台湾义隆单片机硬件结构

第二章 EM78系列单片机硬件结构

EM78系列单片机是采用低功耗、高速CMOS工艺制造的8位单片机，本章将以EM78X56（包括EM78156、EM78256、EM78456）为例来讲述EM78系列单片机的内部结构、存贮器、中断、I/O、看门狗、振荡器和电压检测器等特点。

2.1. 主要功能特点

·采用8位数据总线和13位指令总线独立分离的Harvard结构设计。

·采用RISC指令集，共有57条单字节指令，其中99%为单周期指令（对程序计数器PC指针进行写操作除外）。

·1K～4KX13的程序存贮器（有OTP和掩膜二个版本）。

·48个通用数据寄存器可直接寻址使用。

·14个特殊功能寄存器。

·具有一个结构选择寄存器用于设置振荡器的工作方式等。

·具有五级堆栈令程序嵌套更自由。

·两个双向三态I/O口，12个I/O线，可分别设置为上拉、下拉或集电极开路等。

·具有三个硬件中断和一个软件中断。

·两种工作模式：正常工作模式 2mA/5V

休眠模式 1μA/5V(可由I/O唤醒)

·具有R-OPTION功能，即用电阻的上拉、下拉来选择内部程序的执行。

·一个带8位预置器的8位定时/计数器，一个看门狗定时器（WDT）。

·采用先进的加密方法保证用户代码不被读出。

·工作电压：2.5～5.5V 工作频率DC～36MHZ、工作温度0℃～70℃。

2.2. EM78X56型号分类、命名方法及管脚功能说明

2.2.1. 型号分类(表2.1)：

2.2.2. 命名方法:

EM 78 P 156 A P

封装形式P-DIP M-SOIC S-SSOP

内置电压检测功能 A-有 B-无

类型名

P：OTP；没有“P”为MASK版本

单片机系列号

EMC公司字头

2.2.

3. EM78X56管脚功能描述

图2.1 EM78156管脚图(EM78256和EM78456管脚同上)

2.3. EM78内部结构框图

EM78X56在片内集成了一个8位算术运算单元ALU和工作寄存器ACC、1K～4KROM、56个RAM、12个I/O口，8位预置器（Prescaler）及8位计数器（TCC）、振荡器、看门狗、五级堆栈、中断控制器、指令寄存器、译码器和其它一些寄存器等。内部框图如图2.2所示：

EM78系列单片机采用8位数据/控制总线和13位指令总线独立分离的Harvard结构，流水线指令，即当一条指令在执行中，下一条指令已被从ROM取出放在指令寄存器等待执行，如此EM78系列几乎全部为单周期指令，执行速度更快。

EM78系列数据存贮器均可视为寄存器来寻址编程，分工作寄存器和特殊功能寄存器二大类,2.5节将详细讲述寄存器的使用方法。

图2.2 EM78X56内部功能框图

2.4. 程序存储器和堆栈

2.4.1. 程序存储器

EM78X56内部程序存储器和堆栈示意图如下:

图2.3 程序存储器结构框图

PC指针(寄存器R2)和堆栈的位数依照型号EM78156、EM78256、EM78456分别是10位、11位、12位，即寻地空间分别为1K、2K和4K，一个程序页面为1K。页面选择通过设定状态寄存器R3的Bit6（PS1）. Bit5 (PS0)来完成，内容下表(表2.3)所示:

·对EM78256μPS1为通用读/写位

EM78X56可在同一页面内直接跳转(JMP)和调用子程序(CALL)，即JMP时装入目标地址至PC的低10位,CALL时装入目标地址至PC的低10位,且PC+1压栈,调用同1K页面内的任何程序。

在EM78256/EM78456中，当需要跳转或调用不同页面的子程序时，则须在调用前将修改R3的PS0/PS1、PS0，执行JMP或CALL后将状态寄存器R3的PS0/PS1、PS0载入PC的A10/A11、A10。

有一情况需特别注意：对PC（R2）进行直接操作指令如“MOV R2、A”、“ADD R2、A”、“BC R2，0”都将导致PC之第9及第10位（A9、A8）被清零，因此此类情况产生的任何跳转都限定在同一页面的前256个地址（查表指令的使用均在此限制内）

2.4.2. 堆栈

EM78X56有五级堆栈,遵循后入先出的原则实现程序多至五级嵌套调用.通常堆栈使用如下:

当CALL和中断响应时PC+1压栈;

当子程序或中断返回,执行RET、RETL(带参数返回)、RETI(中断返回),将栈顶值(栈1)弹回程序计数器PC、同时将堆栈2的值拷贝到堆栈1，堆栈3的值拷贝到堆栈2，以此类推。

要注意的是RET、RETL、RETI指令并没有改变R3中的PS0～PS1位便返回到原来调用程序的页面,所以当从一次跨页的子程序调用返回时,一定要用指令恢复R3中原先的PS0、PS1值。

2.5. 数据存储器RAM结构

EM78X56的数据存储器分工作寄存器、特殊功能寄存器和一般通用寄存器三大类,如图2.4所示:

2.5.1. 工作寄存器

1.R0间接寻址寄存器

RO并非一个实际工作的寄存器，只作为间接寻址用。任何对RO进行操作的指令，实际上是存取由RAM选择寄存器R4所指定的RAM内容。

2.R1（TCC）

此寄存器为8位定时/计数器，可由程序进行读/写操作。它用于对外加在TCC

脚上的脉冲进行计数，或对内部时钟计数。

3.R2（程序计数器PC）和堆栈

·在复位情况下，R2被清零，地址指向OOOH

·对R2进行写操作的指令一定需要二个指令周期，其它有关R2和堆栈的内容§2.4中所述.