專利名稱：一種8位復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)微控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種8位CISC (Complex Instruction Set Computer,復(fù)雜指令集^十算才幾)孩吏控制器。
背景技術(shù)：
隨著深亞微米CMOS集成電路生產(chǎn)工藝的不斷進(jìn)步，可以把復(fù)雜的 微控制器(MCU)內(nèi)核集成在一塊芯片上，同時(shí)留有足夠的硅片面積用 于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的存儲(chǔ)器和外設(shè)邏輯。隨著微控制器的集成度不斷提高，微處 理器數(shù)據(jù)處理及流程控制的能力也大大增強(qiáng)。同時(shí)，由于微控制器的功能趨于復(fù)雜，應(yīng)用程序代碼所需的存儲(chǔ)容量 則日趨變大，也即對(duì)存儲(chǔ)器容量的需求日趨變大。此外，對(duì)外圍功能模塊的需求也日益豐富，可易于微控制器的內(nèi)部 功能執(zhí)行，以及與外接設(shè)備進(jìn)行通訊。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種8位復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)微控制器，所 述微控制器的存儲(chǔ)器容量較大，并能提供豐富的外圍功能模塊。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下 一種8'位復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)微控制器，
至少包括內(nèi)核、外圍功能模塊、存儲(chǔ)器、輸入輸出端口，其中，所述內(nèi)核至少包括中央處理單元，用于數(shù)據(jù)運(yùn)算及控制各個(gè)子模塊；系統(tǒng)時(shí)鐘控制 器，用于產(chǎn)生微控制器的工作時(shí)鐘；中斷控制器，用于控制微控制器的中 斷響應(yīng)及中斷處理；看門狗定時(shí)器，用于檢測(cè)中央處理單元的故障，并使 中央處理單元恢復(fù)到正常狀態(tài)。所述外圍功能模塊至少包括多功能定時(shí) 器，用于計(jì)數(shù)和定時(shí)操作；同步串行通信接口，用于數(shù)據(jù)的串行同步傳輸； 異步串行通信接口，用于數(shù)據(jù)的串行異步傳輸；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。所述存儲(chǔ)器至少包括程序存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序代 碼；數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。所述輸入輸出端口，是可編程接口， 用于微控制器與外接設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，上述各模塊通過總線實(shí)現(xiàn)通訊。 進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)時(shí)鐘控制器由時(shí)鐘發(fā)生器、時(shí)序發(fā)生器和待機(jī) 控制器組成。進(jìn)一步地，所述中斷控制器共有20個(gè)中斷源，分別是6個(gè)外部中 斷和14個(gè)內(nèi)部中斷。進(jìn)一步地，所述多功能定時(shí)器包括一個(gè)16位多功能定時(shí)器和兩個(gè) 8位多功能定時(shí)器。進(jìn)一步地，所述同步串行通信接口 SIO包括一個(gè)控制寄存器、一 個(gè)狀態(tài)寄存器和兩個(gè)8位數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。進(jìn)一步地，所述異步串行通信接口包括一個(gè)數(shù)據(jù)接收端、 一個(gè)數(shù) 據(jù)發(fā)送端。進(jìn)一步地，所迷凈莫數(shù)轉(zhuǎn)換器是8通道的帶有采樣保持電路的10位 逐次逼進(jìn)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
進(jìn)一步地，所述程序存儲(chǔ)器是閃存，存儲(chǔ)空間是32K字節(jié)，數(shù)據(jù) 位是8位。進(jìn)一步地，所述靜態(tài)隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間是1536字節(jié)，數(shù)據(jù) 位是8位。進(jìn)一步地，所述輸入輸出端口共有5組端口，每組端口皆對(duì)應(yīng)一個(gè) 輸出鎖存器，用于鎖存輸出數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型的有益效果在于所述孩i控制器的程序存儲(chǔ)器是閃存，存 儲(chǔ)空間是32K字節(jié)；靜態(tài)隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間是1536字節(jié)，存 儲(chǔ)器容量較大，能存儲(chǔ)功能較復(fù)雜的程序代碼。另外，所述微控制器有豐富的外圍功能模塊，包括3個(gè)多功能定時(shí) 器、1個(gè)同步串行通信接口、2個(gè)異步串行通信接口和1個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 易于內(nèi)部功能執(zhí)行和與外接設(shè)備通訊。附閨說明

圖1是本實(shí)用新型的8位孩t控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。 圖1是本實(shí)用新型的微控制器的結(jié)構(gòu)框圖。本實(shí)用新型的微控制器 至少包括內(nèi)核、外圍功能模塊、存儲(chǔ)器、輸入輸出端口。其中，框1所 示的即是內(nèi)核，至少包括中央處理單元(CPU),用于數(shù)據(jù)運(yùn)算及控制 各個(gè)子模塊；系統(tǒng)時(shí)鐘控制器，用于產(chǎn)生微控制器的工作時(shí)鐘；中斷控制器，用于控制孩t控制器的中斷響應(yīng)及中斷處理；看門狗定時(shí)器，用于 檢測(cè)中央處理單元的故障，并使中央處理單元恢復(fù)到正常狀態(tài)，例如， 當(dāng)微控制器的運(yùn)行陷于死循環(huán)時(shí)，重新啟動(dòng)微控制器，使其免于處于死 鎖狀態(tài)。所述系統(tǒng)時(shí)鐘控制器由時(shí)鐘發(fā)生器、時(shí)序發(fā)生器和待機(jī)控制器組成。 其中，時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生基本時(shí)鐘，輸入至?xí)r序發(fā)生器。時(shí)序發(fā)生器4艮據(jù)基 本時(shí)鐘產(chǎn)生主系統(tǒng)時(shí)鐘和分頻輸出脈沖，對(duì)應(yīng)地輸入至CPU、看門狗定 時(shí)器、外圍功能模塊。待機(jī)控制器用于控制芯片的工作模式，可以控制芯 片是否進(jìn)入省電工作模式。所述中斷控制器共有20個(gè)中斷源，分別是6個(gè)外部中斷和14個(gè)內(nèi) 部中斷。20個(gè)中斷源中，有5個(gè)非屏蔽中斷，都是內(nèi)部中斷，其余的15 個(gè)中斷都是可屏蔽中斷。中斷鎖存器可鎖存每個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求，每個(gè) 中斷向量都是獨(dú)立的。對(duì)于可屏蔽中斷，可以在程序中使用中斷屏蔽標(biāo)志 和獨(dú)立的中斷允許標(biāo)志進(jìn)行禁止和允許。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)， 由中斷控制器的硬件電路按優(yōu)先級(jí)順序進(jìn)行中斷響應(yīng)。中斷響應(yīng)后，程序 狀態(tài)字和程序計(jì)數(shù)器(PC)指針自動(dòng)保存于堆棧中，并執(zhí)行中斷服務(wù)子 程序。當(dāng)執(zhí)行中斷返回指令，從中斷服務(wù)子程序返回時(shí)，程序計(jì)數(shù)器指針 和程序狀態(tài)字依次從堆棧中恢復(fù)。所述看門狗定時(shí)器(WDT)包括內(nèi)部分頻器和二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用于 檢測(cè)諸如由于外界干擾，引起的CPU執(zhí)行程序的死循環(huán)等故障，并將 CPU恢復(fù)到正常狀態(tài)。VVDT^r測(cè)到故障后，可選擇產(chǎn)生一個(gè)非屏蔽中斷 請(qǐng)求或者內(nèi)部復(fù)位信號(hào)。如果為中斷請(qǐng)求方式，在看門狗定時(shí)器中斷服
子程序中，對(duì)微控制器的異常進(jìn)行處理；如果為復(fù)位方式，則產(chǎn)生復(fù)位信 號(hào)，將微控制器復(fù)位，退出故障狀態(tài)，重新恢復(fù)正常工作?？?所示的即是外圍功能模塊，至少包括三個(gè)多功能定時(shí)器，分別 為定時(shí)器TC1、定時(shí)器TC3、定時(shí)器TC4，用于計(jì)數(shù)和定時(shí)操作；同步 串行通信接口 SIO，用于與支持同步串行總線的外接設(shè)備通訊；兩路異步 串行通信接口，分別為UART1、 UART2,用于與支持異步串行總線的外 接設(shè)備通訊；模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。所述16位多功能定時(shí)器TC1包括一個(gè)控制寄存器和兩個(gè)16位數(shù)據(jù) 寄存器。定時(shí)器TC1有6種操作模式定時(shí)器模式、外部觸發(fā)定時(shí)器模 式、事件計(jì)數(shù)器模式、窗口模式、脈寬測(cè)量模式、可編程脈沖輸出模式。 在定時(shí)器模式下，使用內(nèi)部時(shí)鐘遞增計(jì)數(shù)，產(chǎn)生定時(shí)中斷。定時(shí)中斷的時(shí)間間隔由控制寄存器和數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行設(shè)置。在外部觸發(fā)定時(shí)器模式 下，定時(shí)器由外部引腳的邊沿觸發(fā)啟動(dòng)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)方式同定時(shí)器模式。在 事件計(jì)數(shù)器模式下，采用外部時(shí)鐘作為輸入信號(hào)。在窗口模式下，由外部 引腳輸入信號(hào)的電平控制是否計(jì)數(shù)。在脈寬測(cè)量模式下，通過計(jì)數(shù)器數(shù) 值獲得被測(cè)脈沖信號(hào)的電平寬度。在可編程脈沖輸出模式下，輸出占空 比和周期均可調(diào)的脈沖信號(hào)，通過兩個(gè)16位寄存器設(shè)定脈沖信號(hào)的占 空比和周期。所述8位多功能定時(shí)器TC3、 TC4包括一個(gè)控制寄存器和 兩個(gè)8位數(shù)據(jù)寄存器。TC3和TC4可以作為兩個(gè)8位定時(shí)器使用，有4 種操作模式8位定時(shí)器模式、8位事件計(jì)數(shù)器模式、8位可編程分頻輸 出模式、8位脈寬調(diào)制輸出模式。TC3和TC4也可以通過配置，共同作 為一個(gè)16位定時(shí)器使用，有5種操作模式16位定時(shí)器模式，16位事
件計(jì)數(shù)器模式，16位可編程分頻輸出模式，16位脈寬調(diào)制輸出模式，喚 醒計(jì)數(shù)器模式。所述同步串行通信接口 SIO包括一個(gè)控制寄存器、 一個(gè)狀態(tài)寄存器 和兩個(gè)8位數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。用戶可以使用內(nèi)部時(shí)鐘或外部時(shí)鐘作為同步串 行時(shí)鐘，通信波特率也有多種選擇。SIO有一個(gè)數(shù)據(jù)接收端引腳、 一個(gè) 數(shù)據(jù)發(fā)送端引腳和一個(gè)時(shí)鐘端引腳。時(shí)鐘下降沿時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，上升沿時(shí) 接收數(shù)據(jù)。接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)可分別保存于8位接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和8位 發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。所述兩路異步串行通信接口 UART1、 UART2，由控制寄存器控制， 以幀為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，遵守標(biāo)準(zhǔn)異步串行接口通信協(xié)議。通信波特 率有多種選擇。所述異步串行通信接口包括一個(gè)數(shù)據(jù)接收端引腳、 一個(gè) 數(shù)據(jù)發(fā)送端引腳。接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)，分別可保存于8位接收數(shù)據(jù)緩沖 區(qū)和8位發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。兩路異步串行通信接口可以同時(shí)工作，分別 有各自相互獨(dú)立的發(fā)送和接收中斷請(qǐng)求，供CPU進(jìn)行協(xié)調(diào)處理。本實(shí) 用新型的微控制器支持FLASH在線串行編程，通過輸入輸出端口的兩 個(gè)引腳作為數(shù)據(jù)線完成。串行編程過程中，遵守標(biāo)準(zhǔn)異步串行接口通信協(xié)議，支持多種通信波特率選擇。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC是8通道的帶有采樣保持電路的10位逐次逼 進(jìn)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC包括兩個(gè)控制寄存器和一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。其轉(zhuǎn)換 時(shí)間有多種選擇。在每次轉(zhuǎn)換完成后，將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放于數(shù)據(jù)寄存器中， 設(shè)置當(dāng)前轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，并產(chǎn)生中斷請(qǐng)求?？?所示的即是存儲(chǔ)器，至少包括程序存儲(chǔ)器和靜態(tài)隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
器SRAM。程序存儲(chǔ)器采用閃存(FLASH),可反復(fù)多次擦寫。存儲(chǔ)空間 為32K字節(jié)，數(shù)據(jù)位是8位。FLASH中存儲(chǔ)有復(fù)位向量、中斷向量以及 矢量調(diào)用指令向量。當(dāng)某一子程序被頻繁調(diào)用時(shí)，使用矢量調(diào)用指令向量 可以提高存儲(chǔ)器的效率。程序代碼和常量數(shù)據(jù)也保存于FLASH中，當(dāng)前 一指令執(zhí)行完后，下一即將被執(zhí)行的指令從程序計(jì)數(shù)器指針(PC)指向 的地址中讀出。另外，為保護(hù)程序存儲(chǔ)器的內(nèi)部程序代碼，可對(duì)程序存 儲(chǔ)器的地址線和數(shù)據(jù)線進(jìn)行加密。允許微控制器的用戶設(shè)定7個(gè)字節(jié)的 密碼。加密后的程序代碼，在FLASH中的存儲(chǔ)順序被隨機(jī)打亂，并且 不能由微控制器的引腳，包括FLASH的引腳直接對(duì)FLASH進(jìn)行訪問。 由此，保證了用戶的程序代碼的安全性。
SRAM的存儲(chǔ)空間為1536字節(jié)，數(shù)據(jù)位是8位。堆?？梢晕挥赟RAM 的任何地址，堆棧深度的限制和未用的SRAM的存儲(chǔ)空間有關(guān)。
標(biāo)注4所示的即是輸入輸出端口，是可編程接口，用于微控制器與 外接設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。本實(shí)用新型的微控制器共有5組端口，每組端口 皆對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出鎖存器，用于鎖存輸出數(shù)據(jù)。
以上所述的實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在 于使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此 來限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，即依本實(shí)用新型所揭示的精神所作的均等 變化或修改仍應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、 一種8位復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)微控制器，其特征在于，至少包括內(nèi)核、外圍功能模塊、存儲(chǔ)器、輸入輸出端口，其中，所述內(nèi)核至少包括中央處理單元，用于數(shù)據(jù)運(yùn)算及控制各個(gè)子模塊；系統(tǒng)時(shí)鐘控制器，用于產(chǎn)生4效控制器的工作時(shí)鐘； 中斷控制器，用于控制微控制器的中斷響應(yīng)及中斷處理； 看門狗定時(shí)器，用于^^測(cè)中央處理單元的故障，并使中央處理單元 恢復(fù)到正常狀態(tài)，所述外圍功能模塊至少包括多功能定時(shí)器，用于計(jì)數(shù)和定時(shí)操作； 同步串行通信接口，用于數(shù)據(jù)的串行同步傳輸； 異步串行通信接口，用于數(shù)據(jù)的串行異步傳輸； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)， 所述存儲(chǔ)器至少包括程序存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序代碼； 數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所述輸入輸出端口，是可編程接口，用于微控制器與外接設(shè)備的數(shù) 據(jù)傳輸，上述各^f莫塊通過總線實(shí)現(xiàn)通訊。
2、 如權(quán)利要求1所述的8位復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)微控制器，其特征 在于，所述系統(tǒng)時(shí)鐘控制器由時(shí)鐘發(fā)生器、時(shí)序發(fā)生器和待機(jī)控制器組成。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的8位復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)微控制器，其特征在于，所述中斷控制器共有20個(gè)中斷源，分別是6個(gè)外部中斷和 14個(gè)內(nèi)部中斷。
4、 如權(quán)利要求3所述的8位復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)微控制器，其特征 在于所述多功能定時(shí)器包括一個(gè)16位多功能定時(shí)器和兩個(gè)8位多功 能定時(shí)器。
5、 如權(quán)利要求1或4所述的8位復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)微控制器，其 特征在于，所述同步串行通信接口 SIO包括一個(gè)控制寄存器、 一個(gè)狀 態(tài)寄存器和兩個(gè)8位數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
6、 如權(quán)利要求5所述的8位復(fù)雜指令集計(jì)算才/U鼓控制器，其特征 在于，所述異步串行通信接口包括一個(gè)數(shù)據(jù)接收端、 一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送端。
7、 如權(quán)利要求1或6所述的8位復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)微控制器，其 特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器是8通道的帶有采樣保持電路的10位逐次 逼進(jìn)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
8、 如權(quán)利要求7所述的8位復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)微控制器，其特征 在于，所迷程序存儲(chǔ)器是閃存，存儲(chǔ)空間是32K字節(jié)，數(shù)據(jù)位是8位。
9、 如權(quán)利要求1或8所述的8位復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)微控制器，其特 征在于，所述靜態(tài)隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間是1536字節(jié)，數(shù)據(jù)位是8 位。
10、 如權(quán)利要求9所述的8位復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)微控制器，其特征 在于，所迷輸入輸出端口共有5組端口，每組端口皆對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出鎖存 器，用于鎖存輸出數(shù)據(jù)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種8位復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)微控制器，至少包括內(nèi)核、外圍功能模塊、存儲(chǔ)器、輸入輸出端口，其中，所述內(nèi)核至少包括中央處理單元、系統(tǒng)時(shí)鐘控制器、中斷控制器、看門狗定時(shí)器；所述外圍功能模塊至少包括多功能定時(shí)器、同步串行通信接口、異步串行通信接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述存儲(chǔ)器至少包括程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)器；輸入輸出端口，上述各模塊通過總線實(shí)現(xiàn)通訊。所述微控制器的存儲(chǔ)器容量較大，并能提供豐富的外圍功能模塊。
文檔編號(hào)G06F15/76GK201021996SQ20072006737
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者史衛(wèi)東, 張曉詩, 漪 許, 谷志坤, 趙啟山 申請(qǐng)人:上海海爾集成電路有限公司