DSP硬件结构概述

第二章TMS320C55xDSP硬件结构系统控制程序地址控制数据地址控制特殊功能寄存器程序/数据存储器串行口并行口定时器/计数器中断PABPBCABCBDABDBEABEB乘法器加法器算术逻辑运算桶形移位器CPU比较器控制界面存储控制界面外设控制界面DSP的内部硬件结构图P51datasheet读/写方式地址总线程序总线数据总线PABCABDABEABPBCBDBEB程序读√√程序写√

√单数据读

√

√双数据读

√√

√√长数据读

√（hw）√(lw)√√单数据写

√

√数据读/数据写

√√√√双数据读/系数读√√√

√

√√外设读

√

√外设写

√

√表、各种寻址方式所用到的总线一、总线结构CLKOUT1执行译码取指NN－1N－2N＋1N－1N＋2NNN＋1图、三级流水线操作二、流水线P取预指F取指D译码A寻址R读数X执行用PC中内容加载PAB用读取到的指令加载PB用PB的内容加载IR对IR的内容译码如果需要，用数据1

读地址加载DAB如果需要用数据2读地址加载CAB修正辅助寄存器和堆栈指针读数据1，加载DB读数据2，加载CB如果需要，将数据3

写地址加载EAB执行指令用写数据加载EB三、中央处理单元40位算术逻辑运算单元ALU2个40位累加器移位-16~30位的桶形移位存放器乘法器/加法器单元比较、选择和存储单元指数编码器算术逻辑运算单元移位存放器的输出来自数据总线DB的数据存储器操作数

累加器A中的数据

累加器B中的数据来自数据总线CB的数据存储器操作数T存放器中的数据ALU的输出为40位被送到累加器A或B

溢出处理双精度进位AGAHAL保护位高阶位低阶位累加器A39-3231-1615-0AGAHAL保护位高阶位低阶位累加器B39-3231-1615-0累加器A和B的差异仅在于累加器A的31-16位可以用作乘法器的一个输入MUXSigncontrolBarrelshifter(-16~31)MSW/LSMWriteselectEB15-EB0CB15-CB0DB15-DB0Legend:AAccumulatorABAccumulatorBCCBdatabusDDBdatabusTTregister1616CDAB4040BASXMTC(testbit)ALU4016CSSUT:-16through31rangeASM(4-0):-16through15rangeInstructionregisterimmediate:-16Through15or0through15range图、桶形移位器的功能框图

ToaccumulatorA/B4040PB15-PB0DB15-DB0CB15-CB0TXMUXYMUXSignctrSignctrXM YMMultiplier(17*17)Fract/intXAYAAdder(40)ZerodetectRound SAT MUXLegend:AAccumulatorABAccumulatorBCCBdatabusDDBdatabusPPBprogrambusTTregister1717OVA/OVBZA/ZBOVM0ABFromaccumulatorAFromaccumulatorB40TDAPADC17FRCT图、乘法器/加法器单元比较、选择和存储单元〔CSSU〕完成累加器的高位字和低位字之间的最大值比较，即选择累加器中较大的字并存储在数据存储器中，改变状态存放器ST0中的测试/控制位和传送存放器〔TRN〕的值。同时，CSSU利用优化的片内硬件促进Viterbi型蝶形运算。比较，选择和存储单元〔CSSU〕指数编码器用于支持单周期指令EXP的专用硬件。在EXP指令中，累加器中的指数值能以二进制补码的形式存储在T存放器中，范围为bit-8至31。指数值定义为前面的冗余位数减8的差值，即累加器中为消除非有效符号位所需移动的位数。当累加器中的值超过了32bits，该操作将产生负值。指数编码器‘C54x有三个状态和控制存放器，它们分别为：状态存放器ST0，状态存放器ST1和处理器方式状态存放器PMST。ST0和ST1包括了各种条件和方式的状态，PMST包括了存储器配置状态和控制信息。CPU状态和控制存放器辅助存放器指针测试/控制标志位进位位

累加器A的溢出标志

累加器B的溢出标志

数据存储器页指针

状态存放器ST0块重复作标志位

直接寻址编辑方式位XF引脚状态位

保持方式位

中断方式位

溢出方式位

符号位扩展方式位

双16位/双精度算术运算方式位

小数方式位

修正方式位

累加器移位方式位

状态存放器ST1SSBXSXM;置位SMX=1RSBXSXM；复位SMX=0中断向量指针

微处理器/微型计算机工作方式位

RAM重复占位位

地址可见位

数据ROM位

CLKOUT时钟输出关断位

乘法饱和方式位

存储饱和位

处理器方式状态存放器PMST存储器结构

0000H地址程序存储空间0页：OVLY=1保留OVLY=0外部存储007FH0080HOVLY=1片上DARAMOVLY=0外部存储外部存储器3FFFH4000HFF7FHFF80HFFFFH中断矢量表（外部存储器）MP/MC=1微处理器模式0000H地址程序存储空间0页：OVLY=1保留OVLY=0外部存储007FH0080HOVLY=1片上DARAMOVLY=0外部存储外部存储器3FFFH4000HFF7FHFF80HFFFFH中断矢量表（片上存储器）MP/MC=0微计算机模式EFFFHF000H片上ROM4KX16位‘5402扩展程序存储器地址数据存储空间0000H005FH0060H存储器映射寄存器暂存寄存器007FH0080H片上DARAM16KX16位3FFFH4000H外部存储器EFFFHF000HDROM=1片上ROMDROM=0片外存储器DROM=1保留DROM=0片外存储器FEFFHFF00HFFFFHDROM控制的数据存储空间0000H0020H0040H0060H0080H0100H0180H0200H0280H0300H0380H存储器映象CPU寄存器存储器映象外设寄存器暂存寄存器（DP=0）DARAM（DP=1）DARAM（DP=2）DARAM（DP=3）DARAM（DP=4）DARAM（DP=5）DARAM（DP=6）DARAM（DP=7）DARAM块结构ET乘法寄存器FTRN状态转移寄存器10-17AR0-AR7辅助寄存器ARnn＝0～718SP堆栈指针19BK循环缓存区大小寄存器1ABRC块重复计数器1BRSA块重复开始地址1CREA块重复结束地址1DPMST状态寄存器1EXPCPC扩展寄存器1E－1F－保留0IMR中断屏蔽寄存器1IFR中断标志寄存器2-5-测试保留6ST0状态寄存器07ST1状态寄存器18AL累加器A低字（15－0比特）9AH累加器A高字（31－16比特）AAG累加器A保护位（39－32比特）BBL累加器B低字（15－0比特）CBH累加器B高字（31－16比特）DBG累加器B保护位（39－32比特）地址CPU寄存器名称地址CPU寄存器名称表、特殊功能存放器I20BDRR0带缓存串口0数据接收寄存器21BDXR0带缓存串口0数据发送寄存器22BSPC0带缓存串口0控制寄存器23BSPCE0带缓存串口0控制扩展寄存器24TIM定时器计数器25PRD定时器周期寄存器26TCR定时器控制寄存器27－保留28SWWSR等待状态产生寄存器29BSCRBank-switching控制寄存器2A~2F－保留30DRR1串口数据接收寄存器31DXR1串口数据发送寄存器32SPC1串口控制寄存器33－37－保留38AXR0ABU0发送地址寄存器39BKX0ABU0发送缓冲大小寄存器3AARR0ABU0接收地址寄存器3BBKR0ABU0接收缓冲大小寄存器3C－57－保留58CLKMD时钟方式寄存器59－5F－保留地址CPU寄存器名称地址CPU寄存器名称表、特殊功能存放器IINCNCHCNTL0VSSBCCLKR0BCCLKR1BFSR0BFSR1BDR0HCNTL1123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536777675747382818079788786858483929190898897969594931021011009998108107106105104103373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172144143142141140139138137136135134133132131130129128127126125124123122121120119118117116115114113112111110109NCNCVSSDVDDA10HD7A11A12A13A14A15NCHASVSSNCCVDDHCSHR/WREADYPS

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XFHOLDAIAOHOLDBIOMP/MCDVDD

VSSNCNCA18A17VSSA16D5D4D3D2D1D0RSX2/CLKINX1HD3CLKOUTVSSHPIENACVDDNCTMSTCKTRSTTDITDO

EMU1/OFFEMU0TOUT0HD2NCCLKMD3CLKMD2CLKMD1VSSDVDDNCNCNCNCCVDDA9A8A7A6A5A4HD6A3A2A1A0DVDDHDS2VSSHDS1NCCVDDHD5D15D14D13HD4D12D11D10D9D8D7D6DVDDVSSNCA19BDR1BCLKX0BCLKX1VSSHINT/TOUR1CVDDBFSX0BFSX1HRDYDVDDVSSHD0BDX0BDX1IACKHBILNMIINT0INT1INT2INT3CVDDHD1VSSNCNC1、电源引脚：电源电压分为两级，提供CPU核使用的电源电压CVDD及提供片上外设使用的电源电压DVDDCVDD电压为+1.8V(16、68、91、125、142〕DVDD电压为+3.3V(4、33、56、75、112、130〕VSS接地〔3、14、34、40、50、57、70、76、93、106、111、128〕TIDSP上有5类典型电源引脚：1、CPU核电源引脚2、I/O电源引脚3、PLL电路引脚4、Flash编程电源引脚〔仅C2000系列DSP有〕5、模拟电源引脚〔仅C2000系列DSP有〕将DSP上的所有电源引脚连到各自的供电电源上每个电源与地引脚都必须接，不能悬空。每个电源引脚附近放置10~100nF旁路瓷片电容，以平滑电源的波动。旁路电容起电荷池的作用，以减少电源上的噪声。在PCB四周均匀分布一些4.7~10uF大电容。数字与模拟局部要独立供电、数字地和模拟地应分开单独连接强烈推荐采用多层板，为电源和地分别安排专用的层，同层上的多个电源、地用隔离带分割电源上电次序，推荐首先给CPU核供电，其次给I/O供电，再给模拟局部供电，然后才能加到外部输入信号应考虑电源功率大小；总线负荷建议使用TI的电源方案：C2000-TPS7333，TPS76333；C5000-TPS767D318，TPS767D301；C6000-PT6931，PT6932DSP系统电源方案1、线性稳压器：优点简单、本钱低。缺点：效率低电源器件类型选择应考虑：转换效率、本钱和空间、输入电压、输出电压是否可调及路数，输出电流。控制/状态：EN控制、PowerGood状态2、DC/DC控制器：优点大电流、高效率；缺点占地大3、DC/DC控制器+功率开关：优点大电流、高效率；缺点本钱高4、DC/DC模块：优点高效率、方便；缺点：本钱高双路输出输入电压输出电压输出电流辅助功能TPS767D3185V3.3/1.8V1A/1AENTPS767D3015V3.3V/可调1A/1AEN单路输出TPS763335V3.3V150mAENTPS73335V3.3V500mAENTPS768015V可调1AEN、PGNCNCHCNTL0VSSBCCLKR0BCCLKR1BFSR0BFSR1BDR0HCNTL1123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536777675747382818079788786858483929190898897969594931021011009998108107106105104103373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172144143142141140139138137136135134133132131130129128127126125124123122121120119118117116115114113112111110109NCNCVSSDVDDA10HD7A11A12A13A14A15NCHASVSSNCCVDDHCSHR/WREADYPS

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XFHOLDAIAOHOLDBIOMP/MCDVDDVSSNCNCA18A17VSSA16D5D4D3D2D1D0RSX2/CLKINX1HD3CLKOUTVSSHPIENACVDDNCTMSTCKTRSTTDITDO

EMU1/OFFEMU0TOUT0HD2NCCLKMD3CLKMD2CLKMD1VSSDVDDNCNCNCNCCVDDA9A8A7A6A5A4HD6A3A2A1A0DVDDHDS2VSSHDS1NCCVDDHD5D15D14D13HD4D12D11D10D9D8D7D6DVDDVSSNCA19BDR1BCLKX0BCLKX1VSSHINT/TOUR1CVDDBFSX0BFSX1HRDYDVDDVSSHD0BDX0BDX1IACKHBILNMIINT0INT1INT2INT3CVDDHD1VSSNCNC2、控制引脚：这类引脚提供控制信号MSTRB〔24脚〕：外部数据存储器选通信号PS〔20脚〕：外部程序存储器片选信号IS〔22脚〕：I/O设备选择信号IOSTRB〔25脚〕：I/O设备选通信号R/W〔23脚〕：读/写信号DS(21脚〕：外部数据存储器片选信号NCNCHCNTL0VSSBCCLKR0BCCLKR1BFSR0BFSR1BDR0HCNTL1123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536777675747382818079788786858483929190898897969594931021011009998108107106105104103373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172144143142141140139138137136135134133132131130129128127126125124123122121120119118117116115114113112111110109NCNCVSSDVDDA10HD7A11A12A13A14A15NCHASVSSNCCVDDHCSHR/WREADYPS

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XFHOLDAIAOHOLDBIOMP/MCDVDDVSSNCNCA18A17VSSA16D5D4D3D2D1D0RSX2/CLKINX1HD3CLKOUTVSSHPIENACVDDNCTMSTCKTRSTTDITDO

EMU1/OFFEMU0TOUT0HD2NCCLKMD3CLKMD2CLKMD1VSSDVDDNCNCNCNCCVDDA9A8A7A6A5A4HD6A3A2A1A0DVDDHDS2VSSHDS1NCCVDDHD5D15D14D13HD4D12D11D10D9D8D7D6DVDDVSSNCA19BDR1BCLKX0BCLKX1VSSHINT/TOUR1CVDDBFSX0BFSX1HRDYDVDDVSSHD0BDX0BDX1IACKHBILNMIINT0INT1INT2INT3CVDDHD1VSSNCNC2、控制引脚：这类引脚提供控制信号MSC〔26脚〕：微状态完成信号IAQ〔29脚〕：中断请求信号IACK〔61脚〕：中断响应信号MP/MC〔32脚〕：DSP工作方式选择信号READY〔19脚〕：数据准备好信号HOLD〔30脚〕：请求控制存储器接口信号HOLDA〔23脚〕：响应控制存储器响应信号〔A〕外部总线结构TMS320C54X的外部程序或数据存储器以及I/O扩展的地址和数据总线复用，完全依靠片选和读写选通，配合时序控制完成外部程序存储器、数据存储器和扩展I/O的操作。

外部接口总线是一组并行接口，它有两个互相独立的选通信号MSTRB和IOSTRB。MSTRB控制外部程序或数据存储空间的存取，IOSTRB控制I/O扩展空间的读写选通，读写信号R/W可以控制数据流的方向TMS32054X的外部准备输入信号READY和片内软件产生的等待状态，允许CPU与不同速度的存储器或者I/O进行数据交换。当外部设备需要寻址TMS320C54X的外部程序、数据和I/O存储空间时，可以利用HOLD和HOLDA信号，到达控制TMS320C54X外部资源的目的。CLKOUT读读写地址数据R/WPSDSMSTRB图、读-读-写存储器接口操作I/OreadI/OwriteI/OreadCLKOUTA(15~0)D(15~0)图、并行I/O口读-写-读操作定时操作定时图NCNCHCNTL0VSSBCCLKR0BCCLKR1BFSR0BFSR1BDR0HCNTL1123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536777675747382818079788786858483929190898897969594931021011009998108107106105104103373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172144143142141140139138137136135134133132131130129128127126125124123122121120119118117116115114113112111110109NCNCVSSDVDDA10HD7A11A12A13A14A15NCHASVSSNCCVDDHCSHR/WREADYPS

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XFHOLDAIAOHOLDBIOMP/MCDVDDVSSNCNCA18A17VSSA16D5D4D3D2D1D0RSX2/CLKINX1HD3CLKOUTVSSHPIENACVDDNCTMSTCKTRSTTDITDO

EMU1/OFFEMU0TOUT0HD2NCCLKMD3CLKMD2CLKMD1VSSDVDDNCNCNCNCCVDDA9A8A7A6A5A4HD6A3A2A1A0DVDDHDS2VSSHDS1NCCVDDHD5D15D14D13HD4D12D11D10D9D8D7D6DVDDVSSNCA19BDR1BCLKX0BCLKX1VSSHINT/TOUR1CVDDBFSX0BFSX1HRDYDVDDVSSHD0BDX0BDX1IACKHBILNMIINT0INT1INT2INT3CVDDHD1VSSNCNC3、地址引脚：20个地址引脚寻址1M字的外部程序空间、64K字外部数据空间、64K字的片外I/O空间

4、数据引脚：16个数据引脚可并行传输16位数据5、外部中断引脚，一个不可屏蔽中断，4个可屏蔽中断NMI〔63脚〕：不可屏蔽中断INT0〔64~67脚〕：可屏蔽外部中断。NCNCHCNTL0VSSBCCLKR0BCCLKR1BFSR0BFSR1BDR0HCNTL1123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536777675747382818079788786858483929190898897969594931021011009998108107106105104103373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172144143142141140139138137136135134133132131130129128127126125124123122121120119118117116115114113112111110109NCNCVSSDVDDA10HD7A11A12A13A14A15NCHASVSSNCCVDDHCSHR/WREADYPS

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XFHOLDAIAOHOLDBIOMP/MCDVDDVSSNCNCA18A17VSSA16D5D4D3D2D1D0RSX2/CLKINX1HD3CLKOUTVSSHPIENACVDDNCTMSTCKTRSTTDITDO

EMU1/OFFEMU0TOUT0HD2NCCLKMD3CLKMD2CLKMD1VSSDVDDNCNCNCNCCVDDA9A8A7A6A5A4HD6A3A2A1A0DVDDHDS2VSSHDS1NCCVDDHD5D15D14D13HD4D12D11D10D9D8D7D6DVDDVSSNCA19BDR1BCLKX0BCLKX1VSSHINT/TOUR1CVDDBFSX0BFSX1HRDYDVDDVSSHD0BDX0BDX1IACKHBILNMIINT0INT1INT2INT3CVDDHD1VSSNCNC6、多通道带缓冲区串口McBSP

BFSR0〔43脚〕：串口0的同步接收信号。BFSR1〔44脚〕：串口1的同步接收信号。BDR0〔45脚〕：串口0的串行数据接收输入BDR1〔47脚〕：串口1的串行数据接收输入BCLKX0〔48脚〕：串口0的发送时钟信号。BCLKX1〔49脚〕：串口1的发送时钟信号。BFSX0〔53脚〕：串口0的同步发射信号。BFSX1〔54脚〕：串口1的同步发射信号BDX0〔59脚〕：串口0的串行数据发射输出BDX1〔60脚〕：串口1的串行数据发射输出BCLKR0〔41脚〕：串口0的接收时钟信号BCLKR1〔42脚〕：串口1的接收时钟信号RSRRBR扩展压缩DRRDXR时钟和帧同步信号发生和控制多通道选择SPCRRCRXCRSRGRPCRMCRRCERXCERXSRDRDXCLKXCLKRFSXFSRCLKSRINTXINTREVTXEVTREVTAXEVTA中断到CPU同步事件到DMA图、McBSP内部结构16位外设总线接收移位存放器接收缓冲存放器数据接收存放器数据发送存放器发送移位存放器工作原理：发送时，先写数据于数据发送存放器DXR，再在发送时钟CLKX和帧同步发送信号FSX控制下，通过发送移位存放器XSR将数据经发送引脚DX移出发送。接收数据时，在接收时钟CLKR和帧同步发送信号FSR控制下，将通过接收引脚DR接收的数据移入接收存放器，并复制这些数据到接收缓冲存放器RBR，再复制到DRR，最后由CPU读出。NCNCHCNTL0VSSBCCLKR0BCCLKR1BFSR0BFSR1BDR0HCNTL1123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536777675747382818079788786858483929190898897969594931021011009998108107106105104103373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172144143142141140139138137136135134133132131130129128127126125124123122121120119118117116115114113112111110109NCNCVSSDVDDA10HD7A11A12A13A14A15NCHASVSSNCCVDDHCSHR/WREADYPS

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EMU1/OFFEMU0TOUT0HD2NCCLKMD3CLKMD2CLKMD1VSSDVDDNCNCNCNCCVDDA9A8A7A6A5A4HD6A3A2A1A0DVDDHDS2VSSHDS1NCCVDDHD5D15D14D13HD4D12D11D10D9D8D7D6DVDDVSSNCA19BDR1BCLKX0BCLKX1VSSHINT/TOUR1CVDDBFSX0BFSX1HRDYDVDDVSSHD0BDX0BDX1IACKHBILNMIINT0INT1INT2INT3CVDDHD1VSSNCNC7、主机通信并行接口HPI

这个接口主要用于DSP与PC或其他主CPU间的通信HD0-HD7：数据引脚8位并行I/O

HCS〔17脚〕：片选信号HCS〔13脚〕：地址选通信号HBIL〔31脚〕：字节识别信号HCNTL0、1〔39脚、46脚〕：主机控制信号HDS1、2〔127、129脚〕：数据选通信号HINT/TOUT1〔51脚〕：HPI向主机申请中断信号HRDY〔55脚〕：HPI已将数据准备完毕信号HR/W〔18脚〕：主机向HPI读写信号主机接口HPITMS320C54X片内都有一个主机接口HPI。HPI是一个8位并行口，用来与主设备或主处理器接口。外部主机是HPI的主控者，它可以通过HPI直接访问CPU的存储空间，包括存储器映射存放器。主设备TMS320C54XDataHD0~HD72AddressRead/WriteHCNTL0/1HBIL字节识别信号

HR/W

主机向HPI读写信号

HDS1

数据选通信号

HDS2HCS读和写选通或数据选通地址锁存使能HASReadyHRDY数据准备完毕信号

主机控制信号片选信号地址选通信号HPI与主机的连接框图HPI存取的接口是由一套存放器来实现的。完成对接口的设置。DSP和主机都可以访问HPIC。外部主机进一步通过主机地址存放器HPIA和主机数据存放器HPID来完成对CPU存储空间的访问。外部主机对这些存放器的访问是通过外部的控制信号实现的HPI存储器HPI控制逻辑HPIHPI地址寄存器HPI数据寄存器MUXMUXHPI控制寄存器168816DSP数据DSP地址接口控制信号主机接口框图002CH2K：1000H~17FFH存放当前寻址HPI存储单元的地址存放当前要读出或写入HPI存储空间的数NCNCHCNTL0VSSBCCLKR0BCCLKR1BFSR0BFSR1BDR0HCNTL1123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536777675747382818079788786858483929190898897969594931021011009998108107106105104103373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172144143142141140139138137136135134133132131130129128127126125124123122121120119118117116115114113112111110109NCNCVSSDVDDA10HD7A11A12A13A14A15NCHASVSSNCCVDDHCSHR/WREADYPS

DSISR/WMSTRBIOSTRBMSC

XFHOLDAIAOHOLDBIOMP/MCDVDDVSSNCNCA18A17VSSA16D5D4D3D2D1D0RSX2/CLKINX1HD3CLKOUTVSSHPIENACVDDNCTMSTCKTRSTTDITDO

EMU1/OFFEMU0TOUT0HD2NCCLKMD3CLKMD2CLKMD1VSSDVDDNCNCNCNCCVDDA9A8A7A6A5A4HD6A3A2A1A0DVDDHDS2VSSHDS1NCCVDDHD5D15D14D13HD4D12D11D10D9D8D7D6DVDDVSSNCA19BDR1BCLKX0BCLKX1VSSHINT/TOUR1CVDDBFSX0BFSX1HRDYDVDDVSSHD0BDX0BDX1IACKHBILNMIINT0INT1INT2INT3CVDDHD1VSSNCNC通用I/O：C54只有2个软件控制通用I/O引脚：BIO、XFBIO分支转移控制输入端口〔31脚〕：主要用于监控外围设备的运行状态XF外部标志输出端口〔27脚〕：主要用于程序向外设传输标志信息high: XC 2,BIO ;检测高电平 B highPORTR #0,@S ;从端口0把数据读到数据存储器单元

。。。。。。PORTW #1,@X

B high接BIO