多功能集成的16位单片机分析及应用
作者：孟开元 发布时间：2005-1-13 9:30:37
摘要:SPCE061A是台湾凌阳公司开发的具有自主知识产权多功能集成的16位单片机.分析和研究了它的主要功能、特点、管脚分布、开发方法和应用领域,并给出了一种典型的应用电路.
关键词:单片机;多功能集成;在线仿真器;最小系统
中图分类号:TN492 文献标识码:A
1 凌阳16位单片机概述
随着单片机MCU功能集成化的发展,其应用领域也逐渐由传统的控制扩展到控制处理、数据处理以及数字信号处理(DigitalSignalProcessing,DSP)等领域[1].具有自主知识产权的台湾凌阳16位单片机就是为适应这种发展而设计的,它的CPU内核采用台湾凌阳最新推出的μ′,nSP(Microcon2trollerandSignalProcessor)16位微处理器芯片,简称μ′nSPTM.围绕′nSPTM所形成的16位μ′nSPTM系列单片机,简称μ′nSPTM家族,采用的是模块式集成结构,它以μ′nSPTM内核为中心,集成不同规模的ROM,RAM和功能丰富的各种外设部件,如图1所μ′nSPTM内核是一个通用的核结构.除此之外的其他功能模块均为可选结构,借助这种通用结构,可形成各种不同系列的派生产品,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′nSPTM家族有以下特点:
(1)体积小,集成度高,可靠性好,且易于扩展.μ′nSPTM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列扩展以适应不同用户的需求.
(2)具有较强的中断处理能力.μ′nSPTM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.μ′nSPTM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′nSPTM的指令系统提供具有较高运算速度的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′nSPTM家族运用在复杂的数字信号处理方面,既便利又比专用DSP芯片价廉.
(3)指令系统功能强效率高.μ′nSPTM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.
(4)功耗低电压低.μ′nSPTM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′nSPTM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 多功能集成SPCE061A功能描述
2.1 SPCE061A简介
SPCE061A是继μ′nSPTM系列产品SPCE500A等之后,凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器.SPCE061A里内嵌了32k字的闪存FLASH.较高的处理速度,使μ′nSPTM能够非常容易地快速处理复杂的数字信号,以μ′nSPTM为核心的SPCE061A微控制器,也适用在数字语音识别应用领域.SPCE061A在2.6～3.6V工作电压范围内,工作速度范围为0.32～49115MHz,较高的工作速度使其应用领域进一步拓宽.2k字SRAM和32k字闪存FLASH仅占一页存储空间,32位可编程的多功能I/O端口:两个16位定时器/计数器,32768Hz实时时钟,低电压复位/监测功能,8通道10位模—数转换输入功能,并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式,双通道10位DAC方式的音频输出功能??.SPCE061A是数字声音和语音识别产品的一种非常经济的应用.
2.2 SPCE061A的性能
(1)16位μ′nSPTM微处理器内核;CPU时钟0132～49115MHz;
(2)CPU的工作电压VDD为2.6～3.6V,I/O的工作电压VDDH为VDD～5.5V;
(3)内置2k字SRAM和32k闪存FLASH;
(4)系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)耗电小于2μA@3.6V;
(5)2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值);2个10位DAC(数—模转换)输出通道.32位通用可编程输入/输出I/O端口;7通道10位电压模—数转换器(ADC)和单通道声音模/数转换器;
(6)14个中断源可来自定时器A/B时基2个外部时钟源输入键唤醒;
(7)具备触键唤醒的功能,具备串行设备接口;
(8)使用凌阳音频编码SACMS240方式(2.4kbit/s)能容纳210s的语音数据,可编程音频处理;
(9)锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号;32768Hz实时时钟;
(10)声音模/数转换器输入通道,内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能;
(11)低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能;内置在线仿真电路ICE.
2.3 结构概览
SPCE061A的结构如图2所示.
图2 SPCE061A的结构
2.4 芯片的引脚排列和说明SPCE061A共有84个引脚,封装形式为PLCC84,它的排列如图3所示.
84个引脚中有空脚15个,其余管脚功能说明见附表
3 SPCE061A应用的最小系统
图4所示为最小系统的典型接线图[2]①.在OSC0和OSC1端接上晶振及谐振电容,在锁项环压控振荡器的阻容输入VCP端接上相应的电容、电阻后,即可工作.其他不用的电源端和地端接上104的独石电容和100μF的去耦电容以提高抗干扰能力.
4 SPCE061A的开发方法
SPCE061的开发是通过在线调试器PROBE实现的,它既是一个编程器(程序烧写器),又是一个实时在线调试器,用它可以替代在单片机应用项目的开发过程中常用的两件工具—硬件在线实时仿真器和程序烧写器.它利用了SPCE061片内置的在线仿真电路ICE和凌阳公司的在线串行编程技术,PROBE工作于凌阳IDE集成开发环境软件包下,其5芯的仿真头直接连接到目标电路板上.SPCE061相应管脚接在目标电路板上的CPU2SPCE061调试、运行用户编制的程序,PROBE的另一头是标准25针打印机接口,直接连接到计算机打印口与上位机通讯,在计算机IDE集成开发环境软件包下完成在线调试功能.图5是计算机、PROBE、用户目标板三者之间的连接示意图①.SPCE061A开发所使用的软件及资料可到台湾凌阳网站(http://www.sunplus.com.tw)查询或下载.
5 多功能集成SPCE061A的应用领域
多功能集成的SPCE061A可以应用在以下领域①:
(1)有语音功能的仪器仪表、家电产品和自动售货机等;
(2)智能语音交互式玩具;
(3)高级亦教亦乐类玩具;
(4)儿童电子故事书类产品;
(5)通用语音合成器类产品;
(6)需较长语音持续时间类产品;
(7)语音识别类产品.
参考文献:
[1] 李华.MCS251系列单片机实用接口电路[M].北京:北京航空航天大学出版社,1993.1202136.
[2] 方配敏.最新集成电路应用指南[M].北京:电子工业出版社,1996.2042215.
孟开元(西安石油大学计算机学院,陕西西安 710065)