第三章 EM78447单片机硬件结构

1、第三章 EM78447单片机硬件结构EM78447单片机是在EM78X56基础上发展而来,分EM78447A(28PIN)和EM78447B(32PIN)两种,采用低功耗、高速CMOS工艺制造的8位单片机，本章将讲述EM78447A/B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。3.1. EM78447A/B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58条单字节指令，其中99.9%为单周期指令（对程序计数器PC指针进行写操作除外）·4K×13的程序存贮器（有OT

2、P和掩膜二个版本）·148个通用数据寄存器可直接寻址使用。·9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。·三个双向三态I/O口(EM78447A: 20个I/OEM78447B: 24个I/O), 可分别设置为上拉或集电极开路等。·具有二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 1A/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

3、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：2.55.5V 工作频率DC20MHZ、工作温度0703.2. EM78447型号分类、命名方法及管脚功能说明3.2.1 型号分类(表)型 号ROM（Bit）RAM（Byte）I/O最短指令周期EM7447A4K×1314820100nsEM7447B4K×1314824100ns3.2.2 命名方法: EM 78 P 447 A P封装形式P-DIP M-SOIC S-SSOP区分 28/32引线 A-28PIN B-32PIN类型名P：OTP； 没有“P”为MASK版本单

4、片机系列号EMC公司字头 3.2.3 EM78447管脚功能描述7A 图3.1 EM78447管脚图管脚名称I/O功 能PIC16C55/57对应管脚名P50P53 I/0P50P53为低4位双向I/O口,在EM78447A中口只使用这低位脚RAORA3P54P57 I/OP50P57为高位双向I/O口，在EM78447B中口5为8位双向I/O口无P60P67 I/OP60P67为双向I/O口，可通过软件设置为内部上拉RBORB7P70P77 I/OP70P77为双向I/O口P74、P75可通过软件设为上拉P76、P77可设为开路输出，P70、P71具有Roption的功能。RCORC7INT

5、 I/O外部中断输入脚，下降沿触发中断无OSCI IXTAL型：晶体振荡器或外部时钟输入脚 RC 型：RC振荡器输入脚OSC1OSCO I/OXTAL型：晶体振荡器输出脚或外部时钟输入脚。RC型：输出一个指令周期的时钟信号OSC2RESET I施密特触发输入脚，当该脚保持低电平时，单片机复位MCLRTCC I实时时钟/计数器输入脚，施密特触发，当该脚不用时，必须接地或VCCRTCCVDD电源VDDVSS地VSSNC 未使用表3.1 EM447管脚功能描述3.3. EM78447内部结构框图EM78447在片内集成了一个8位算术运算单元ALU和工作寄存器ACC、4KROM、148个RAM、202

6、4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。内部框图如所示：图3.2 EM78447内部功能框图3.4. 程序存储器和堆栈3.4.1 程序存储器EM78447内部程序存储器和堆栈示意图如下:MOV R2，A A9=A8=0ADD R2，A A9=A8 =0EM78447EM78447 8Bit PC堆栈1堆栈2堆栈3堆栈4椎栈5 CALL、RETRETLRETIA11 A10A9 A8A7A0 000：硬件中断和量地址001：软件中断向量地址FFF：复位地址000 pageo3FF400 pa

7、ge17FF800 page2BFFC00 page3FFF图.3 程序存储器结构框图PC指针(寄存器R2)和堆栈的位数是12位，即寻址空间分别为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3.3)所示:PS1（R3.6）PSO（R3.5）程序页面地址000页000-3FF011页400-7FF112页800-BFF113页C00-FFF EM78447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压线,调用同1K页面内

8、的任何程序。 在EM447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会将状态寄存器R3的PS0/PS1、PS0载入PC的A10/A11、A10。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TBL指令把存在中的相对地址加至R2(R2 +AR2 )，且R2的第9、10位（A9、A8）不变，因此所产生的跳转可至整个页面。3.4.2 堆栈 堆栈EM78447堆栈结构与EM78456

9、相同，参见§有关EM78456堆栈的章节。3.5. 数据存储器RAM结构 EM78447的数据存储器分工作寄存器和特殊功能寄存器两大类,如图3.4所示:0001020304 05060708090A0B0C0D0E0F1011.1F20.3B3FR0R1（TCCCONT堆栈(5 级) R2（PC）R3(Status）R4(RSR)R5(Port5)IOC5IOC6R6(Port6)IOC7R8R7(Port7)R9RARBRCIOCERDREIOCFRF16x8通用寄存器1110010031x8BankRegister(Bank 3)31x8BankRegister(Bank 2)3

10、1x8BankRegister(Bank 1)31x8BankRegister(Bank 0)R3F图3.4 RAM结构图3.5.1 工作寄存器RO并非一个实际工作的寄存器，只作为间接寻址用。(参EM78X56部分)2.R1(TCC) 参见EM78X56部分3.R2（程序计数器PC）和堆栈·在复位情况下，R2每位均被置”1”，地址指向FFFH·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和堆栈的内容如§3.4中所述。4R3状态寄存器（STATUS）如下图所示，R3包括ALU运算标志、页面标志、复位状态等76543210GPPS1PS0TPZDCC5.R

11、4.RAM选择寄存器（RSR）在间接寻址模式里，Bit0-5用来选择寄存器（地址：00-3F）·Bit67两位用来确定4个RAM页面中的那一个每个RAM页面为31个字,地址为20-3E ·未作间接寻址时，R4可作8位宽度的可读/写通用寄存器 6. R5为口5的双向I/O口寄存器,EM78447A: 仅使用R5的低4位,其余高4位读为“0” EM78447B:8位双向I/O口。 7P6P7(口67) 是两个双向三态8位I/O口寄存器 8.R8R1F、R20F3E R8R1F: 是通用寄存器 R20R3E: 31个通用寄存器地址它包含四个页面，即每个页面都有31个寄存器且地址为

12、20H3EH，具体页面由R4的it67决定。3F中断标志寄存器76543210EXIFTCIF·“1”表明有中断请求，“0”表明没有中断请求Bit0 (TCIF):TCC 计数器1溢出中断标志位；当TCC计数器溢出时置“1”，可由软件清零。Bit12 :未使用Bit3 (EXIF):外部中断标志位。当INT脚有下降沿触发时置“1”，可用软件清零。Bit47:未使用·R3F可用软件清零，但不能被置“1”·IOCF为中断屏蔽寄存器，通过指令读取R3F值，此时结果值为R3F和IOCF相与的结果3.5.2 特殊功能寄存器EM78447的特殊功能寄存器主要包括累加器控制寄存

13、器和WDT预分频器。1 累加器A内部数据传输或指令运算单元，属不可寻址单元。2 控制寄存器控制寄存器是用来控制I/O的工作状态、中断控制、看门狗控制等，它们的寄存器地址如图3.4,其读写只能采用指令I0R R或IOW R来完成。（1） CONT（控制寄存器）76543210/PHENINTTSTEPABPSR2PSR1PRR0寄存器与EM78X56的CONT相比仅增加了Bit7(/PHEN)其它完全一样。/PHEN: I/O上拉使能标志位0: P60P67和P74P75内部上拉电阻使能1: 上拉电阻关闭（2） IOC5IOC7(I/O口控制寄存器)IOC5IOC7分别为口5口7控制寄存器，按位

14、将IOC5、IOC6IOC7设为“1”时表示该脚设为输入（高阻抗），设为“0”时表示该脚为输出。在EM78447A中，IOC7使用IOC5的低4位和IOC6和IOC7。 （3）IOCE WTD控制寄存器 76543210-ODEWTESLPCROC/WUEBit0(/WUE): P6067P7475唤醒功能控制位 0: 使能唤醒功能 1: 禁止唤醒功能Bit1: 未使用Bit2: 未使用Bit3(ROC): R-OPTION选择位。 1: 使能P70、P71引脚的R-OPTION功能 0: 禁止R-OPTION功能 其它具体用法参见EM78X56有关R-OPTION部分。Bit4(SLPC):

15、用于控制振荡器的工作。 1: 由唤醒信号的下降沿(P60P67、 P74、P75)触发硬件“1“ 0: 由软件清零当SLPC由软件清零时，振荡器停止工作，单片机进入休眠模式2(Sleep2 mode)。所谓休眠模式，是有别于通常休眠模式，此种情况下一旦单片机被唤醒，先由振荡定时器（OST）延时约18ms后，再执行下条指令，如此可保证振荡器的稳定工作。由P60P67、P74、P75输入触发而产生的休民模式2唤醒的示意图如图所示。 Bit5(WTE): 使能看门狗定时器控制位 0: 关闭WDT 1: 使能WDT 注意: WDT起作用的先决条件结构选择寄存器(CODE OPTION)中WTC位为”1

16、”,若为”0”则WDT不起作用 Bit6(ODE): 集电极开路输出控制，可读写位 0: P76和P77为通常的I/O脚 1: P76和P77为集电极开路输出脚Bit7：未使用（4）IOCF（中断屏蔽寄存器） 76543210EXIETCIEBit0(TCIE) TCIF中断屏蔽位（TCC溢出中断） 0：屏蔽TCIF中断 1：允许TCIF中断Bit3(EXIE) EXIF中断屏蔽位（外部中断INT） 0：屏蔽EXIF中断 1：允许EXIF中断Bit12Bit47 未使用当将IOCF相应的控制位置“1”、则相应的中断允许，使用“ENI”指令时所有中断被开放，而使用“DISI”指令，则所有指令被关

17、闭。IOCF为可读写寄存器。图3.5 I/O唤醒Sleep2电路3.6. TCC/WDT及预分频器PrescalerEM78内置8位定时/计数器TCC和看门狗定时器与EM78X56完全相同，请参见EM78X56有关TCC/WDT及预分频器相关部分。3.7. I/O口（PROT5、PROT6、PORT7）EM78把I/O(口5、口6口7)作为一般工作寄存器R5、R6、R7来操作，它们为双向、三态输入/输出口，可通过控制寄存器来设置以下功能,如表3.4所示:功 能控制寄存器I/O脚I/O输入输出方向IOC5、IOC6、IOC7P50P57、P60P67、P70P77内部上拉电阻CONT(/PHEN

18、)P60P67、 P74P75集电极开路IOCE(ODE)P76P77R-PTIONIOCE（ROC）P70、P71休眠状态唤醒IOCF（ICIE）P60P67、P74P75表3.2 I/O控制功能分类表I/O口Port5、Port6、Port7的接口电路图如下：图3.6 I/O口电路及I/O控制寄存器图3.7 具有R-option功能引脚(P70、P71)I/O 电路3.8. EM78447复位3.8.1 产生复位条件EM78447的复位由以下情况产生： ·电源上电复位 ·/RESET脚输入低电平 ·WDT溢出(当WDT使用时)3.8.2 复位后的状态当单片机检

19、测到复位信号后会持续18ms的复位状态。一旦复位产生，芯片将处于下列状态：·振荡器继续动作或起动·程序计数器PC(R2)每位被置“”，转向复位地址FFFH·当上电时R3的Bit56为0,R4的Bit76为“0”,由此选择程序页面0、RAM页面0 ·所有I/O口脚均被设置为输入模式(高阻态) ·看门狗定时器和预置分频器被清零 ·除Bit6(INT中断使能标志位)外，CONT寄存器全设为“1” ·WDT控制寄存器IOCE Bit0、4、5设为“1”，Bit3、6设为“0” ·中断标志寄存器R3F中的标志位全部清零(Bi

20、t0、3) ·中断屏蔽寄存器IOCF的中断屏蔽位清零(Bit0、3)3.8.3 内部上电复位电路EM447内置一上电复位电路POR(POWER RESET)如图所示，上电后自动产生复位。图3.8 复位控制方框图所以一般情况下可不用在RESET端接复位电路，仅将RESET端接VDD即可3.9. 休眠状态和唤醒 EM78447单片机除了正常工作状态外，还有二种休眠状态(Sleep1、Sleep2)。通过执行“SLEP”指令，即可进入休眠模式,WDT(若使能)被清零且保持运行。单片机的休眠模式可被下列情况唤醒： 由RESET产生的复位信号WDT超时溢出复位休眠模式2（Sleep2）是由清I

21、OCE寄存器的SLPC位产生，在SLEEP2模式下，单片机可被下面情况唤醒：a. 输入触发（P60P67、P74、P75），继续从原处开始往下执行指令。SLEEP2模式之前，首先要选择P60P67、P74、P75为下降沿触发唤醒源，且要使能上拉电阻和唤醒功能，这样才能唤醒SLEPP2）。 特别注意：从休眠模式2唤醒后，WDT将被使能，因此，唤醒后的WDT工作情况要重新设定。超时溢出（若WDT使能）或RESET脚外部复位，这两种唤醒都使单片机复位。3.10. 中断功能3.10.1 硬件中断 EM447系列有下列二种下降沿触发的硬件中断 TCC定时器溢出中断 外部中断（/INT引脚）图3.9 中断

22、输入电路 中断的控制通过中断屏蔽寄存器IOCF、总中断开启指令ENI和关闭指令DISI来控制。当有中断产生时，程序指针将指向中断向量地址001H，并将当前PC压栈，进入中断服务程序，可由R3F寄存器来查询是何中断源，在离开中断服务程序及使能中断之前，必须清除R3F中的中断标志位以免重复中断。同时，中断服务程序中应保护原程序的环境(如：A内容、标志位等)，返回中断时也应恢复原环境的内容，并开启中断。R3F中的相应位当有中断时标志位都置“1”，而不管中断屏蔽寄存器IOCF中相关的屏蔽位状态和ENI指令是否执行。注意：读R3F结果是R3F与IOCF相与的结果。如图所示，为中断产生电路。“RETI”指

23、令是从中断返回并开中断(等于执行ENI指令)3.10.2 软件中断执行“INT”指令，将产生一个软中断，其中断向量为002H3.11. 振荡器 图3.10 RC振荡电路 EM78447可以工作在RC振荡、晶振低频、晶振高频下，通过寄存器CODE OPTION中的(MS、HLF、HLP)来选择：1. MS=0、HLF=0为RC振荡形式，振荡频率按Rext、Cext值所确定，它属于低成本、但频率精度要求不高的场合适用，RC振荡电路如图所示,RC对应值如表所示。CextRextAverageFosc5V,25Average Fosc3V,2520pF 10k100k689KHz947KHz128KH

24、z100pF 10k100k 374KHz 389KHz 205KHz 34KHz866KHz626KHz350KHz41KHz300pF 10k100k242KHz160KHz 84KHz400KHz278KHz151KHz表3.3 RC振荡电路中R、C选值参考表 2.MS=1、HLF=0、HLP=0为低频晶振方式，这种方式振荡器处于低频、低电压工作条件下，最大频率不超过4MHZ，单片机工件在低功耗下。 3.MS=1,HLF=1,HLP=1为高频晶振方式，振荡器处在高速工作条件下，所以最小振荡频率不小于1MHZ，在这种模式下，功耗将大于低频振荡方式。晶体振荡参见EM78X56部分3.12.

25、结构选择寄存器(CODE OPTION) EM78447的结构寄存器，并非一般的程序存贮器，它是不可存取，MASK版EM78447只能是在掩膜时写入，对EM78P447 OTP型则可通过烧入器写入。CODE OPTION用来指定单片机的一些功能,如下所述:3.12.1 EM78447/AP/BP(MASK版)结构寄存器76543210CK2TYPWTCHLFMS Bit(MS)：振荡器形式选择 0：RC型 1：XTAL(晶振或陶瓷谐振器) Bit1(HLF)：XTAL频率选择 0：低频(32.768KHZ) 1：高频 Bit2(WTC)：WDT选择位 0：关闭 1：使能Bit3(TYP)：型号

26、选择位 ：EM78447B ：EM78447A Bit4(CK2)：指令周期时钟选择 0：二个振荡时钟为一个指令周期 1：四个振荡时钟为一个指令周期 只有当MS=1时此位方才有作用，当MS=0，HLF必须为“0”Bit57：未使用3.12.2 EM78P447A/B(OTP型)结构选择寄存器结构选择寄存器各位说明如下:121110987650MSENWDTBCLKS/PTHLFHLPTYPBit12(MS)：振荡器形式选择 0：RC型 1：XTAL型Bit11(ENWDTB)：看门狗选择 0：使用 WDT 1：关闭WDTBit10(CLKS)：一个指令周期的振荡时钟数 0：2个振荡时钟 1：4

27、个振荡时钟Bit9(/PT)：程序加密选择位 0：程序加密 1：程序不加密Bit8(HLF)：XTAL频率选择 0：低频(32.768KHZ) 1：高频 只有在MS=1时，此位才有用，当MS=0时HLF必须为“0”。Bit7(HLP):功耗选择 0：低功耗 1：高功耗Bit6（TYP）：0：EM78P447 1：EM8P447ABit50未使用，缺省值为000000以上OTP结构位在OTP烧写软件中设置并烧入。3.13. EM78447单片机电气特性EM78447电气特性如下：绝对最大最小范围:ItemsSym.ConditionRatingTemperature under biasTOTR

28、0to70Storage temperatureTSTR-65to+150Input voltageTIN-0.3 VtoOutput voltageTOto直流电气特性 (TA=070, VDD=5.0V,VA=OV)ParameterSymConditionMin.Typ.Max.UnitInput Leakage Current for input pinsIIL1VIN=VDD,VSS±1AInput High VoltageVTHVInput Low VoltageVILVInput High Threshold VoltageVIHTRESET,TCC,INT0.85 VDDVDDVInput Low Threshold Vol