之后, 所有的输入 / 输出数据及端口控制寄存器都将被设为逻辑高 所有输入 / 输出引脚默认为输入状态, 而其电平则取决于其它相连接电路以及是否选择了上拉电阻 如果端口控制寄存器 PAC~PDC, 某些引脚位被设定输出状态, 这些输出引脚会有初始高电平输出, 除非数据寄存器端口 PA~PD 在程序中被预先设定 设置哪些引脚是输入及哪些 引脚是输出, 可通过设置正确的值到适当的端口控制寄存器, 或使用指令 SET [m].i 及 CLR [m].i 45

54 来设定端口控制寄存器中个别的位 注意, 当使用这些位控制指令时, 系统即将产生一个读 - 修改 - 写的操作 单片机需要先读入整个端口上的数据, 修改个别的位, 然后重新把这些数据写入到输出端口 PA 口的每个引脚都带唤醒功能 单片机处于休眠或空闲模式时, 有很多方法可以唤醒单片机, 其中之一就是通过 PA 口任一引脚电平从高到低转换的方式, 可以设置 PA 口一个或多个引脚具有唤醒功能 46