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凌阳大学计划推广中心 北京市海淀区上地信息产业基地中黎科技园1号楼6层C段 邮编:100085 TEL : 86-10-62981668 FAX : 86-10-62985972 E-mail:unsp@sunplus.com.cn http://www.unsp.com.cn 凌阳十六位单片机 应用文集 h 凌阳十六位单片机应用文集目 录 第 1 章 凌阳单片机 .........................................................................................................................2 第 2 章 凌阳十六位单片机 .............................................................................................................4 2.1 CPU 结构原理 ........................................................................................................................5 2.2 片内存储器结构 ...................................................................................................................13 2.3 µ’NSP™的片内外设部件 .....................................................................................................14 第 3 章 凌阳十六位单片机选型 ...................................................................................................21 3.1 SPCE061A 简介 ...................................................................................................................21 3.2 SPMC701FM0A 简介 ...........................................................................................................26 3.3 SPT6602 简介 .......................................................................................................................28 3.4 SPT6604 简介 .......................................................................................................................31 3.5 SPT6608A 简介 ....................................................................................................................33 3.6 SPG200A 简介 ......................................................................................................................36 3.7 SPL16256A 简介 ..................................................................................................................38 3.8 SPF32 简介 ...........................................................................................................................40 第 4 章 开发工具 ...........................................................................................................................43 4.1 硬体开发工具 .......................................................................................................................43 4.2 软体开发工具 .......................................................................................................................43 第 5 章 应用实例 ...........................................................................................................................46 5.1 常用 LCD(FM12232A )在 SPCE061A 上的应用 ...........................................................46 5.2 SPCE061A 外扩 FLASH (W29C040 )实现数码录音及播放 ........................................53 5.3 使用 SPCE061A 的 SIO 实现数码录音及播放 ..................................................................61 5.4 SPCE061A 单片机在 USB 通讯中的应用 ..........................................................................65 5.5 SPCE061A 端口扩展方案 ....................................................................................................70 5.6 SPCE061A 在语音遥控器中的应用 ....................................................................................74 5.7 SPCE061A 在 IP 电话中的应用 ..........................................................................................78 5.8 SPCE061A 在电冰箱中应用 ................................................................................................93 5.9 控制式计热表 .....................................................................................................................100 5.10 语音智能空调控制器的设计 .........................................................................................104 5.11 语音数字万用电表的设计 ................................................................................................. 119 5.12 SPMC701FM0A 在 UPS 中的应用 ...................................................................................131 5.13 基于 SPG200 的电视教学琴设计 ..................................................................................145 5.14 SPL16256A 在电子销售终端上的应用 ............................................................................151 5.15 具有远程家电控制功能的电话 .....................................................................................160 5.16 语音智能型洗衣机控制器的设计 .................................................................................166 5.17 凌阳 16 位单片机在变频洗衣机控制器中的应用 .......................................................172 5.18 SPT6608A 在短消息电话机中的应用 ..............................................................................178  Sunplus University Program http://www.unsp.com.cn E-mail:unsp@sunplus.com.cn 第 1 页凌阳十六位单片机应用文集第 1章 凌阳单片机 凌阳科技(http://www.sunplus.com.tw )是世界级消费性电子产品零件供应领导厂,积极引领各类消费性芯片的研发与创新设计,实现科技落实生活的时代。目前凌阳科技已经是世界前 20 大芯片设计公司。它拥有较先进的设计,提供几千种标准产品,广泛应用于工业领域和消费类电子产品领域。同时还提供高性能的外围电路,包括 LCD, AGC, DTMF, A/D, D/A, UART, SPI, PCI,计数器,存储控制器等等,部分型号单片机可以完成在线编程、仿真,调试。此设计不仅降低开发者的成本,且可以很大程度上加快开发者设计进程。 凌阳科技的单片机除了在 MCU 上集成更多的具有混合外设功能的模块和大容量的存储器以外,还把一些诸如数字处理功能和语音处理功能等集成在 MCU 上,竭力提高单片机的性能/ 价格比,使其应用又上了一个更高的台阶。本章将特别针对凌阳科技自行开发的 16 位单片机( µ’nSP™)讲述其系列产品的结构设计特点。表 1 给出了凌阳公司单片机系列产品。 表1 凌阳的 16 位单片机产品一览 系列类型 IC 型号 用 途 SPCExxx SPCE500A, SPCE060A, SPCE061A 主要应用于语音播放和语音识别领域 SPGxxx SPG100A, SPG200A 主要应用于视频游戏机类产品之微控制器 SPT660x SPT6601, SPT6602 主要应用于通信领域中带 LCD 驱动的来电辩识功能 SPMCxxx SPMC701 一般目的之控制器。内含闪存,配合烧录器的使用,适于教学实验用途 SPFxxx SPF32A, SPF32512A 主要应用于高档电子乐器 SPLxxx SPL16256A, SPL161001 主要应用于数字声音,语音辨识,显示屏等领域 SPCE 系列的全双工异步通讯的串行接口,可实现多机通信,组成分布式控制系统。红外收发通讯接口,可用于近距离的双机通讯或制作红外遥控装置;A/D 、D/A 转换接口可以方便用于各种数据的采集、处理和控制输出,并为与用户系统友好地交互打下基础。A/D 、D/A 转换接口与 µ’nSP™的 DSP 运算功能结合在一起,可实现语音识别功能,使其方便地运用于语音识别应用领域。 SPT660 系列的双音多频(DTMF, Dual Tone Multi Frequency )发生器可实现电话拨号功能;内置的 LCD控制器/ 驱动器;内置具有 4~8 级自动增益控制的 ADC 通道及可用于播放乐曲/ 语音的 DAC 通道;同样,它们与µ ’nSP™的 DSP 运算功能结合在一起,可实现来电辩识和语音拨号之功能。 SPMC 系列的标准外围接口、并行通讯接口,捕获、比较、脉宽调制等功能使其较方便应用于汽车等 Sunplus University Program http://www.unsp.com.cn E-mail:unsp@sunplus.com.cn 第 2 页凌阳十六位单片机应用文集一般控制领域。 SPG 系列配备µ’nSP (凌阳开发的 16 位 CPU),图片处理单元(PPU),声音处理单元(SPU)和其他TV 节目应用的重要性能。SPG 系列单片机能产生电视系统(NTSC 或 PAL)的图像和声音。内置 10 位ADC,UART 接口,SPI 接口和其他连接各种输入输出装置的配置,如图像传感器,触摸盘等等。 SPF 系列含多处理器的单芯片,包括 µ’nSP™ , 32 通道声音处理单元(SPU)和其他用于电子乐器的重要功能。LCD 驱动最大点阵 1024×256 ,SPI 接口,内置 10 位 ADC,UART (MIDI )接口和其他连接不同输入输出装置的其他性能。SPF 系列单片机可提供最新声音处理技术。 SPL 系列单片机是 16 位 LCD 控制器,配备凌阳最新的 16 位微处理器, µ’nSP 高处理速度确保能够处理复杂的数字信号。该 LCD 控制器可支持 16 级灰度,可达 320×320 像素,低电压检测/ 复位, 7 个 12 位ADC 通道(一个通道内置带自动增益控制器 MIC 放大器)。主要应用于数字声音和语音辨识领域。  Sunplus University Program http://www.unsp.com.cn E-mail:unsp@sunplus.com.cn 第 3 页凌阳十六位单片机应用文集第 2章 凌阳十六位单片机 凌阳的十六位单片机的 CPU 内核采用凌阳最新推出的 µ’nsp(Microcontroller and Signal Processor ,读为 Micro-n-SP) 16 位微处理器芯片(以下简称 µ’nSP™) 。围绕 µ’nSP™所形成的 16 位µ ’nSP™系列单片机,采用的是模块式集成结构,它以 µ’nSP™内核为中心集成不同规模的 ROM、RAM 和功能丰富的各种外设接口部件,如图 1 所示。 IRu'nSP内核RAM&ROM T/CSIO并行I/OLVD/LVRADCWatchDog UARTDAC & PWMLCD控制/驱动DTMF图1 µ’nSP™模块式结构 µ’nSP™内核是一个通用的核结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构,亦即这种结构可大可小或可有可无。借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成,便可形成各种不同系列派生产品,以适合不同的应用场合。这样做无疑会使每一种派生产品具有更强的功能和更低的成本。 µ’nSP™系列芯片有以下特点: 一、体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展 µ’nSP™家族把各功能部件模块化地集成在一个芯片里,内部采用总线结构,因而减少了各功能部件之间的连线,提高了其可靠性和抗干扰能力。另外,模块化的结构易于系统扩展, 以适应不同用户的需求。 二、具有较强的中断处理能力 µ’nSP™家族的中断系统支持 10 个中断向量及 10 余个中断源,适合实时应用领域。 三、高性能价格比 µ’nSP™家族片内带有高寻址能力的 ROM、静态 RAM 和多功能的 I/O 口。另外, µ’nSP™的指令系统提供具有较高运算速度的 16 位×16 位的乘法运算指令和内积运算指令,为其应用增添了 DSP 功能,使得µ’nSP™家族运用在复杂的数字信号处理方面既很便利,又比专用的 DSP 芯片廉价。 第 4 页  Sunplus University Program http://www.unsp.com.cn E-mail:unsp@sunplus.com.cn 凌阳十六位单片机应用文集四、功能强、效率高的指令系统 µ’nSP™的指令系统的指令格式紧凑,执行迅速,并且其指令结构提供了对高级语言的支持,这可以大大缩短产品的开发时间。 五、低功耗、低电压 µ’nSP™家族采用 CMOS 制造工艺,同时增加了软件激发的弱振方式、空闲方式和掉电方式,极大地降低了其功耗。另外,µ ’nSP™家族的工作电压范围大,能在低电压供电时正常工作,且能用电池供电。这对于其在野外作业等领域中的应用具有特殊的意义。 2.1 CPU 结构原理 µ’nSP™的内核如图 2。它由总线、算术逻辑运算单元、寄存器组、中断系统及堆栈等部分组成,右边文字为各部分简要说明。 SP R1 BP(R5)R2 R3 R4 SR PCSHIFTERALUCS NZSC DS10 15 6 90 5ADDRGEN1622ADDR[21:0]66616数据总线用户寄存器SP :堆栈指针SR :段寄存器PC :程序计数器R1-R4 :通用寄存器BP :基指针ADDRGEN :地址编码器SRSHIFTER :移位器地址总线ALU :算术逻辑单元NZSC : 4个标志位DS :数据段选择控制位MUX : 多路选择开关MUXMUX图2 µ’nSP™的内核结构 2.1.1 数据总线和地址总线 µ’nSP™是 16 位单片机,它具有 16 位数据线和 22 位地址线。由此决定其基本数据类型是 16 位的“word ”型,而不是 8 位的“Byte ”型;因而每次存储器都是按“word ”操作的, 22 位地址线最多可寻访4M 字的存储容量。地址线中的高 6 位 A16~A21 来自段寄存器 SR 中的 6 位代码段(CS : Code Segment)和 6 位数据段(DS : Data Segment)选择字段,低 16 位 A0~A15 则来自内部寄存器。通常,地址线的高 6位称为存储器地址的页选,简称页码(Page ) ;而低 16 位则称为存储器地址的偏移量(Offset )。µ ’nSP™通过对段(Segment )的编码来实现存储器页的检索,即是说“Segment ”的含义与“Page ”的含义是等同 Sunplus University Program http://www.unsp.com.cn E-mail:unsp@sunplus.com.cn 第 5 页凌阳十六位单片机应用文集的。因而,通过 Segment 与 Offset 的配合即可产生 22 位地址线,如上图 2 中 ADDRGEN 所示。 2.1.2 算术逻辑运算单元 ALU µ’nSP™的 ALU 在运算能力上很有特色,它不仅能做 16 位基本的算术逻辑运算,也能做带移位操作的 16 位算术逻辑运算,同时还能做用于数字信号处理的 16 位×16 位的乘法运算和内积运算。 1、16 位算术逻辑运算 不失一般性, µ’nSP™与大多数 CPU 类似,提供了基本的算术运算与逻辑操作指令,加、减、比较、取补、异或、或、与、测试、写入、读出等 16 位算术逻辑运算及数据传送操作。 2、带移位操作的 16 位算逻运算 对图 2 稍加留意,就会发现 µ’nSP™的 ALU 前面串接有一个移位器 SHIFTER,也就是说,操作数在经过 ALU 的算逻操作前可先进行移位处理,然后再经 ALU 完成算逻运算操作。移位包括:算术右移、逻辑左移、逻辑右移、循环左移以及循环右移。所以,µ ’nSP™的指令系统里专有一组复合式的“移位算逻操作”指令;此一条指令完成移位和算术逻辑操作两项功能。程序设计者可利用这些复合式的指令,撰写更精简的程序代码,进而增加程序代码密集度 (Code Density) 。在微控制器应用中,如何增加程序代码密集度是非常重要的议题;提高程序代码密集度意味着:减少程序代码的大小,进而减少 ROM 或 FLASH 的需求,以此降低系统成本与增加执行效能。 3、16 位×16 位的乘法运算和内积运算 除了普通的 16 位的算逻运算指令外, µ’nSP™的指令系统还提供处理速度较高的 16 位× 16 位的乘法运算指令 Mul 和内积运算指令 Muls。二者都可以用于两个有符号数或一个有符号数与一个无符号数的运算。在该指令集下,Mul 指令只需花费 12 个时钟周期,Muls 指令花费 10n+6 个时钟周期,其中 n 为乘积求和的项数。例如:“ MR=[R2]*[R1] ,4”表示求 4 项乘积的和, Muls 指令只需花费 46(10 ×4+6=46)个时钟周期。这两条指令为µ ’nSP™应用于复杂的数字信号处理运算方面提供了便利的条件。 2.1.3 寄存器组 µ’nSP™的 CPU 寄存器组里有 8 个 16 位寄存器,可分为通用型寄存器和专用型寄存器两大类别。通用型寄存器包括:R1~R4 ,作为算术逻辑运算的源及目标寄存器。专用型寄存器包括 SP、BP 、SR 、PC ,是与 CPU 特定用途相关的寄存器。见表 2。 表2 CPU 寄存器及其功能 寄存器 ID 号 寄存器符号 功能名称 0(000) SP 堆栈指针寄存器 1(001) R1 普通寄存器 2(010) R2 普通寄存器 第 6 页  Sunplus University Program http://www.unsp.com.cn E-mail:unsp@sunplus.com.cn 凌阳十六位单片机应用文集3(011) R3 普通寄存器 4(100) R4 普通寄存器 5(101) BP(R5) 基址指针寄存器 6(110 ) SR 段寄存器 7(111 ) PC 程序指针寄存器 1、通用型寄存器 R1~R4 通常可分别用于数据运算或传送的源及目标寄存器。而寄存器 R4、 R3 配对使用还可组成一个 32 位的乘法结果寄存器 MR;其中 R4 为结果的高字组, R3 为结果的低字组,用于存放乘法运算或内积运算结果。 2、堆栈指针寄存器 SP SP 是在 CPU 执行压栈/ 出栈指令(push/pop )、子程序调用/ 返回指令(call/retf )以及进入中断服务子程序(ISR ,Interrupt Service Routine) 或从 ISR 返回指令(reti )时自动减少(压栈)或增加(弹栈),以示堆栈指针的移动。堆栈的最大容量范围限制在 2K 字的 RAM 内,即地址为 0x000000~0x0007FF 的存储器范围中。 3、基址指针寄存器 BP µ’nSP™提供了一种方便的寻址方式,即变址寻址方式[BP+IM6] ;程序设计者可通过它直接存取 ROM与 RAM 中的各种数据,包括:局部变量(Local Variable )、函数参数(Function Parameter )、返回地址(Return Address)等等;这在 C 语言程序中是特别有用的。BP 除了上述用途外,也可做为通用寄存器 R5 用于数据运算或传送的源及目标寄存器。因此,在本章或程序中,BP 与 R5 是共享的,均代表基址指针寄存器。 4、段寄存器 SR 有多种功能用途,如图 2 所示。 SR 中有代码段选择字段(CS) 和数据段选择字段(DS) ,它们可分别与其它 16 位的寄存器合在一起形成 22 位地址线,用来寻址 4M 字容量的存储器。 算逻运算结果的各标志位 NZSC 亦储存于其中,即 SR 中间的 4 位(B6~B9)。 CPU 在执行条件/ 无条件短跳转指令(JUMP )时需测试这些标志位以控制程序的流向。这些标志位的内容是: 进位标志 C C=0 时表示运算过程中无进位或有借位产生,而 C=1 表示运算过程中有进位或无借位产生。在无符号数运算中, 16 位数可以表示的数值范围是 0x0000~0xFFFF,即 0~65535。如果运算结果大于 65535(0xFFFF),则标志位 C 被置 1。请注意:标识位 C 一般用于无符号数运算的进、借位判断。 零标志 Z Z=0 时表示运算结果不为 0,Z=1 时表运算结果为 0。  Sunplus University Program http://www.unsp.com.cn E-mail:unsp@sunplus.com.cn 第 7 页凌阳十六位单片机应用文集负标志 N 标志位 N 是用来判断运算结果的最高位(B15)为 0 还是为 1。B15=0 则 N=0; B15=1 则 N=1。 符号标志 S S=0 时表示运算结果不为负,S=1 时则表示运算结果(在二进制补码的规则下)为负。对于有符号数运算,16 位数所表示的数值范围是为 0x8000~0x7FFF,即-32768~32767。若运算结果小于零,则标志位 S置 1。有符号数运算的运算结果可能会大于 0x7FFF 或小于 0x8000。比如:0x7FFF+0x7FFF=0xFFFE(65534),运算结果为正(S=0 ),且无进位(C=0 )发生;在此情况下,标志位 N 被置 1(因为最高有效位为 1)。若标志位 N 和 S 不同,则说明有溢出发生,即: S=0, N=1 或 S=1, N=0。例如当为有符号数时,可判断正负。而 JVC(N==S ), JVS(N!=S )则可用来判断 overflow。请注意: N, S 的组合用于有符号数溢出的判断。 5、程序计数器 PC(Program Counter ) 它的作用与所有微控制器中的 PC 作用均相同,是作为程序的地址指针来控制程序走向的专用寄存器。 CPU 每执行完当前指令,都会将 PC 值累加当前指令所要占据的字节数或字数,以指向下一条指令的地址。在µ ’nSP™里,16 位的 PC 通常与 SR 寄存器的 CS 选择字段共同组成 22 位的程序代码地址。 2.1.4 堆栈 堆栈是在内存 RAM 区专门开辟出来的按照“先进后出”原则进行数据存取的一种工作方式如图 3,主要用于子程序调用及返回和中断处理断点的保护及返回。值得注意的是堆栈的生长方向,系统复位后,SP 初始化为栈区的最高地址处, 每执行 PUSH 指令一次,SP 指针减一。 栈顶栈底堆栈生长方向较低地址较高地址PUSH后SP减1POP后SP加1图3 堆栈 2.1.4.1 压栈与弹栈 压栈(push )操作如图 4 所示。堆栈指针 SP 总是指向位于栈顶的第一个空项。在压入一个字数据后SP 减 1。将多个寄存器压栈写入时总是让指令中序号最高的寄存器先入栈,直至序号最低的寄存器最后入栈。因此,执行指令 push r1, r4 to [sp]与指令 push r4, r1 to [sp]是等效的。 弹栈(pop)操作前 SP 总是指向栈底的第一个空项,如图 4 所示。因此,在弹栈拷贝数据之前 SP 要第 8 页  Sunplus University Program http://www.unsp.com.cn E-mail:unsp@sunplus.com.cn
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