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1、第一章 概述1第 1 章 概 述1.1 凌阳十六位单片机简介随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的机制，扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（DSP，Digital SignalProcessing）等领域。凌阳的 16 位单片机就是为适应这种发展而设计的。它的 CPU 内核采用凌阳最新推出的 nSP（Microcontroller and Signal Processor）16 位微处理器芯片（以下简称 nSP）。围绕 nSP所形成的 16 位 nSP系列单片机（以下简称 nSP家族）采用的是模块式集成结构，它以 nSP内核为中心集成不同规模的 ROM、RAM 和功能丰富
2、的各种外设接口部件，如图所示。 nSP内核是一个通用的核结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构，亦即这种结构可大可小或可有可无。借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成，便可形成各种不同系列派生产品，以适合不同的应用场合。这样做无疑会使每一种派生产品具有更强的功能和更低的成本。nSP家族有以下特点:吉林工程技术师范学院学士学位毕业论文21 体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展nSP家族把各功能部件模块化地集成在一个芯片里，内部采用总线结构，因而减少了各功能部件之间的连线，提高了其可靠性和抗干扰能力。另外，模块化的结构易于系统扩展，以适应不同用户的需求。2 具有较强的中断处理能力nSP家族的
3、中断系统支持 10 个中断向量及 10 余个中断源，适合实时应用领域。3 高性能价格比nSP家族片内带有高寻址能力的 ROM、静态 RAM 和多功能的 I/O 口。另外，nSP的指令系统提供具有较高运算速度的 16 位16 位的乘法运算指令和内积运算指令，为其应用增添了 DSP 功能，使得 nSP家族运用在复杂的数字信号处理方面既很便利，又比专用的 DSP 芯片廉价。4 功能强、效率高的指令系统nSP指令系统的指令格式紧凑，执行迅速,并且其指令结构提供了对高级语言的支持,这可以大大缩短产品的开发时间。5 低功耗、低电压nSP家族采用 CMOS 制造工艺，同时增加了软件激发的弱振方式、空闲方式和
4、掉电方式，极大地降低了其功耗。另外，nSP家族的工作电压范围大，能在低电压供电时正常工作，且能用电池供电。这对于其在野外作业等领域中的应用具有特殊的意义。1.2 总述SPCE061A 是继 nSP系列产品 SPCE500A 等之后凌阳科技推出的又一款 16 位结构的微控制器。与 SPCE500A 不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A 里只内嵌 32K 字的闪存（FLASH）。较高的处理速度使 nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与 SPCE500A 相比，以 nSP为核心的 SPCE061A微控制器是适用于数字语音识别应
5、用领域产品的一种最经济的选择。 1.2.1 性能 16 位 nSP微处理器；工作电压(CPU) VDD 为 2.43.6V (I/O) VDDH 为 2.45.5V第一章 概述3CPU 时钟：0.32MHz49.152MHz ；内置 2K 字 SRAM；内置 32K FLASH；可编程音频处理；晶体振荡器;系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电仅为 2A3.6V；2 个 16 位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；2 个 10 位 DAC(数-模转换)输出通道；32 位通用可编程输入/输出端口；14 个中断源可来自定时器 A / B，时基，2 个外部时钟源输入，键唤醒；具备触键
6、唤醒的功能；使用凌阳音频编码 SACM_S240 方式(2.4K 位/秒)，能容纳 210 秒的语音数据；锁相环 PLL 振荡器提供系统时钟信号；32768Hz 实时时钟；7 通道 10 位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器；声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能；具备串行设备接口；具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；内置在线仿真电路 ICE（In- Circuit Emulator）接口；具有保密能力；具有 WatchDog 功能。1.2.2 结构概览SPCE061A 的结构如图 1.2 所示：吉林工程技术师范学院学士学位毕业
7、论文41.2.3 芯片的引脚排列和说明SPCE061A 有两种封装片，一种为 84 个引脚，PLCC84 封装形式；它的排列如图 1.4 所示；另一种为 80 个引脚，LQFP80 封装。他 3 的排列如图所示。第一章 概述5吉林工程技术师范学院学士学位毕业论文6在 PLCC84 封装中，有 15 个空余脚，用户使用时这 15 个空余脚悬浮。在LQFP80 封装中有 9 个空余脚，用户使用时这 9 个空余脚接地。此处以第一章 概述7LQFP80 封装管脚功能介绍。吉林工程技术师范学院学士学位毕业论文8【1】可将 PFUSE 接 5V, PVIN 接 GND 并维持 1s 以上即可将内部保险丝熔
8、化，此后就无法读取和向闪存加载数据。1.2.4 特性SPCE061A 系统的特性参数如表 1.2 所示。第一章 概述9吉林工程技术师范学院学士学位毕业论文101.2.5 SPCE061A 最小系统最小系统接线如图 1.6 所示，在 OSC0、OSC1 端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控振荡器的阻容输入 VCP 端接上相应的电容电阻后即可工作。其它不用的电源端和地端接上 0.1F 的去藕电容提高抗干扰能力。第一章 概述111.2.6 SPCE061A 开发方法SPCE061A 的开发是通过在线调试器 PROBE 实现的。它既是一个编程器（即程序烧写器），又是一个实时在线调试器。用它可以替代在单片
9、机应用项目的开发过程中常用的软件工具硬件在线实时仿真器和程序烧写器。它利用了 SPCE061A 片内置的在线仿真电路 ICE（In- Circuit Emulator）接口和凌阳公司的在线串行编程技术。PROBE 工作于凌阳 IDE 集成开发环境软件包下，其 5 芯的仿真头直接连接到目标电路板上 SPCE061A 相应管脚，直接在目标电路板上的 CPU-SPCE061A 调试、运行用户编制的程序。PROBE 的另一头是标准 25 针打印机接口，直接连接到计算机打印口与上位机通讯，在计算机 IDE 集成开发环境软件包下，完成在线调试功能。图 1.7 是计算机、PROBE、用户目标板三者之间的连接
10、示意图，图 1.8 是实物连接图。吉林工程技术师范学院学士学位毕业论文12第二章 SPCE061A 的硬件结构13第二章.SPCE061A 的硬件结构SPCE061A 芯片内部集成了 ICE (在线实时仿真/除错器)、FLASH (闪存)、SRAM (静态内存)、通用 I/O 端口、定时器/计数器、中断控制、CPU 时钟锁相环(PLL)、ADC (模拟数字转换器)、DAC (数字模拟转换器)输出、UART (通用异步串行输入输出接口)、SIO (串行输入输出接口)、低电压监测/低电压复位等模块。在本章中我们将详细介绍各个模块的结构及应用。nSP的核心由总线、ALU 算术逻辑运算单元、寄存器组、
11、中断系统及堆栈等部分组成。其结构如图 2.1 所示。2.1 ALU 算术逻辑运算单元nSP的 ALU 非常有特色，除了一般基本的 16 位算术逻辑运算，还提吉林工程技术师范学院学士学位毕业论文14供了结合算术逻辑的 16 位移位运算。在数字信号处理方面，提供了高速的16 位16 位乘法运算和内积(乘加)运算。2.1.1 16 位算术逻辑运算nSP与大多数 CPU 一样，提供了基本的算术运算与逻辑操作指令，加法、减法、比较、补码、异或、或、与、测试、写入、读出等 16 位算术逻辑运算及数据传送操作。2.1.2 结合算术逻辑的 16 位移位运算nSP的移位运算包括：算术右移 ASR、逻辑左移 LS
12、L、逻辑右移LSR、旋转左移 ROL 及旋转右移 ROR。nSP的移位器 shifter 就串接在 ALU 的前面，也就是说，操作数在经过移位处理后，马上会进入 ALU 进行算数逻辑运算。所以，nSP的移位指令都是复合式指令，一个指令会同时完成移位和算术逻辑运算。程序设计者可利用这些复合式的指令，撰写更精简的程序代码，进而增加程序代码密集度(Code Density)。在微控制器应用中，如何增加程序代码密集度是非常重要的问题；提高程序代码密集度可以减少程序代码的大小，进而减少ROM 或 FLASH 的需求，以降低系统成本与增加执行效能。2.1.3 16 位 16 位的乘法运算和内积(乘加)运算
13、除了普通的 16 位算数逻辑运算指令外，nSP还提供了高速的 16 位 16 位乘法运算指令 MUL， 和 16 位内积运算指令 MULS 。二者都可以用于有符号数相乘(signed signed) 或无符号数与有符号数相乘(unsigned signed)的运算。在 nSPISA1.1 指令集下，MUL 指令只需花费 12 个时钟周期，MULS 指令花费 10n+6 个时钟周期，其中 n 为乘加的项数。例如：“MR=R2*R1 ，4”表示求 4 项乘积的和，MULS 指令只需花费 46（104+6=46）个时钟周期。这两条指令大大的提升了 nSP的数字信号处理能力。2.2 寄存器组nSP C
14、PU 的寄存器组一共有 8 个 16 位寄存器，可分为通用寄存器和专用寄存器两大类别。通用寄存器包括：R1R4，作为算术逻辑运算的来源及目标寄存器。专用寄存器包括 SP、BP、SR、PC，是与 CPU 特定用途相关的寄存器。第二章 SPCE061A 的硬件结构152.2.1 通用寄存器 R1R4 (General-purpose registers)可用于数据运算或传送的来源及目标寄存器。寄存器 R4、R3 配对使用，还可组成一个 32 位的乘法结果寄存器 MR；其中 R4 为 MR 的高字符组，R3 为 MR 的低字符组，用于存放乘法运算或内积运算结果。2.2.2 堆栈指针寄存器 SP (S
15、tack Pointer)SP 是用来纪录堆栈地址的寄存器，SP 会指向堆栈的顶端。堆栈是一个先进后出的内存结构，nSP的堆栈结构是由高地址往低地址的方向来储存的。CPU 执行 push、子程序调用 call、以及进入中断服务子程序(ISR，Interrupt Service Routine) 时，会在堆栈里储存寄存器内容，这时SP 会递减以反映堆栈用量的增加。当 CPU 执行 pop 时、子程序返回 ret、以及从 ISR 返回 reti 时，SP 会递增以反映堆栈用量的减少。nSP堆栈的大小限制在 2K 字的 SRAM 内，即地址为 0x0x0007FF 的内存范围中。2.2.3 基址指针寄存器 BP (Base Pointer)nSP提供了一种方便的寻址方式，即基址寻址方式BP+IM6；程序设计者可通过 BP 来存取 ROM 与 RAM 中的数据，包括：局部变量（Local Variable）、函数参数（FunctionParameter）、返回地址（Return Address）等等。BP 除了上述用途外，也可做为通用寄存器 R5，用于数据运算传送的来源及目标寄存器。因此，在本书或程序中，BP 与 R5 是共享的，均代表基址指针寄存器。2.2.4 程序计数器 PC (Program Counter)它的作用与一般微控制器中的 PC 相同，是用来纪录
