[工学]第6章51 lpc系列单片机芯片

第 6章 51 LPC系列单片机芯片,6.1 内部结构和引脚功能6.2 I/O端口输出模式 6.3 键盘中断功能 6.4 模拟比较器 6.5 定时/计数器新增功能 6.6 时钟及复位电路 6.7 电源管理及复位电路 6.8 看门狗定时器 6.9 中断控制系统 6.10 硬件配置信息 6.11 A/D与D/A转换器,表6-1 P87LPC76X系列芯片的主要性能指标,6.1 内部结构和引脚功能,6.1.1 内部结构,图6-1 P87LPC76X内部结构,图6-2 存储器地址空间分配,在P87LPC76X中，程序存储器容量为14 KB，占用了0000H03FFH。FCE0HFCFFH之间的32字节存储空间是用户代码区，可用于存放产品系列号、产生日期等信息，编程时随程序代码一起写入片内的OTP ROM存储器，例如：ORG FCE0HDB 31H,32H,33H,34H,35H,36H; 在FCE0H处放置了31H、32H、33H、34H、35H、; 36H（即ASCII的123456）作为产品的系列号 这32字节信息可通过“MOVC A, A+DPTR”指令读出。,6.1.2 引脚排列,图6-3 P87LPC76X系列DIP封装引脚排列,图6-3 P87LPC76X系列DIP封装引脚排列,表6-2 DIP封装P87LPC762/4引脚功能描述,表6-2 DIP封装P87LPC762/4引脚功能描述,可见： P87LPC759、P87LPC760、P87LPC761引脚兼容，即P87LPC760 (14引脚封装)是P87LPC761 (16引脚封装)的简化版（少了一个模拟比较，没有P0.0、P0.1两根引脚），而P87LPC759(14引脚封装)又是P87LPC760的简化版（没有模拟比较器、I 2C总线和串行接口；内部RAM容量只有64字节）。 P87LPC762/4引脚完全兼容，实际上P87LPC762与P87LPC764之间只是OTP ROM容量不同(P87LPC762程序存储器容量为2 KB，而P87LPC764程序存储器容量为4 KB)。,P87LPC762/4/7/8/9引脚也兼容，实际上P87LPC767硬件资源比基本型P87LPC764只多了4通道8位A/D转换器；而P87LPC768比P87LPC767多了4路10位PWM脉宽调制输出； P87LPC769比P87LPC767多了两路8位DAC转换器。因此了解 基本型P87LPC762/4的硬件资源、使用方法也就基本掌握了P87LPC76X系列硬件特征、使用规则。因此，本章主要介绍762/764硬件资源和使用方法。,6.1.3 特殊功能寄存器,表6-3 P87LPC762/4特殊功能寄存器,表6-3 P87LPC762/4特殊功能寄存器,表6-3 P87LPC762/4特殊功能寄存器,6.2 I/O端口输出模式,表6-4 I/O引脚输出方式与输出模式控制寄存器位对应关系,6.2.1 准双向输出结构,图6-4 准双向输出结构,6.2.2 漏极开路输出结构,图6-5 漏极开路输出结构,图6-6 上拉输出结构,6.2.3 上拉(互补推挽)输出结构,6.2.4 输入方式,图6-7 P2M1寄存器各位含义,6.3 键盘中断功能,图6-8 键盘中断控制,例如，键盘中断KBI寄存器内容为00000111B，且P0.0、P0.1、P0.2引脚被定义为准双向输入方式，则当P0.0、P0.1、P0.2之一为低电平时，或门输出高电平，如果中断允许寄存器IEN1的EKB(键盘中断允许)位为1，键盘中断标志KBF置位。如果中断开放(EA为1)并满足中断响应条件，将进入键盘中断服务程序(入口地址为003BH)。,【例6.1】 某应用系统键盘接口电路如图6-9所示，写出中断监控方式下的键盘监控程序(键码存放在30H单元中，当有按键被按下时，按键编码存放在30H单元)。,; -键盘接口初始化-MOV A, P0M1ANL A,#01111000BMOV P0M1,A; 将P0M1的b7、b2、b1、b0位清零MOV A, P0M2ANL A,#01111000BMOV P0M2,A; 将P0M2的b7、b2、b1、b0位清零; 使P0.0、P0.1、P0.2、P0.7引脚处于准双向输出（以便利用上拉电阻）,MOV A, P2M1ORL A, #00100000B; 为了提高抗干扰能力，避免减少按键抖动造成的干扰，P0口采用施密特; 输入MOV P2M1, ASETB P0.0SETB P0.1SETB P0.2SETB P0.7; 使P0.0、P0.1、P0.2、P0.7位锁存器为1，即处于输入状态SETB EKB; 允许键盘中断SETB EA; 开中断; 根据需要设置中断优先级,ORG 003BHLJMP KBIN; 键盘中断服务程序入口地址; -键盘中断服务程序-PROC KBINKBIN:MOV 30H, #55H; 无按键标志55H送30H单元LCALL DELAY10ms; 延迟10 msMOV A, P0; 读P0口ANL A, #10000111B; 屏蔽无关位XRL A, #10000111BJZ RETURN; 为0，说明本次按键输入无效，退出; 判别哪一按键被按下,MOV C, P0.0JC K1MOV 30H, 00H; 如果P0.0引脚为0，则说明是K0键有输入SJMP EXITK1:MOV C, P0.1JC K2MOV 30H, 01H; 如果P0.1引脚为0，则说明是K1键有输入SJMP EXITK2:MOV C, P0.2JC K3MOV 30H, 02H; 如果P0.2引脚为0，则说明是K2键有输入SJMP EXIT,K3:MOV C, P0.7JC RETURN ; P0.0P0.2、P0.7均为高电平，按键输入无效MOV 30H, 03H ; 如果P0.7引脚为0，则说明是K3键有输入EXIT:MOV A, P0ANL A, #10000111B; 屏蔽无关位XRL A, #10000111BJNZ EXIT; 不为0，说明按键未释放，循环等待RETURN:MOV A, #AUXR1ANL A, #01111111BMOV AUXR1, A; 清除中断标志KBFRETI; 返回 END,6.4 模拟比较器,6.4.1 比较器结构,图6-10 模拟比较器,图6-11 比较器控制寄存器CMPn各位含义,表6-5 比较器8种连接方式,6.4.2 比较器初始化 比较器属于模拟电路，为了获得精确结果，在启动比较器前应先禁止引脚的数字输入/输出功能；启动后必须延迟10 s，待比较器输出稳定后方可读取比较结果。 下面是比较器初始化特例：假设待比较信号从CIN1A(P0.4)引脚输入，接比较器1正向输入端，参考电压为Vref (1.23 V)，比较结果输出到CMP1(P0.6)引脚，当比较器结果发生变化时产生中断。,MOV A, PT0AD ORL A, #00010000BMOV PT0AD,A; 禁止CIN1A(P0.4)引脚数字输入功能MOV A, P0M1ORL A,#00010000BMOV P0M1,A; 将P0M1的b4位置1MOV A, P0M2ANL A,#11101111BMOV P0M2,A; 将P0M2的b4位清零。使CIN1A（P0.4）引脚仅为输入MOV CMP1, #00101100B; 启动比较器1，选择CIN1A引脚作为正向输入端；Vref 作为反向输入端；比较结果输出到CMP1引脚LCALL DELAY10U; 调用延迟程序，延迟10 s，等待比较结果ANL CMP1, #11111110B; 清除比较器1中断标志SETB EC1; 允许比较器1中断SETB EA; 开中断 RET; 返回,6.5 定时/计数器新增功能,图6-12 定时器T0方式1结构,图6-13 P87LPC759/760/761定时器T1结构(a) 方式0；(b) 方式1；(c) 方式2,6.6 时钟及复位电路,图6-14 P87LPC76X振荡器控制电路,图6-15 外部晶振连接,图6-16 外部时钟信号连接方式,6.7 电源管理及复位电路,6.7.1 掉电检测功能,掉电检测由下列寄存器位控制： AUXR1.6（BOD）允许/禁止掉电检测功能。当BOD=1时，禁止掉电检测功能（即掉电时既不复位，也不产生掉电中断）；当BOD=0时，允许掉电检测。 AUXR1.5（BOI）掉电复位/中断选择。当BOI位置1时，禁止掉电复位，但允许掉电产生中断。,当AUXR1寄存器BOD、BOI位为01时，则电源电压下降到特定值时，不产生掉电复位信号，而是触发掉电中断。在这种情况下，BOD位含义也不再是“允许/禁止掉电检测”，而是作为掉电中断标志。但CPU是否查询掉电中断标志BOD，受掉电中断允许EBO（IE0.5）和中断开关EA控制。 此外，掉电发生时（无论是选择掉电复位还是掉电中断），PCON寄存器的掉电标志BOF置1。另外，上电时BOF也置1。,P87LPC76X系列掉电保护电压可通过位于EPROM存储器区内配置寄存器UCFG1的BOV位选择。未编程时，BOV=1，掉电保护电压为2.5 V(适合低电源电压，如2.74.0 V)；当BOV=0时，掉电保护电压为3.8 V(适合电源电压大于4.0 V情况)。 为了保证CPU正确检测到掉电状态，VDD下降速率不得高于50 mV/s；为保证上电时CPU正确复位，VDD上升沿不得高于2 mV/s。可通过加大电源滤波电容容量，使VDD下降、上升速率变慢。,6.7.2 上电检测 上电检测与掉电检测类似，即首次上电时，当电源电压大于掉电保护电压时，PCON寄存器的上电标志POF置1。,6.7.3 空闲模式和掉电操作模式 当PCON寄存器的IDL置1时，即CPU进入空闲操作模式。任一中断发生或复位均可结束空闲模式。这与标准80C51空闲模式完全相同。 当PCON寄存器的PD位置1时，CPU进入掉电运行模式(与VDD下降掉电不同)。进入掉电操作模式后，CPU内振荡器停止工作(看门狗振荡器除外，只要电源电压VDD存在，看门狗振荡器就能继续工作)。复位或特定中断(参考表6-7)发生时，可使CPU退出掉电运行模式。,6.7.4 复位电路,图6-17 P87LPC76X系列复位源,图6-18 典型外部复位电路,6.8 看门狗定时器,图6-19 看门狗定时器结构,图6-20 WDTE为1时的内部结构,图6-21 WDTE为0时的内部结构,看门狗计数器是一个具有8个溢出输出端的20位计数器，由看门狗控制寄存器WDCON的WDS2WDS0位控制，例如当WDS2WDS0位为000时，8选1多路开关与13位计数器溢出端相连，计数长度为213，即8192个时钟；当WDS2WDS0位为001时，8选1多路开关与14位计数器溢出端相连，计数长度为214，即16384个时钟；依次类推，当WDS2WDS0位为111时，8选1多路开关与20位计数器溢出端相连，计数长度为220，即1048576个时钟。 由于RC振荡器输出时钟信号周期为1/500K（2 s），因此看门狗计数器溢出时间为2s8192周期2 s1 048 576周期，即16 ms2.1 s。,图6-22 看门狗控制寄存器WDCON各位含义,WDCLK看门狗计数脉冲选择。当WDTE为0（把看门狗计数器作为一个普通计数器使用，溢出时不输出看门狗复位信号，但看门狗中断标志有效）时，通过WDCLK位（相当于通用定时器的 位）选择看门狗计数脉冲的来源。当WDCLK为0时，计数脉冲来自看门狗RC振荡器；当WDCLK为1时，计数脉冲是CPU状态时钟，在6时钟/机器下，状态时钟频率为晶振频率的1/6，即看门狗计数器也是机器周期计数器。 但需要注意的是：当WDTE位为1(允许看门狗工作)时，计数脉冲一定来自RC振荡器，即当WDTE位为1时，WDCLK位强制为0。,但需要注意的是：当WDTE位为1(允许看门狗工作)时，计数脉冲一定来自RC振荡器，即当WDTE位为1时，WDCLK位强制为0。 WDRUN看门狗运行控制位。当WDTE为0(看门狗计数器是一个普通计数器)时，WDRUN是看门狗计数器运行/停止计数控制位。当WDRUN=0时，与门输出为0，即看门狗停止计数；当WDRUN=1时，与门解锁，处于允许计数状态。即当WDTE为0时，WDRUN位作用类似于定时器T0的启动控制位TR0。,注意：当WDTE为1(处于硬件看门狗工作方式)时，计数器总是处于允许计数状态，WDRUN没有意义，即WDRUN位被强制置1。 WDOVF看门狗溢出标志位。看门狗计数器溢出（无论WDTE为1还是0）时置位，复位(看门狗复位除外)或看门狗计数器被清零时，WDOVF位为0。,表6-6 看门狗定时器溢出时间,6.8.1 硬件看门狗状态,从图6-20中看出，只要WDTE位为1，复位后看门狗计数器即处于计数状态，且没有任何办法停止其计数，一旦溢出将迫使CPU复位。为了避免看门狗计数器溢出复位，必须在看门狗计数器溢出前顺序向看门狗复位寄存器WDRST写入立即数1EH和0E1H，使看门狗计数器清零：MOV WDRST, #1EHMOV WDRST, #0E1H; 看门狗计数器清零，同时清看门狗定时器溢出中断WDOVF 为防止CPU复位后，未完成WDCON控制寄存器初始化前，看门狗溢出。因此初始化WDCON寄存器前，先执行看门狗计数器清零操作，然后再初始化WDCON。,6.8.2 通用定时器方式,看门狗计数器溢出中断WDOVF有效时，CPU是否响应受看门狗中断允许EWD (IEN0.6)位、中断开关EA控制。中断服务程序入口地址为0053H。 通用定时器工作方式的看门狗初始化顺序为：MOV WDRST, #1EHMOV WDRST, #0E1H; 看门狗计数器清零，同时清看门狗定时器溢出中断WDOVF; 初始化看门狗中断的优先级别MOVWDCON, #XX; 初始化看门狗计数器计数长度、计数脉冲来源、启动计数; 允许看门狗中断、开中断,6.9 中断控制系统,图6-23 P87LPC762/764中断控制及掉电唤醒逻辑,表6-7 P87LPC762/4中断源,6.10 硬件配置信息,图6-24 硬件配置寄存器UCFG1各位含义,FOSC2FOSC0晶振类型、频率范围选择位，对应关系如下：FOSC2、FOSC1、FOSC0编码 晶振类型及频率范围 1 1 1外部时钟(缺省时)0 1 1内部RC振荡器(6 MHz25%) 0 1 0低频晶振(20 kHz100 kHz) 0 0 1中频晶振(100 kHz4 MHz) 0 0 0高频晶振(4 MHz20 MHz)此外的状态为非法。,图6-25 硬件配置寄存器UCFG2各位含义,当SB2、SB1为11时，允许对EPROM编程和校验；当SB2、SB1为10时，表示编程被禁止（仍允许校验）；当SB2、SB1为00时，表示编程、校验均被禁止。,6.11 A/D与D/A转换器,6.11.1 A/D转换器,图6-26 四通道8位A/D转换器,1. A/D转换控制寄存器 A/D转换器工作过程由A/D转换控制寄存器ADCON控制，各位含义如图6-27所示。 (1) AADR1,AADR0选择A/D转换模拟量输入通道。 当AADR1,AADR0=00时，选择通道0，模拟量从AD0(P0.3)引脚输入；当AADR1,AADR0=01时，选择通道1，模拟量从AD1(P0.4)引脚输入；当AADR1,AADR0=10时，选择通道2，模拟量从AD2(P0.5)引脚输入；而AADR1,AADR0=11时，选择通道3，模拟量从AD3(P0.6)引脚输入。,图6-27 A/D转换控制寄存器ADCON各位含义,(2) RCCLKA/D转换器时钟源选择。 当RCCLK=0时，选择MCU时钟作为A/D转换器的时钟源，转换时间为31个机器周期。例如，在“6时钟/机器周期”模式下，当晶振频率为20 MHz时，A/D转换时间为：31(机器周期)(1/20)6，即9.3 s。为了保证A/D转换的精度，当使用MCU时钟作为A/D转换器的时钟源时，MCU时钟不能小于1 MHz。 当RCCLK=1时，选择CPU内的RC振荡器输出信号(6 MHz25%)作为A/D转换器的时钟源。在这种情况下，需要34个MCU机器周期来同步A/D转换器，转换时间范围在3个MCU机器周期+108RC时钟周期4个MCU机器周期+112RC时钟周期之间。,使用RC时钟源的好处在于：当MCU时钟频率较低时，A/D转换精度仍然很高(因为RC时钟频率为6 MHz)；A/D转换启动后，即可进入空闲或掉电运行状态，以减少CPU固有噪声对A/D转换结果的影响（因为A/D转换器属于模拟电路，只要电源电压VDD大于3.0 V，在空闲或掉电运行状态中依然继续工作）。但当MCU时钟频率大于4 MHz时，不能使用RC振荡器输出信号作为A/D转换器的时钟源。,(3) ENADCA/D转换器使能。当ENADC=1时，A/D转换器处于使用状态。该位作用类似于外置A/D转换器的片选信号。 ENADC位置1到A/D转换器准备就绪时间约为10 s（即ENADC位置1后，必须经过10 s后才能启动A/D转换操作）。,(4) ADCSA/D转换启动控制位。当ADC处于准备就绪状态，且ADCI为0时，ADCS位置1将启动A/D转换操作过程。在A/D转换过程中，ADCS位为1，待A/D转换结束后，ADCS位自动清零，同时将A/D转换完成标志ADCI位置1。因此，启动后，可通过查询ADCS位状态确定A/D转换是否结束，也可以通过中断方式确定A/D转换是否完成。 A/D转换结束后转换结果在寄存器DAC0 (地址为0C5H)中。由于在P87LPC76X系列中，使用VDD和VSS作为A/D转换的参考电位，因此理想的A/D转换结果为：,(5) ADCIA/D转换结束中断标志。A/D转换完成后，ADCI自动置1，作为A/D转换结束标志。CPU是否查询ADCI标志受A/D中断允许EAD(IEN1.4)位控制。 A/D中断资源分配如下： A/D中断标志位：ADCI(不自动清除)。即退出A/D中断服务程序时，不会自动清除ADCI标志。 A/D中断允许/禁止控制位：EAD(IEN1.4)。 A/D中断服务程序入口地址：005BH。 A/D中断优先级控制位：IP1H.4(高位)、IP1.4(低位)。 另外，A/D中断可使CPU退出掉电状态。,表6-8 ADCI、ADCS位与转换器状态关系,2. A/D转换初始化 (1) 禁止模拟量输入引脚的数字输入/输出功能。 (2) 选择A/D转换结束查询方式，如果选择中断方式，则必须初始化A/D中断。 (3) 使能A/D转换器(即将ENADC位置1)。 (4) 延迟10 s，使ADC处于准备就绪状态。 (5) 初始化ADCON寄存器，选择A/D转换器输入通道、A/D转换时钟源。 (6) 启动A/D转换过程。即将ADCS位置1，启动转换进程。 (7) 根据使用A/D时钟及精度要求，必要时可强迫CPU进入空闲或掉电状态。 (8) 等待转换结果。当ADCI位为1时，读DAC0寄存器取出本轮A/D转换结果。,【例6.2】 假设在P87LPC767应用系统中，需要两个通道的A/D转换器，MCU时钟频率为1 MHz。 分析：由于需要两个通道，必然占用了比较器1的引脚，因此可选择AD0(P0.3)、AD1(P0.4)作为模拟量输入端。 由于MCU时钟频率只有1 MHz，可考虑使用RC时钟作为A/D时钟源；采用查询方式确定转换过程是否结束。,参考程序如下：MOV A, P0M1ORL A, #00011000B; 使P0M1.4、P0M1.3位为1MOV P0M1, AMOV A, P0M2ANL A, #11100111B; 使P0M2.4、P0M2.4位为0 MOV P0M2, A,; AD0(P0.3)、AD1(P0.4)引脚仅为输入MOV PT0AD, #18H; 禁止P0.4、P0.3引脚数字输入功能MOV ADCON, #10000100SETB ENADC; 启动ADC，选择了RC时钟，通