8096单片机简介剖析.

定时器1：是一个16位的计数器，其时钟信号来自内部时钟发生电路，每8个 状态周期计数器加1。当计满时，能触发一个中断，对I/O状态寄存器（IOSl） 的位5置位。作为系统实时时钟的定时器1，它一直在循环计数，任何时候都 可以读它，只有用系统复位操作才能使它停止计数。 定时器2：定时器2也是一个16位的计数器，其时钟来自引脚HSIl/T2CLK，实 际上是个外部事件计数器。每当引脚上有正和负跳变时，计数器加1。当计 满时，也触发一个中断，并对IOS1.4置位。定时器2可以有多种清零方式。
16位程序状态字PSW的各位的定义如下： Z：零标志，操作结果为零时置位。 N：符号标志，操作结果为负值时置位，与溢出无关。 V：溢出标志，当产生溢出时置位。 VT：溢出陷阱标志，当 V标志置位时， VT也置位。但 VT置 1后只能由 专门的指令使其清0。 C：进位标志，操作结果最高位产生进位时置位。减法操作产生借位时 C置位。 I：总的中断允许位。 ST：黏附位，在右移操作时，一个1进入C，然后又移出时置位。ST与 C一起使用，可以在右移操作后控制四舍五入。 INT-MASK：中断屏蔽寄存器，控制每一种中断源是被允许还是禁止。
8.1
概述
MCS-96系列单片机与 MCS-51系列单片机相比较， 软、 硬件资源远比较丰富，CPU采用寄存器——寄存器结构，提高 了操作速度和数据吞吐能力；具有更快的运算速度，更多的外 围子系统，更高效的指令系统，在89C196KC以后的芯片中， 增加了一个外设事务服务器 PTS，专门用于处理外设中断事务， 大大减少了CPU的软件开销。 MCS-96系列单片机的主要特点包括以下几个方面： （1）16位 CPU，具有高速处理能力，没有累加器，采用寄存 器——寄存器结构，具有232字节的寄存器阵列； （2）具有高效的指令系统，大大提高了编程效率； （3） 4/8通道的10位A/D转换器；
HSI.0～HSI.3都是多功能引脚，要把它们用做高速输入功能 时，需要用IOC0进行控制，下图是IOC0对HSI引脚功能的控制。
3．高速输出部件HSO 高速输出部件用来在预定的时间内触发外部事件并申请中 断。由HSO命令寄存器、HSO时间寄存器、HSO保持寄存器、 按内容访问的存储器（CAM）阵列、比较器、多路开关、控制 逻辑、输出部件和两个定时器组成，如下页图所示。
（3）CPU寄存器阵列 寄存 器 阵 列 实 际上是片内的 RAM ，它包含 232 字节 的 RAM单元，这些单元可以按字节、字或双字进行访问，每个 单元都可以为RALU所用。 （4）时钟信号 MCS-96 具有内部振荡器电路和 3 相时钟发生器，如图所 示，一般在XTALl和XTAL2端外接一个6～12MHz的晶体。振 荡器的频率信号被3分频后产生3个内部定时信号，称为A，B， C 相，每一相的占空比为 33% ，每 3 个满周期为 1 个状态周期。 XTALl与A，B，C相定时信号的关系如图所示。
8.2.2 存储器与I/O端口
1．存储器 MCS-96 具 有一个逻辑上完 全统一的存储器 空间，寻址范围
0000H ～ 00FFH 为 内 部 RAM （ 寄 存 器 阵 列 和 专 用 寄 存 器），1FFEH和1FFFH分别留给P3和P4口，9个中断向量放在 2000H～2011H 中，2012H～207FH存放厂家的测试编码。所 以 系 统 复位 时 ， PC 指 向 2080H 。 片 内 的 程 序 存储 器 配 置在 2000H～3FFFH上。如果用户系统需要配置RAM，建议将其配 置在 0100H～1FFFH上，使这8KB的RAM 与片内的RAM连在 一起，便于使用。内部RAM的分配如下页图所示。 00H～17H为专用寄存器，26个专用寄存器名及其功能列 于下页表中。其中，18H～19H用 RALU与内、外存储 器的通信是由存储器控制管理的，其间有A-BUS和一些控制信 号相连。因为A-BUS是8位的，为加快取指速度，控制器内有一 个辅助程序计数器，存储器控制器中有一个3字节的指令队列， 均用以加快指令的执行。
8.2.4
高速I/O部件和定时器/计数器
高速 I/O 部件是由高速输入单元（ HSI ）、高速输出单元 （HSO），一个定时器（定时器1），一个事件计数器（定时器 2）组成。“高速”的含义是这个部件的工作只与内部的定时器 有关（由定时器同步），而不用CPU的干预。 HSI 用来记录事件发生的时间， HSO 能按程序设定的时间触发 一个事件。定时器也能单独地工作。 1．定时器 定时器的工作一般要和HSI，HSO部件配合协调工作。
（2）RALU 8096 的大多数 运算是靠 RALU 完成 的 。它由 一个 17 位 的 ALU （其中， 1 位为符号位）、程序计数器 PC 、程序状态字寄 存器PSW、循环计数器和3个暂存寄存器组成的，其
RALU 中，所有的寄存器都是 16 位或 17 位的。 高位字寄存器和低位字寄存器都有自己专用的移位逻 辑，可进行数据规格化、乘除法等运算中的逻辑移位 操作。延时环节用于把 16 位总线 D-BUS 上的地址 / 数 据高位保留了用户程序所需的信息状态字。 PSW 的 格式如下表所示。
（a）MCS-96单片机DIP封装形式
（b）MCS-96ຫໍສະໝຸດ 片机PLCC封装形式2．引脚功能
68引脚的MCS-96的各引脚功能分别说明如下：
VCC：主电源电压（+5V）。 VSS：数字地。 VPD：RAM备用电源引脚（+5V）。 VREF：A/D转换器的基准电源，也是其模拟部分的电源（+5V）。 ANGND：A/D转换器的参考模拟地，通常与Vss端同电平。 VBB：由片内的反偏置发生器发出的衬底电压。 XTAL1：振荡器中反相器的输入和内部时钟发生器的输入。 XTAL2：振荡器中反相器的输出。 CLKOUT：内部时钟发生器的输出端，其频率为1/3振荡频率。 RESET ：复位输入端，在此引脚保待2个状态周期以上的低电平信号，将 使芯片复位。 TEST ：输入为低时，可选通工厂测试方式。正常工作时，应把此脚接到 Vcc。
这些事件包括：启动A/D转换、复位定时器2、设置4个软件定时 器标准、接通6根输出线。当这些事件中任一种被触发时，就能 产生中断请求。其中的内容为可寻址的存储器阵列CAM，它由8 个23位长度的寄存器阵列组成，其中，16位存放触发某一事件 的预定时间，7位存放命令。 HSO命令寄存器如右图所，位0～3（00～0FH通道）表示 这一帧命令是对哪一种事件发出的。
3．MCS-96系列结钩特点 MCS-96系列16位单片机内部结构如下图所示。 8096 CPU是由列通过一个控制器和2条总线（ 8位的A-BUS 和16位的D-BUS ）与RALU相连。 D-BUS只用于RALU与寄 存器之间传送数据，而 A-BUS用做上述传送过程中的地址总 线。当CPU访问片内、外存储器时， A-BUS可作为多路转换 的地址/数据总线。
2．中断控制
MCS-96 有 2 个寄存器与中断控制密切相关，它们分别为 中断悬挂寄存器和中断屏蔽寄存器，两者的定义是类似的，相 应的位对应于同一种中断源，如下图所示。
09H为中断悬挂寄存器（INT-PENDING），当 CPU 检测到上述 8 种中断源有由低当某位置 1 时，相 应的中断被允许，否则被禁止。对8种中断源总的控 制要用EI和DI指令。8个中断源是有优先权的，当有 多种中断同时挂起时， CPU 先响应优先权最高的一 种中断。
（4）脉宽调制PWM输出装置； （5）全双工的串行口，并有专门的波特率发生器； （6）高速的I/O系统； （7）5个8位的I/O端口； （8）可编程的8个优先级中断源；
（9）16位监视定时器；
（10）可动态配置的总线； （11）ROM/EPROM的内容可加密； （12）2个16位的定时器/计数器，4个16位的软件定时器。 应用范围： 应用于自动控制系统、测试系统、智能仪器、外设
8.2.5 脉冲宽度调制PWM
大多 数 控 制 系 统都需 要用 A/D 和 D/A 两种转换器， 但要在同一芯片上同时完 成 A/D 和 D/A 转换是很困难 的。 MCS-96 用脉冲宽度调 制 PWM 的方法来实现 D/A 转换的功能。其原理如右 图所示。其中主要部件有 脉宽控制寄存器、比较器 和计数器。
NMI：非屏蔽中断信号输入。 INST：当对外部存储，PWM功能线复用。P2.6和P2.7为准双向口线，当对 片内EPROM编程时，另有定义。
RD WR
BHE
P3.0 ～ P3.7 ， P4.0 ～ P4.7 ：均为具有漏极开路输出的 8 位双向 I/O 口。 这些引脚可用做多路转换的地址 /数据总线，它们具有内部上拉功能。当 对片内EPROM编程时，另有定义。
4．软件定时器
HSO 通过编程可设定 4 个 16 位的软件定时器（ ST0 ～ ST3 ）， 当4个定时器中有一个时间到，就自动在IOS1中设置一个标志。 如果对命令寄存器的位4置位，就能产生一个软件定时器中断。 中断服务程序通过检测 IOC1 能获知是哪一个定时器时间到了，
多个软件定时器同时发生中断将产生多重中断。
主要内容： 在MCS-51单片机基础上以8096为例简单介绍了16位 单片机MCS-96的基本组成、结构、指令系统，目的在于 抛砖引玉，为读者今后学习和应用16位单片机奠定基础。 重点是16位单片机的特色（：高速输入与高速输出、脉冲 宽度调制PWM输出、模拟输入等）。难点是16位单片机与 8位单片机的比较，在掌握8位单片机基础上较快地掌握16 位单片机的应用。
2．高速输入单元HIS 高速输入单元 HSI 是用来记录外部事件发 生时刻及转入相应的处 理程序的，其结构如右 图所示。它包括 HSI 方 式寄存器和 HSI 状态寄 存器（如下页图所示）。 7×20 先进先出（ FIFO ） 寄存器阵列、保持寄存 器、 HSI 时间寄存器、 HSI 事件检测器和定时 器1等部分。
HSI 事件检测器可测出 HIS.0 ～ HSI.3 中任一引脚上发生的 变化事件，定时器1记录事件发生的时间，事件的形式可以由方 式寄存器设定。定时器1所记录的时间及表示哪一个引脚上发生 事件的信息存入次时间寄存器，就使FIFO失掉一项数据。因此， 若在读状态寄存器之前读取时间寄存器，就会丢失状态寄存器 中的信息。
通过设定脉宽寄存器的值 PWM 可以获得 256 种 不同脉宽的波形，如下图所示（图中给出了 5 种不同 占空比的输出波形）。当脉宽寄存器为 0 时，输出信 号。
8.2.6
模拟输入
MCS-96系列的部分产品中有一个逐次逼近型的10位A/D转 换器，共有 8 个通道。当采用 12MHz 晶振时，每次转换时间为 42μs。A/D转换8个通道的模拟电压输入引脚与P0口的8根口线复 用，通过写命令寄存器可以控制通道选择和启动A/D转换，命令 寄存器如下图所示。每启动一次A/D转换都必须对命令寄存器进 行一次写操作。用HSO触
控制器、家用电器等。
8.2 MCS-96单片机的内部结构与引 脚
8.2.1 CPU结构与引脚
1．型号与封装形式 作为系 8096 和 8096BH ， 8096BH 兼容 8096 ，但前者性 能上比后者更强，MCS-96系列的各型号产品。
MCS-96共有DIP，PGA，PLCC，LCC四种不同的封装形式。 图（a）、（b）分别给出了DIP、PLCC形式的封装图。
当一次转换正在进行时，又启动了另一次新的转换，会把正在进行的转 换撤销掉，A/D转换结果寄存器的内容也会被消除掉。因此在新的转换开始 前，应把原转换结果读走。结果寄存器是16位的，读出时应按字节分两次读 出。结果寄存器如下图所示。
的内部RAM区，可按字节、字、双字存取。RALU能直接对它们读写。F0H～FFH用于掉电时 内容。
2．外部存储器的扩展
8096扩展2764的电路与8位单片机的连接电路类 似。 ALE用于锁存地址。 8096 中可以电路如下图所示。
8.2.3 中断系统 1．中断系统 MCS-96的中断系统允许9种中断源，对应的中 断向量和优先权如下表所示，其中，用户可以使用的 只有8种中断源。但每一种中断源均可对应