《汽车单片机及车载总线技术》-2

第一节78KO微控制器的内部组成及信号引脚一、78K0微控制器的基本组成78KO微控制器的各部分情况介绍如下:(一)中央处理器中央处理器是微控制器的核心部分，也有人直接将其称作MCU，在有些公司提供的器件使用手册上还有µP的写法，都是同一个意思。算术逻辑部件(ALUM,累加器(AGG),寄存器(B)、暂存器(TMPl、TMP2)、程序状态寄存器(PSW)等统称为运算部件，而指令寄存器(IRS、指令译码器(ID)、数据指针寄存器(DPTR)、程序指针寄存器(PC),堆栈指针(SP)等称为控制部件。CPU就是运算部件和控制部件的结合。返回下一页第一节78KO微控制器的内部组成及信号引脚一方面算术逻辑部件对来自挂在内部总线上的累加器A、寄存器B或暂存器中的信息进行运算，把得出的结果通过内部总线送回累加器A，并作为下一次运算的操作码中的一个;另一方面，控制部件保证每次都把所需单元的内容送入暂存器和累加器A，供算术逻辑部件运算，并根据每次运算的结果给出相应的控制信号，保证了CPU正确有序地执行指令。下一页返回上一页第一节78KO微控制器的内部组成及信号引脚

(二)内部数据存储器(内部RAM)78KO的CPU能处理8位、16位数据，78K0芯片中共有4096个RAM单元，但其中后1024个单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前3072个单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前3072个单元，简称内部RAM上一页下一页返回第一节78KO微控制器的内部组成及信号引脚

(三)内部程序存储器(内部ROM)根据片内ROM大小以及管脚数量，78KO微控制器有40多个品种，命名规则以78K0/FF`2为例，它的编码为78F0893，其中在命名中78KO代表芯片所使用的内核，F代表内置CAN模块的产品，另外也有标准的K系列和专门用于汽车仪表的D系列等，第二个英文字母代表管脚数量，B为30,C为44或48,D为52,E为64,F为80。对于编码规则，78代表内核，F代表内置Flash,08代表F系列，93代表F系列的产品编号。上一页下一页返回第一节78KO微控制器的内部组成及信号引脚

(四)定时器/计数器78KO有四个16位定时/计数器(TM00一TMOS)以及四个8位定时/计数器(THO,TH1,T50,T51)，在定时器功能中，每个机器周期定时器加1，可以认为它是机器周期计数器，它的振荡周期可通过寄存器设置来调整。(五)并行I/O口78KO共有十二个8位的I/O口(PO一P9,P12,P13)，以实现数据的并行输入、输出。(六)串行口78KO微控制器有四个全双工的串行口，以实现微控制器和其他设备之间的串行数据传送，其中两个作为全双工异步通信收发器使用，另外两个作为同步移位器使用。上一页下一页返回第一节78KO微控制器的内部组成及信号引脚

(七)中断控制系统78KO微控制器的中断功能较强，以满足控制应用的需要。78KO共有30个中断源，即外部中断5个，定时/计数中断11个，串行中断8个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别。(八)时钟电路78KO芯片的内部有8MHz时钟电路。时钟电路可为微控制器产生时钟脉冲序列，也可以外接晶振。系统允许的最高晶振频率为20MHz,78K0内含一个240kHz的振荡回路用于给看门狗等低速模块提供时钟，并可外接32.768kHz的时钟晶振。从上述内容可以看出，78KO虽然是一个微控制器芯片，但作为计算机应该具有的基本部件它都包括，因此实际上它是一个简单的微型计算机系统。上一页下一页返回第一节78KO微控制器的内部组成及信号引脚二、78K0的信号引脚78KO微处理器采用80引脚的方形扁平式封装技术(QFP)方式，如图2一2所示。在80条引脚中，有1条专用于主电源的引脚、2条外接晶振引脚和66条I/O引脚，下面分别叙述各引脚的功能。主电源引脚Vss和Vcc,Vss接地，Vcc正常操作时接+5V电源;外接晶振引脚X1和X2，当外接晶体振荡器时，X1和X2分别接在外接晶体两端，当采用外部时钟方式时，X1接地，X2接外来振荡信号。上一页返回第二节78KO微控制器的中央处理器CPU一、运算器运算器包括算术逻辑部件ALU、位处理器、累加器A、寄存器B、暂存器以及程序状态寄存器PSW等。该模块的功能是实现数据的算术、逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。ALU的功能十分强大，它不仅可对8位变量进行逻辑“与”“或”“异或”、循环、求补和清零等基本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本运算。ALU还具有一般的微机ALU所不具备的功能，即位处理操作，它可以对位(bit)变量进行位处理，如置位、清零、求补、测试转移及逻辑“与”“或”等操作。由此可见，ALU在算术运算及控制处理方面的能力是很强的。累加器A是一个8位的累加器，从功能上看，它与一般微机的累加器相比没什么特别之处，但需要说明的是A的进位标志CY是特殊的，因为它同时又是位处理器的一位累加器。寄存器B是为执行乘法和除法操作设置的，在不执行乘、除法操作的情况下可把它当作一个普通寄存器使用。下一页返回第二节78KO微控制器的中央处理器CPU

1.中断使能标志(IE)中断使能标志控制CPU的中断请求识别操作。当该标志为0时，IE标志被设为中断禁止(DI)状态，并禁止所有的可屏蔽中断请求。其他中断请求被禁止。当该标志为1时，IE标志被设为中断使能(EI)状态，中断请求应答由服务中优先级标志(ISP)、多个中断源的中断屏蔽标志和优先级指示标志控制。执行DI指令或中断被响应时，IE标志复位(为0);执行EI指令时，IE被置位(为1)。上一页下一页返回第二节78KO微控制器的中央处理器CPU

2.零标志(z)操作结果为零时，零标志被置位(为1)，所有其他情况下该标志复位(o)3.寄存器组选择标志(RBSO和Rssi)寄存器组选择标志为2位标志，用以选择4组寄存器中的一组。表示寄存器组由SELRBn指令执行选中的2位信息存储于这些标志中。4.辅助进位标志(AC)如果运算结果产生自位3进位或在位3借位，此标志被置位(1)，所有其他情况下该标志复位(0)。上一页下一页返回第二节78KO微控制器的中央处理器CPU

5.服务中优先级标志(ISP)服务中优先级标志管理可响应可屏蔽向量中断的优先级。当该标志为0时，由优先级指定标志寄存器(PROL,PROH,PR1L,PR1H)指定的低电平向量中断请求不能得到应答。实际的请求响应由中断使能标志(IE)控制。6.进位标志(CY)进位标志在执行加/减指令时存储上溢或下溢;执行循环指令时，该标志存储移出值;执行位操作指令期间，该标志用作位累加器。上一页下一页返回第二节78KO微控制器的中央处理器CPU二、控制器

CPU功能的强弱可以用以下几个指标来衡量:1)内部总线宽度，也称字长、位数。位数越大，运算精度越高、运算速度越快。78KO系列是8位机。2)指令数。指令越多编程越灵活。78K0系列有227条指令。3)执行每条指令所需时间或每秒钟平均执行指令条数，常用的MIPS表示每秒钟执行指令的百万条数。4)寻址方式越多，对某一空间的寻址越灵活。78K0有7种寻址方式。上一页返回第三节78KO的内部存储器分类一、内部程序存储器的结构内部编程存储器空间存储程序和表数据通常情况下由程序计数器(PC)寻址。内部编程存储器空间划分为以下区域。(一)向量码区域64字节区域0000H-003FH保留为向量码区域。基于复位信号输入或各中断请求产生的分支程序起始地址存储在向量码区域常见向量码，如表2一3所示。下一页返回第三节78KO的内部存储器分类

(二)caLLT指令表区域64字节区域0040H一007FH可存储一个1字节调用指令(CALLT)的子程序表地址。CALLT的含义为CallTable，即用户可以将一些函数注册在这一特定的区域，每个函数对应一个序号，当用户调用CALLT命令时，程序便会运行相应的函数。由于CALLT函数很短仅为1个字节，所以运行效率非常高。例如，用户将“voidfunc()”作为CALLT函数注册，编译器会分配一个函数标号(也可以指定一个函数标号)用来代表这个函数。同时编译器会把func的函数地址记录在CALLT区域，当用户调用CALLT1的命令时，程序会跳到序号为1的地址区域，然后读取函数地址，跳到函数中运行。CALLT函数不可以带参数和返回值。上一页下一页返回第三节78KO的内部存储器分类

(三)选项字节区域选项字节区域被分配在0080H的1字节区域，相当于一个寄存器用来存储看门狗，即低电压保护的设置，由于这些设置保存在ROM区，程序跑飞也不会修改这些设置，从而保护了程序的安全性。(四)CALLF指令表区域CALLF指令表区域0800H一OFFFH可用一个2字节调用指令(CALLF)直接执行子程序调用。和CALLT相似，CALLF的含义为CallFunction，它将函数以短地址的方式存人这个区域，当用户调用CALLF时，程序便会运行相应的函数。由于CALLF使用的是短地址，所以运行效率高于普通的CALL函数，但低于CALLT函数。同样的，CALLF函数不能带参数和返回值。上一页下一页返回第三节78KO的内部存储器分类二、堆栈及堆栈指示器微处理器在转去执行子程序或中断服务程序以后，很可能要使用微处理器中的某些寄存单元，这样就会破坏这些寄存单元中的原有内容。为了既能在子程序或中断服务程序中使用这些寄存单元，又能保证在返回主程序之后恢复这些寄存单元的原有内容，则在转中断服务程序之前要把微处理器中各有关寄存单元的内容保存起来，这就是“现场保护”。因而，我们说堆栈是为子程序调用和中断操作而设立的，其具体功能有两个:保护断点和保护现场。为了使微处理器能进行多级中断嵌套及多重子程序嵌套，还要求堆栈具有足够的容量(或者说足够的堆栈深度)。上一页下一页返回第三节78KO的内部存储器分类三、数据存储器数据存储器分为内部高速RAM和内部扩展RAM。其中内部高速RAM中的32字节区域FEEOH一FEFFH指定为4个通用寄存器组，每组包括8个8位寄存器，该区域不能用作写入并执行指令的程序空间。同时内部高速RAM也可用作堆栈存储器。内部扩展RAM也叫做低速RAM区，因为它的访问速度和ROM相同，并且PC指针是可以访问这个区域的，这也就意味着可以将程序放入这个区域运行，一般在设计Bootloader功能时会用到这个特性。上一页返回第四节I/O端口及时钟电路与时序一、78K0的I/O端口I/O输入/输出口也称为端口，这些口在结构和特性上是基本相同的，但又各具特点。在微控制器中端口是一个集数据输入缓冲、数据输出驱动及锁存等多项功能为一体的电路。产生复位信号后除端口13为只输出端口外，将其余端口自动设为输入模式。端口配置如表2一4所示。端口0是带有输出锁存器的4位I/O端口。端口0可用端口模式寄存器0(PMO)设置为以1位为单元的输入或输出模式。当P00,PO1,POS和P06引脚用作输入端口时，片上上拉电阻可用上拉电阻选项寄存器0(PUO)按1位为单元指定。该端口还可用于定时器I/O和串行接口芯片选择输入。下一页返回第四节I/O端口及时钟电路与时序端口1是带有输出锁存器的8位I/O端口。端口1可用端口模式寄存器1(PM1)设置为以1位为单元的输入或输出模式。当P10和P17引脚用作输入端口时，片上上拉电阻可用上拉电阻选项寄存器1(PU1)按1位为单元指定。该端口还可以用于外部中断请求输入、串行接口数据I/O、时钟I/O以及定时器I/O0端口3是带有输出锁存器的4位I/O端口。端口3可用端口模式寄存器3(PM3)设置为以1位为单元的输入或输出模式。当该端口用作输入端口时，片上上拉电阻可用上拉电阻选项寄存器3(PU3)按1位为单元指定。该端口还可以用作外部中断请求输入的引脚和定时器I/O0端口4是带有输出锁存器的8位I/O端口。端口4可用端口模式寄存器4(PM4)设置为以1位为单元的输入或输出模式。片上上拉电阻的使用可通过上拉电阻选项寄存器4PU4)以1位为单元指定。上一页下一页返回第四节I/O端口及时钟电路与时序二、时钟电路78KO微控制器的时钟信号分为主系统时钟、子系统时钟以及内部低速振荡时钟三种。主系统时钟，通常作为系统时钟，它又分成外部时钟与内部时钟。外部时钟需要通过设计外部时钟电路来获得，最高不能超过20MHz，最低不能低过4MHz;内部时钟为8MHz的高速振荡时钟，一般在不要求高精度的项目中，用户通常会使用这个时钟，因为可以省去外部时钟电路而降低产品成本，但是这个时钟由于是类似电阻和电容组成的振荡器，所以会受到温度的影响，一般会有15%的误差。上一页下一页返回第四节I/O端口及时钟电路与时序子系统时钟也叫做钟表时钟，它的主要功能是提供给钟表定时器一个频率用来获得is的单位时间计时，它的频率为32.786kHz，并且它也可以作为CPU时钟，用来在长时间扫描端口工作时降低系统功耗。内部低速振荡时钟主要作为看门狗的时钟，由于其是内部集成的低速振荡器，所以提高了看门狗的安全性(晶振失效会让看门狗失去作用，有些破解芯片手段便是采用切断时钟的方法来瘫痪看门狗)。时钟发生器的功能如图2一5所示。上一页返回第五节78KO微控制器工作方式复位方式以下四种操作可用来产生复位信号:1)通过RESET引脚输入外部复位;2)通过看门狗定时器程序循环检测进行内部复位;3}通过比较供应电压与上电清除(POG)电路的检测电压进行内部复位;4)通过比较供应电压与低供电电源检测器(LVI)的检测电压进行内部复位。下一页返回第五节78KO微控制器工作方式二、程序执行方式微控制器上电复位或按键复位后，微控制器便可进入连续执行程序的状态。由于复位时已把PC值清零，所以程序将从OOOOH单元开始执行。如果用户需要从别的起始地址开始执行程序，那么必须先把该起始地址输入微控制器，然后才能从该起始地址开始执行。微控制器从执行程序开始除非遇到设定断点或软件出现故障，否则中途不会停止，一直至程序执行完为止。上一页下一页返回第五节78KO微控制器工作方式微控制器是根据指令一步一步地往下运行的，由于微控制器运行速度很快，所以人们无法判断微控制器正在执行哪一条指令、是在哪条指令中出错。微控制器仅有连续执行功能是不能满足用户要求的，不便于对编制的程序进行调试。微控制器应该能按人的意愿，想让它在执行完哪条指令后停下来就可以停下来，想让它执行一条指令就执行一条指令，这样就可以随时检查CPU的有关状态，找出差错原因，方便程序调试。在用户程序中设置断点，就可以满足人们的前一要求，单步功能可以满足人们的后一要求。78KO微控制器没有专门的单步控制引脚，它是利用78KO微控制器中断系统中下列两个特性而实现单步功能的。上一页下一页返回第五节78KO微控制器工作方式三、低功耗方式78KO有HALT和STOP两种低功耗模式。1.HALT模式执行HALT指令设置HALT模式。在HALT模式中，CPU操作时钟停止工作。如果在设置HALT模式之前，高速系统时钟振荡器、内部高速振荡器、内部低速振荡器或副系统时钟振荡器均处于工作状态，则各个时钟持续振荡。在该模式中，操作电流没有减少到STOP模式中的值，而HALT模式对中断请求生成时立即重新开始的操作和实现间歇操作有效。上一页下一页返回第五节78KO微控制器工作方式

2.STOP模式执行STOP指令设置STOP模式。在STOP模式中，高速系统时钟振荡器和内部高速振荡器停止工作，即停止了整个系统，从而相当大的减少了CPU的工作电流。由于该模式可由中断请求清除，因此，它允许待执行间歇操作。但是，由于在STOP模式解除后确保振荡稳定时间的安全需要等待时间，所以若需在中断请求生成时立即开始处理则要选择HALT模式。两种低功耗模式分别使用HALT和STOP指令完成，在进入低功耗模式之前需要把所有的模块关闭，以降低功耗并避免由于时钟消失而导致模块工作异常，并且将所有的端口置为输入模式。上一页下一页返回第五节78KO微控制器工作方式四、掉电保护方式微控制器系统在运行过程中，如发生掉电故障，将会丢失RAM和寄存器中的程序和数据，其后果有时会很严重。为此，78KO微控制器设置有掉电保护措施，进行掉电保护处理。其具体做法是先把有用信息转存，然后再启用备用电源维持供电。1)供电电压(VDD)或来自外部输入引脚(EXLVI)的输入电压可以由软件选择。2)可由软件选择复位或中断功能。3)可以由软件更改供电电压的检测等级(16级)。上一页返回第六节78KO微控制器的Flash存储器使用一、存储器的分类程序存储器一般采用只读存储器，因为这种存储器在电源关断后仍能保存程序，在系统上电后，CPU可取出这些指令予以重新执行。ROM器件不同，编程方法也不同，掩膜R