第三章 EM78447單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

1、第三章 EM78447單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)EM78447單片機(jī)是在EM78X56基礎(chǔ)上發(fā)展而來,分EM78447A(28PIN)和EM78447B(32PIN)兩種,采用低功耗、高速CMOS工藝制造的8位單片機(jī)，本章將講述EM78447A/B單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存貯器、中斷、I/O、看門狗、振蕩器和電壓檢測器等特點。3.1. EM78447A/B主要功能特點·采用8位數(shù)據(jù)總線和13位指令總線獨立分離的Harvard結(jié)構(gòu)設(shè)計。·采用RISC指令集，共有58條單字節(jié)指令，其中99.9%為單周期指令（對程序計數(shù)器PC指針進(jìn)行寫操作除外）·4K×13的程序存貯器（有OT

2、P和掩膜二個版本）·148個通用數(shù)據(jù)寄存器可直接尋址使用。·9個特殊功能寄存器·具有一個結(jié)構(gòu)選擇寄存器用于設(shè)置振蕩器的工作方式等·具有五級堆棧令程序嵌套更自由。·三個雙向三態(tài)I/O口(EM78447A: 20個I/OEM78447B: 24個I/O), 可分別設(shè)置為上拉或集電極開路等。·具有二個硬件中斷和一個軟件中斷·兩種工作模式：正常工作模式 2mA/5V 休眠模式 1A/5V(可由I/O喚醒)·具有R-OPTION功能，即用電阻的上拉、下拉來選擇內(nèi)部程序的執(zhí)行。·一個帶8位預(yù)置器的8位定時/計數(shù)器，一

3、個看門狗定時器（WDT）。·采用先進(jìn)的加密方法保證用戶代碼不被讀出。·工作電壓：2.55.5V 工作頻率DC20MHZ、工作溫度0703.2. EM78447型號分類、命名方法及管腳功能說明3.2.1 型號分類(表)型 號ROM（Bit）RAM（Byte）I/O最短指令周期EM7447A4K×1314820100nsEM7447B4K×1314824100ns3.2.2 命名方法: EM 78 P 447 A P封裝形式P-DIP M-SOIC S-SSOP區(qū)分 28/32引線 A-28PIN B-32PIN類型名P：OTP； 沒有“P”為MASK版本單

4、片機(jī)系列號EMC公司字頭 3.2.3 EM78447管腳功能描述7A 圖3.1 EM78447管腳圖管腳名稱I/O功 能PIC16C55/57對應(yīng)管腳名P50P53 I/0P50P53為低4位雙向I/O口,在EM78447A中口只使用這低位腳RAORA3P54P57 I/OP50P57為高位雙向I/O口，在EM78447B中口5為8位雙向I/O口無P60P67 I/OP60P67為雙向I/O口，可通過軟件設(shè)置為內(nèi)部上拉RBORB7P70P77 I/OP70P77為雙向I/O口P74、P75可通過軟件設(shè)為上拉P76、P77可設(shè)為開路輸出，P70、P71具有Roption的功能。RCORC7INT

5、 I/O外部中斷輸入腳，下降沿觸發(fā)中斷無OSCI IXTAL型：晶體振蕩器或外部時鐘輸入腳 RC 型：RC振蕩器輸入腳OSC1OSCO I/OXTAL型：晶體振蕩器輸出腳或外部時鐘輸入腳。RC型：輸出一個指令周期的時鐘信號OSC2RESET I施密特觸發(fā)輸入腳，當(dāng)該腳保持低電平時，單片機(jī)復(fù)位MCLRTCC I實時時鐘/計數(shù)器輸入腳，施密特觸發(fā)，當(dāng)該腳不用時，必須接地或VCCRTCCVDD電源VDDVSS地VSSNC 未使用表3.1 EM447管腳功能描述3.3. EM78447內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖EM78447在片內(nèi)集成了一個8位算術(shù)運算單元ALU和工作寄存器ACC、4KROM、148個RAM、202

6、4個I/O口，8位預(yù)置器（PRESCALER）及8位計數(shù)器（TCC）、振蕩器、看門狗、五級堆棧、中斷控制器、指令寄存器、譯碼器和其它一些寄存器等。內(nèi)部框圖如所示：圖3.2 EM78447內(nèi)部功能框圖3.4. 程序存儲器和堆棧3.4.1 程序存儲器EM78447內(nèi)部程序存儲器和堆棧示意圖如下:MOV R2，A A9=A8=0ADD R2，A A9=A8 =0EM78447EM78447 8Bit PC堆棧1堆棧2堆棧3堆棧4椎棧5 CALL、RETRETLRETIA11 A10A9 A8A7A0 000：硬件中斷和量地址001：軟件中斷向量地址FFF：復(fù)位地址000 pageo3FF400 pa

7、ge17FF800 page2BFFC00 page3FFF圖.3 程序存儲器結(jié)構(gòu)框圖PC指針(寄存器R2)和堆棧的位數(shù)是12位，即尋址空間分別為4K，一個程序頁面為1K。頁面選擇通過設(shè)定狀態(tài)寄存器R3的Bit6（PS1）、Bit5 (PS0)來完成，內(nèi)容下表(表3.3)所示:PS1（R3.6）PSO（R3.5）程序頁面地址000頁000-3FF011頁400-7FF112頁800-BFF113頁C00-FFF EM78447可在同一頁面內(nèi)直接跳轉(zhuǎn)(JMP)和調(diào)用子程序(CALL)，即JMP時裝入目標(biāo)地址至PC的低10位,CALL時裝入目標(biāo)地址至PC的低10位,且PC+1壓線,調(diào)用同1K頁面內(nèi)

8、的任何程序。 在EM447中，當(dāng)需要跳轉(zhuǎn)或調(diào)用不同頁面的子程序時，則須在調(diào)用前將修改R3的PS0/PS1、PS0，執(zhí)行JMP或CALL會將狀態(tài)寄存器R3的PS0/PS1、PS0載入PC的A10/A11、A10。對PC（R2）進(jìn)行直接操作指令如“MOV R2、A”、“ADD R2、A”、“BC R2，0”都將導(dǎo)致PC之第9及第10位（A9、A8）被清零，因此此類情況產(chǎn)生的任何跳轉(zhuǎn)都限定在同一頁面的前256個地址TBL指令把存在中的相對地址加至R2(R2 +AR2 )，且R2的第9、10位（A9、A8）不變，因此所產(chǎn)生的跳轉(zhuǎn)可至整個頁面。3.4.2 堆棧 堆棧EM78447堆棧結(jié)構(gòu)與EM78456

9、相同，參見§有關(guān)EM78456堆棧的章節(jié)。3.5. 數(shù)據(jù)存儲器RAM結(jié)構(gòu) EM78447的數(shù)據(jù)存儲器分工作寄存器和特殊功能寄存器兩大類,如圖3.4所示:0001020304 05060708090A0B0C0D0E0F1011.1F20.3B3FR0R1（TCCCONT堆棧(5 級) R2（PC）R3(Status）R4(RSR)R5(Port5)IOC5IOC6R6(Port6)IOC7R8R7(Port7)R9RARBRCIOCERDREIOCFRF16x8通用寄存器1110010031x8BankRegister(Bank 3)31x8BankRegister(Bank 2)3

10、1x8BankRegister(Bank 1)31x8BankRegister(Bank 0)R3F圖3.4 RAM結(jié)構(gòu)圖3.5.1 工作寄存器RO并非一個實際工作的寄存器，只作為間接尋址用。(參EM78X56部分)2.R1(TCC) 參見EM78X56部分3.R2（程序計數(shù)器PC）和堆棧·在復(fù)位情況下，R2每位均被置”1”，地址指向FFFH·對R2進(jìn)行寫操作的指令一定需要二個指令周期，其它有關(guān)R2和堆棧的內(nèi)容如§3.4中所述。4R3狀態(tài)寄存器（STATUS）如下圖所示，R3包括ALU運算標(biāo)志、頁面標(biāo)志、復(fù)位狀態(tài)等76543210GPPS1PS0TPZDCC5.R

11、4.RAM選擇寄存器（RSR）在間接尋址模式里，Bit0-5用來選擇寄存器（地址：00-3F）·Bit67兩位用來確定4個RAM頁面中的那一個每個RAM頁面為31個字,地址為20-3E ·未作間接尋址時，R4可作8位寬度的可讀/寫通用寄存器 6. R5為口5的雙向I/O口寄存器,EM78447A: 僅使用R5的低4位,其余高4位讀為“0” EM78447B:8位雙向I/O口。 7P6P7(口67) 是兩個雙向三態(tài)8位I/O口寄存器 8.R8R1F、R20F3E R8R1F: 是通用寄存器 R20R3E: 31個通用寄存器地址它包含四個頁面，即每個頁面都有31個寄存器且地址為

12、20H3EH，具體頁面由R4的it67決定。3F中斷標(biāo)志寄存器76543210EXIFTCIF·“1”表明有中斷請求，“0”表明沒有中斷請求Bit0 (TCIF):TCC 計數(shù)器1溢出中斷標(biāo)志位；當(dāng)TCC計數(shù)器溢出時置“1”，可由軟件清零。Bit12 :未使用Bit3 (EXIF):外部中斷標(biāo)志位。當(dāng)INT腳有下降沿觸發(fā)時置“1”，可用軟件清零。Bit47:未使用·R3F可用軟件清零，但不能被置“1”·IOCF為中斷屏蔽寄存器，通過指令讀取R3F值，此時結(jié)果值為R3F和IOCF相與的結(jié)果3.5.2 特殊功能寄存器EM78447的特殊功能寄存器主要包括累加器控制寄存

13、器和WDT預(yù)分頻器。1 累加器A內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸或指令運算單元，屬不可尋址單元。2 控制寄存器控制寄存器是用來控制I/O的工作狀態(tài)、中斷控制、看門狗控制等，它們的寄存器地址如圖3.4,其讀寫只能采用指令I(lǐng)0R R或IOW R來完成。（1） CONT（控制寄存器）76543210/PHENINTTSTEPABPSR2PSR1PRR0寄存器與EM78X56的CONT相比僅增加了Bit7(/PHEN)其它完全一樣。/PHEN: I/O上拉使能標(biāo)志位0: P60P67和P74P75內(nèi)部上拉電阻使能1: 上拉電阻關(guān)閉（2） IOC5IOC7(I/O口控制寄存器)IOC5IOC7分別為口5口7控制寄存器，按位

14、將IOC5、IOC6IOC7設(shè)為“1”時表示該腳設(shè)為輸入（高阻抗），設(shè)為“0”時表示該腳為輸出。在EM78447A中，IOC7使用IOC5的低4位和IOC6和IOC7。 （3）IOCE WTD控制寄存器 76543210-ODEWTESLPCROC/WUEBit0(/WUE): P6067P7475喚醒功能控制位 0: 使能喚醒功能 1: 禁止喚醒功能Bit1: 未使用Bit2: 未使用Bit3(ROC): R-OPTION選擇位。 1: 使能P70、P71引腳的R-OPTION功能 0: 禁止R-OPTION功能 其它具體用法參見EM78X56有關(guān)R-OPTION部分。Bit4(SLPC):

15、用于控制振蕩器的工作。 1: 由喚醒信號的下降沿(P60P67、 P74、P75)觸發(fā)硬件“1“ 0: 由軟件清零當(dāng)SLPC由軟件清零時，振蕩器停止工作，單片機(jī)進(jìn)入休眠模式2(Sleep2 mode)。所謂休眠模式，是有別于通常休眠模式，此種情況下一旦單片機(jī)被喚醒，先由振蕩定時器（OST）延時約18ms后，再執(zhí)行下條指令，如此可保證振蕩器的穩(wěn)定工作。由P60P67、P74、P75輸入觸發(fā)而產(chǎn)生的休民模式2喚醒的示意圖如圖所示。 Bit5(WTE): 使能看門狗定時器控制位 0: 關(guān)閉WDT 1: 使能WDT 注意: WDT起作用的先決條件結(jié)構(gòu)選擇寄存器(CODE OPTION)中WTC位為”1

16、”,若為”0”則WDT不起作用 Bit6(ODE): 集電極開路輸出控制，可讀寫位 0: P76和P77為通常的I/O腳 1: P76和P77為集電極開路輸出腳Bit7：未使用（4）IOCF（中斷屏蔽寄存器） 76543210EXIETCIEBit0(TCIE) TCIF中斷屏蔽位（TCC溢出中斷） 0：屏蔽TCIF中斷 1：允許TCIF中斷Bit3(EXIE) EXIF中斷屏蔽位（外部中斷INT） 0：屏蔽EXIF中斷 1：允許EXIF中斷Bit12Bit47 未使用當(dāng)將IOCF相應(yīng)的控制位置“1”、則相應(yīng)的中斷允許，使用“ENI”指令時所有中斷被開放，而使用“DISI”指令，則所有指令被關(guān)

17、閉。IOCF為可讀寫寄存器。圖3.5 I/O喚醒Sleep2電路3.6. TCC/WDT及預(yù)分頻器PrescalerEM78內(nèi)置8位定時/計數(shù)器TCC和看門狗定時器與EM78X56完全相同，請參見EM78X56有關(guān)TCC/WDT及預(yù)分頻器相關(guān)部分。3.7. I/O口（PROT5、PROT6、PORT7）EM78把I/O(口5、口6口7)作為一般工作寄存器R5、R6、R7來操作，它們?yōu)殡p向、三態(tài)輸入/輸出口，可通過控制寄存器來設(shè)置以下功能,如表3.4所示:功 能控制寄存器I/O腳I/O輸入輸出方向IOC5、IOC6、IOC7P50P57、P60P67、P70P77內(nèi)部上拉電阻CONT(/PHEN

18、)P60P67、 P74P75集電極開路IOCE(ODE)P76P77R-PTIONIOCE（ROC）P70、P71休眠狀態(tài)喚醒IOCF（ICIE）P60P67、P74P75表3.2 I/O控制功能分類表I/O口Port5、Port6、Port7的接口電路圖如下：圖3.6 I/O口電路及I/O控制寄存器圖3.7 具有R-option功能引腳(P70、P71)I/O 電路3.8. EM78447復(fù)位3.8.1 產(chǎn)生復(fù)位條件EM78447的復(fù)位由以下情況產(chǎn)生： ·電源上電復(fù)位 ·/RESET腳輸入低電平 ·WDT溢出(當(dāng)WDT使用時)3.8.2 復(fù)位后的狀態(tài)當(dāng)單片機(jī)檢

19、測到復(fù)位信號后會持續(xù)18ms的復(fù)位狀態(tài)。一旦復(fù)位產(chǎn)生，芯片將處于下列狀態(tài)：·振蕩器繼續(xù)動作或起動·程序計數(shù)器PC(R2)每位被置“”，轉(zhuǎn)向復(fù)位地址FFFH·當(dāng)上電時R3的Bit56為0,R4的Bit76為“0”,由此選擇程序頁面0、RAM頁面0 ·所有I/O口腳均被設(shè)置為輸入模式(高阻態(tài)) ·看門狗定時器和預(yù)置分頻器被清零 ·除Bit6(INT中斷使能標(biāo)志位)外，CONT寄存器全設(shè)為“1” ·WDT控制寄存器IOCE Bit0、4、5設(shè)為“1”，Bit3、6設(shè)為“0” ·中斷標(biāo)志寄存器R3F中的標(biāo)志位全部清零(Bi

20、t0、3) ·中斷屏蔽寄存器IOCF的中斷屏蔽位清零(Bit0、3)3.8.3 內(nèi)部上電復(fù)位電路EM447內(nèi)置一上電復(fù)位電路POR(POWER RESET)如圖所示，上電后自動產(chǎn)生復(fù)位。圖3.8 復(fù)位控制方框圖所以一般情況下可不用在RESET端接復(fù)位電路，僅將RESET端接VDD即可3.9. 休眠狀態(tài)和喚醒 EM78447單片機(jī)除了正常工作狀態(tài)外，還有二種休眠狀態(tài)(Sleep1、Sleep2)。通過執(zhí)行“SLEP”指令，即可進(jìn)入休眠模式,WDT(若使能)被清零且保持運行。單片機(jī)的休眠模式可被下列情況喚醒： 由RESET產(chǎn)生的復(fù)位信號WDT超時溢出復(fù)位休眠模式2（Sleep2）是由清I

21、OCE寄存器的SLPC位產(chǎn)生，在SLEEP2模式下，單片機(jī)可被下面情況喚醒：a. 輸入觸發(fā)（P60P67、P74、P75），繼續(xù)從原處開始往下執(zhí)行指令。SLEEP2模式之前，首先要選擇P60P67、P74、P75為下降沿觸發(fā)喚醒源，且要使能上拉電阻和喚醒功能，這樣才能喚醒SLEPP2）。 特別注意：從休眠模式2喚醒后，WDT將被使能，因此，喚醒后的WDT工作情況要重新設(shè)定。超時溢出（若WDT使能）或RESET腳外部復(fù)位，這兩種喚醒都使單片機(jī)復(fù)位。3.10. 中斷功能3.10.1 硬件中斷 EM447系列有下列二種下降沿觸發(fā)的硬件中斷 TCC定時器溢出中斷 外部中斷（/INT引腳）圖3.9 中斷

22、輸入電路 中斷的控制通過中斷屏蔽寄存器IOCF、總中斷開啟指令ENI和關(guān)閉指令DISI來控制。當(dāng)有中斷產(chǎn)生時，程序指針將指向中斷向量地址001H，并將當(dāng)前PC壓棧，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，可由R3F寄存器來查詢是何中斷源，在離開中斷服務(wù)程序及使能中斷之前，必須清除R3F中的中斷標(biāo)志位以免重復(fù)中斷。同時，中斷服務(wù)程序中應(yīng)保護(hù)原程序的環(huán)境(如：A內(nèi)容、標(biāo)志位等)，返回中斷時也應(yīng)恢復(fù)原環(huán)境的內(nèi)容，并開啟中斷。R3F中的相應(yīng)位當(dāng)有中斷時標(biāo)志位都置“1”，而不管中斷屏蔽寄存器IOCF中相關(guān)的屏蔽位狀態(tài)和ENI指令是否執(zhí)行。注意：讀R3F結(jié)果是R3F與IOCF相與的結(jié)果。如圖所示，為中斷產(chǎn)生電路?！癛ETI”指

23、令是從中斷返回并開中斷(等于執(zhí)行ENI指令)3.10.2 軟件中斷執(zhí)行“INT”指令，將產(chǎn)生一個軟中斷，其中斷向量為002H3.11. 振蕩器 圖3.10 RC振蕩電路 EM78447可以工作在RC振蕩、晶振低頻、晶振高頻下，通過寄存器CODE OPTION中的(MS、HLF、HLP)來選擇：1. MS=0、HLF=0為RC振蕩形式，振蕩頻率按Rext、Cext值所確定，它屬于低成本、但頻率精度要求不高的場合適用，RC振蕩電路如圖所示,RC對應(yīng)值如表所示。CextRextAverageFosc5V,25Average Fosc3V,2520pF 10k100k689KHz947KHz128KH

24、z100pF 10k100k 374KHz 389KHz 205KHz 34KHz866KHz626KHz350KHz41KHz300pF 10k100k242KHz160KHz 84KHz400KHz278KHz151KHz表3.3 RC振蕩電路中R、C選值參考表 2.MS=1、HLF=0、HLP=0為低頻晶振方式，這種方式振蕩器處于低頻、低電壓工作條件下，最大頻率不超過4MHZ，單片機(jī)工件在低功耗下。 3.MS=1,HLF=1,HLP=1為高頻晶振方式，振蕩器處在高速工作條件下，所以最小振蕩頻率不小于1MHZ，在這種模式下，功耗將大于低頻振蕩方式。晶體振蕩參見EM78X56部分3.12.

25、結(jié)構(gòu)選擇寄存器(CODE OPTION) EM78447的結(jié)構(gòu)寄存器，并非一般的程序存貯器，它是不可存取，MASK版EM78447只能是在掩膜時寫入，對EM78P447 OTP型則可通過燒入器寫入。CODE OPTION用來指定單片機(jī)的一些功能,如下所述:3.12.1 EM78447/AP/BP(MASK版)結(jié)構(gòu)寄存器76543210CK2TYPWTCHLFMS Bit(MS)：振蕩器形式選擇 0：RC型 1：XTAL(晶振或陶瓷諧振器) Bit1(HLF)：XTAL頻率選擇 0：低頻(32.768KHZ) 1：高頻 Bit2(WTC)：WDT選擇位 0：關(guān)閉 1：使能Bit3(TYP)：型號

26、選擇位 ：EM78447B ：EM78447A Bit4(CK2)：指令周期時鐘選擇 0：二個振蕩時鐘為一個指令周期 1：四個振蕩時鐘為一個指令周期 只有當(dāng)MS=1時此位方才有作用，當(dāng)MS=0，HLF必須為“0”Bit57：未使用3.12.2 EM78P447A/B(OTP型)結(jié)構(gòu)選擇寄存器結(jié)構(gòu)選擇寄存器各位說明如下:121110987650MSENWDTBCLKS/PTHLFHLPTYPBit12(MS)：振蕩器形式選擇 0：RC型 1：XTAL型Bit11(ENWDTB)：看門狗選擇 0：使用 WDT 1：關(guān)閉WDTBit10(CLKS)：一個指令周期的振蕩時鐘數(shù) 0：2個振蕩時鐘 1：4

27、個振蕩時鐘Bit9(/PT)：程序加密選擇位 0：程序加密 1：程序不加密Bit8(HLF)：XTAL頻率選擇 0：低頻(32.768KHZ) 1：高頻 只有在MS=1時，此位才有用，當(dāng)MS=0時HLF必須為“0”。Bit7(HLP):功耗選擇 0：低功耗 1：高功耗Bit6（TYP）：0：EM78P447 1：EM8P447ABit50未使用，缺省值為000000以上OTP結(jié)構(gòu)位在OTP燒寫軟件中設(shè)置并燒入。3.13. EM78447單片機(jī)電氣特性EM78447電氣特性如下：絕對最大最小范圍:ItemsSym.ConditionRatingTemperature under biasTOTR

28、0to70Storage temperatureTSTR-65to+150Input voltageTIN-0.3 VtoOutput voltageTOto直流電氣特性 (TA=070, VDD=5.0V,VA=OV)ParameterSymConditionMin.Typ.Max.UnitInput Leakage Current for input pinsIIL1VIN=VDD,VSS±1AInput High VoltageVTHVInput Low VoltageVILVInput High Threshold VoltageVIHTRESET,TCC,INT0.85 VDDVDDVInput Low Threshold Vol