μPD780208單片機(jī)的功能及應(yīng)用

1 概述

日本NEC公司生產(chǎn)的μPD780208系列8位單片機(jī)屬于78K/0家族，該系列是NEC公司內(nèi)部集成FIP顯示驅(qū)動器各系列中功能最強(qiáng)的。根據(jù)內(nèi)部集成的ROM和RAM容量的不同，μPD780208系列可分為5個型號，本文主要介紹最高型號μPD780208芯片的功能和應(yīng)用。該芯片為100 引腳 QFP封裝，內(nèi)部集成了1個8位78K0CPU內(nèi)核，它帶有60kB的ROM、2192B的RAM、10個I/O端口共74根I/O線、1個FIP顯示驅(qū)動/控制器、8位A/D轉(zhuǎn)換器、2個串行I/O口、5個定時/計數(shù)器、3個定時器輸出、1個可編程時鐘輸出、1個可編程蜂鳴器輸出、4個外部中斷源、12 個內(nèi)部中斷源和1個測試輸入端，并支持雙時鐘，其電源電壓范圍為2.7～5.5V，并可設(shè)定2種待機(jī)模式。ΜPD780208具有功能強(qiáng)、可靠性高、速度快、可支持節(jié)電應(yīng)用的優(yōu)點。

圖1所示是μPD780208芯片的功能方框圖。

2 功能特點

2.1 CPU結(jié)構(gòu)

μPD780208的存儲器尋址空間為64kB，其中程序存儲器占用低端60kB的空間，高端為RAM區(qū)。RAM可分為以下4部分：
（1）內(nèi)部高速RAM區(qū)：1024字節(jié)；
（2）內(nèi)部擴(kuò)充RAM區(qū)：1024字節(jié)；
（3）緩沖RAM區(qū)：64字節(jié)；
（4）FIP顯示RAM區(qū)：80字節(jié)。

圖2給出了μPD780208的存儲器空間使用情況。μPD780208中CPU的特殊功能寄存器區(qū)（SFR）包括片硬件端口I/O、控制和狀態(tài)寄存器。

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2.2 時鐘生生器

μPD780208可使用兩種系統(tǒng)時鐘振蕩器來產(chǎn)生時鐘：一種是主系統(tǒng)時鐘振蕩器，支持1～5.0MHz的晶振頻率；另一種是子系統(tǒng)時鐘振蕩器，工作頻率為32768Hz。可編程選擇其中一個用于CPU時鐘、各定時器時鐘或時鐘輸出。當(dāng)主系統(tǒng)時鐘作為CPU時鐘時，可選擇不分頻或2/4/8/16分頻；而子系統(tǒng)時鐘只能提供2分頻作為CPU時鐘，這樣，指令周期就有六種選擇。

2.3 定時器

μPD780208 中的定時器包括TM0～TM3、WDTM等，同時它還帶有時鐘輸出控制以及蜂鳴器輸出控制等電路。其中16位定時/計數(shù)器（TM0）可作為間隔定時器、 PWM輸出、脈寬測量、外部事件計數(shù)器或方波發(fā)生器使用。而兩個8位定時/計數(shù)器（TM1和TM2）則可作為間隔定時器、外部事件定時器和方波發(fā)生器作用，兩個8位定時/計數(shù)器還可合起來作為一個16位定時/計數(shù)器使用。此WATCH定時器（TM3）用于每隔0.5秒置一次標(biāo)志位，同時在預(yù)置的時間間隔上產(chǎn)生中斷?？撮T狗定時器（WDTM）則用來執(zhí)行看門狗定時功能，或在預(yù)置時間間隔上執(zhí)行不可屏蔽中斷、可屏蔽中斷和系統(tǒng)復(fù)位（RESET）等功能。

時鐘輸出控制電路的作用是把主/子系統(tǒng)時鐘分頻后提供給其他設(shè)備，以用于遙控發(fā)送中的載波輸出。

蜂鳴器輸出控制電路主要是將主/子系統(tǒng)時鐘分頻并輸出，以得到指定頻率的蜂鳴器輸出。

2.4 A/D轉(zhuǎn)換器

μPD780208的A/D轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近型，為8位分辨率和8通道。A/D轉(zhuǎn)換的啟動可采用硬件觸發(fā)或軟件設(shè)置來啟動。A/D轉(zhuǎn)換的通道號、通道數(shù)、轉(zhuǎn)換時間均可通過軟件編程來設(shè)置。

2.5 串行I/O口

μPD780208具有2個串行I/O口，分別為通道0和1，它可提供以下3種同步工作模式。

（1）線串行I/O模式

這種模式下的3根連線為串行時鐘（SCK0/1）、串行輸出（SO0/1）和串行輸入（SI0/1），在同步時鐘作用下可同時進(jìn)行同步發(fā)送和同步接收。

（2）串行總線接口（SBI）模式

此模式的2根連線是串行時鐘（SCK0）和串行數(shù)據(jù)總線（SB0或SB1），主要用于多設(shè)備之間的串行通訊。

（3）2線串行I/O模式

此模式的2根連線為串行時鐘（SCK0）和串行數(shù)據(jù)I/O（SB0或SB1），主要用于半雙工的8位數(shù)據(jù)的收發(fā)。

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串行通道0和1的功能見表1所列。

2.6 FIP顯示控制/驅(qū)動器

FIP（Fluorescent Indicator Panel）顯示控制/驅(qū)動器是μPD780208系列芯片所特有的功能，其主要功能如下：
●可自動讀取顯示數(shù)據(jù)并輸出段和位信號，以實現(xiàn)硬件的自動顯示刷新功能。
●通過設(shè)置模式寄存器DSPM0、DSPM1和DSPM2，可控制顯示9～40段和2～16位FIP。
●通過設(shè)置DSPM0選擇顯示模式2，可自由設(shè)定位信號輸出時序。
●除了FIP0～FIP12為顯示專用輸出引腳外，其他未用的顯示引腳可用作普通I/O口。
●顯示器亮度分為8級，可通過DSPM1對其調(diào)節(jié)。
●顯示時序中包含鍵盤掃描時序，并可輸出鍵盤掃描信號。
●具有高驅(qū)動能力，可直接驅(qū)動FIP顯示器。
●掩膜芯片可提供顯示輸出引腳的上拉電阻選擇。

在其他單片機(jī)系統(tǒng)中，常常是由軟件定時中斷來逐位刷新顯示，如果有健盤，定時中斷還負(fù)責(zé)完成刷新鍵盤的任務(wù)，這會點用很多CPU資源；μPD780208的 FIP顯示控制/驅(qū)動器則可實現(xiàn)硬件自動顯示刷新功能，在初始設(shè)置完成后，軟件的工作只是將顯示數(shù)據(jù)按要求的模式放入FIP顯示RAM區(qū)，同時在顯示時序中提供鍵盤掃描功能，這在很大程度上降低了CPU的資源占用率。

2.7 中斷系統(tǒng)

中斷系統(tǒng)由中斷源和中斷控制部分組成，并具有測試輸入功能。

a.中斷源

μPD780208 的中斷系統(tǒng)提供3種中斷類型、15個中斷源和2個中斷優(yōu)先級。3種中斷類型分別為不同屏蔽中斷、可屏蔽中斷和軟件中斷。中斷源采用向量中斷方式，在存儲器的低端64字節(jié)內(nèi)可存放系統(tǒng)復(fù)位后的起始運行地址（復(fù)位向量）和15個中斷源的中斷處理程序地址（中斷向量），參見圖2。詳細(xì)中斷源列表見表2。

表2 中斷源表

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b.中斷控制

中斷功能由以下6種寄存器來控制：

（1）中斷請求標(biāo)志寄存器IF0L和IF0H：當(dāng)某中斷請求發(fā)生時，對應(yīng)的位被置1。

（2）中斷屏蔽標(biāo)志寄存器MK0L和MK0H：用于打開或關(guān)閉指定可屏蔽的中斷響應(yīng)。

（3）優(yōu)先級標(biāo)志寄存器PR0L和PR0H：用于設(shè)置可屏蔽中斷的優(yōu)先級順序，優(yōu)先級分為高級和低級。

（4）外部中斷模式寄存器INTM0：用于指定外部中斷INTP0、INTP1、INTP2的觸發(fā)有效沿，該有效沿可以是下降沿有效、上升沿有效或上升沿下降沿均有效。而INTP3則被固定為下降沿觸發(fā)。

（5）采樣時鐘選擇寄存器SCS：用于設(shè)定INTP0的采樣時鐘。

（6）程序狀態(tài)字PSW：其中的IE和ISP標(biāo)志用于打開或關(guān)閉對可屏蔽中斷的響應(yīng)和指示當(dāng)前中斷的優(yōu)先級。

 c.測試輸入功能

測試輸入功能也是中斷系統(tǒng)的一部分，測試輸入沒有中斷處理，它由WATCH定時器溢出觸發(fā)，并置位測試輸入標(biāo)志W(wǎng)TIF。

2.8 待機(jī)功能

待機(jī)功能用于減少系統(tǒng)的功能。μPD780208支持暫停和停止2種待機(jī)模式。

執(zhí)行HALT指令將使系統(tǒng)從正常運行模式進(jìn)入到暫停模式。在這種模式下，CPU操作時鐘被停止，但系統(tǒng)時鐘振蕩器仍工作，因此功耗減小但幅度不大。在發(fā)生中斷請求時，暫停模式將被清除，系統(tǒng)立即轉(zhuǎn)換回正常運行模式，并執(zhí)行中斷程序。

執(zhí)行STOP指令將使系統(tǒng)從正常運行模式進(jìn)入到停止模式。在這種模式下，系統(tǒng)時鐘振蕩器被請求可以使系統(tǒng)返回正常運行模式，但是，由于系統(tǒng)時鐘振需要啟動并達(dá)到穩(wěn)定工作需要一段時間，因此，在這種模式返回時不能立即執(zhí)行操作。

暫停模式可以在主系統(tǒng)和子系統(tǒng)時鐘下工作，而停止模式只能在主系統(tǒng)時鐘下工作。在這2種模式下，CPU在進(jìn)入待機(jī)模式前的所有狀態(tài)，包括I/O口狀態(tài)都被保留。

待機(jī)模式在清除時，暫停模式可用未被屏蔽的可屏蔽中斷請求、不可屏蔽中斷請求、未被屏蔽的測試輸入、系統(tǒng)RESET復(fù)位等信號清除。暫停模式在被前3種方式消除后，CPU將繼續(xù)執(zhí)行HALT指令的下一條指令；而系統(tǒng)復(fù)位后CPU將轉(zhuǎn)入復(fù)位向量地址。

停止模式可用不可屏蔽中斷請求、未被屏蔽的測試輸入或系統(tǒng)RESET復(fù)位信號清除。清除后的CPU運行情況與暫停模式相同。

3 應(yīng)用

綜上所述，μPD780208是一個功能強(qiáng)大的單機(jī)產(chǎn)品，適合于要求速度快、可靠性高、擴(kuò)展功能強(qiáng)和節(jié)電的應(yīng)用系統(tǒng)。圖3是一個μPD780208 的應(yīng)用實例，該應(yīng)用充分利用了該芯片的性能特點，其包括VFD直接驅(qū)動真空熒光管顯示器VFD，開關(guān)量輸入輸出，A/D轉(zhuǎn)換，鍵盤掃描輸入，串行通訊，接口擴(kuò)展等模塊，是一個較為完整的應(yīng)用系統(tǒng)