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１ 前言 隨著電子技術的發展以及集成電路規模的不斷擴大，工業等各應用領域對于核心芯片的要求越來越苛刻。因而，計算機芯片也朝著高速化、專業化、模塊化、功能化、低功耗、低電壓工作等方向不斷地發展、更新。 Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司的ＰＩＣ系列單片機以其內置Ｆｌａｓｈ以及精簡指令集等技術特點成為中低檔８位單片機的主流產品，但是在一些復雜系統應用中，它仍存在一些缺陷和不足。為此，Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司新推出了ｄｓＰＩＣ３０Ｆ系列１６位單片機。它是一種具有單片機和ＤＳＰ綜合功能的１６位ＣＰＵ，不但保留了單片機的基本性能、豐富了外圍模塊，還兼具ＤＳＰ的高速運算能力，是嵌入式系統設計的最佳解決方案之一。由于集多種功能于單一芯片，從而大大節省了電路板空間。目前開發的ｄｓＰＩＣ３０Ｆ產品主要分為通用系列、電機控制和電源變換系列、傳感器系列等。其中ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０以其豐富的外圍模塊、Ｉ／Ｏ接口、可支持多種電機控制等特點，廣泛應用于電機控制、開關電源控制等領域。該單片機在許多應用中優于３２位控制器。ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０的主要特點有： ●Ｆｌａｓｈ程序空間容量大，外圍部件豐富； ●強大的中斷能力，可靈活處理中斷； ●編程開發能力強大，可支持Ｃ編譯，并可方便地與ＰＩＣ系列單片機結合使用； ●強大的ＤＳＰ演算能力，與其它ＤＳＰ的指令集相比，ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０只有８４個基本指令且多為單周期指令，從而大大簡化了編程效率； ●內嵌ＳＰＩ、ＵＡＲＴ、ＣＡＮ等多種通訊模塊，且具有適合于電機控制的８通道ＰＷＭ以及正交編碼接口器； ●內含１０位高速Ａ／Ｄ和１６位深度結果緩沖區，有多種數據方式；可在睡眠方式下進行轉換；同時具有多種時鐘模式； ●寬范圍工作電壓（２．５Ｖ～５．５Ｖ），大大優于其它單片機的５Ｖ工作電壓和ＤＳＰ的３．３Ｖ工作電壓。 ２ ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０的結構特點 ２．１ ＣＰＵ結構 ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０采用改進型哈佛結構，ＣＰＵ核具有２４位寬指令字。ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０的硬件結構框圖如圖１所示。它的ＰＣ指針為２３位寬（最低位恒為“０”），可尋址４Ｍ×２４位程序存儲器空間。除了跳轉、表格等指令外，所有的指令均在一個周期內完成。指令采用流水線操作方式，分為ＭＣＵ和ＭＡＣ等級指令，適合Ｃ編譯。ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０擁有１６個１６位工作寄存器（Ｗ０～Ｗ１５），可作為數據、地址或地址偏移量寄存器，其中Ｗ１５還可作為ＣＡＬＬ指令或中斷的軟件堆棧指針。ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０共有５４個中斷源和８個不可屏蔽陷阱，每個中斷源有７個中斷優先級，可通過狀態寄存器進行軟件編寫，故可靈活控制中斷，中斷控制器可支持５個外部中斷（ＩＮＴ０～ＩＮＴ４）請求。 ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０與ＰＩＣ單片機最大的區別在于其內嵌一個ＤＳＰ高速引擎，從而提高了ＣＰＵ核的運算能力。ＤＳＰ引擎包括一個１７×１７乘法器、一個４０位ＡＧＵ、兩個４０位飽和累加器、一個４０位雙向桶形移位器。ＤＳＰ引擎的引入可以方便單片機快速、高效地進行一些數據處理，以提高整個系統的實時性。 ２．２ 數據ＲＡＭ結構 ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０的數據存儲器為１６位寬，共３２Ｋ字。圖２是整個數據存儲器映射圖，其中特殊功能寄存器共２ｋＢ，地址為０ｘ００００～０ｘ０７ＦＦ，主要包括ＣＰＵ和外圍設備的控制或狀態寄存器。ＲＡＭ地址從０ｘ８０００開始，分為Ｘ數據存儲器和Ｙ數據存儲器，可分開作為２個單獨的數據空間（相對于一些ＤＳＰ指令而言），也可合并作為線性數據空間（相對于ＭＣＵ指令而言）。每個存儲器都有自己的ＡＧＵ地址發生單元。雙源ＤＳＰ操作的ＭＡＣ等級指令可對 Ｘ和Ｙ數據存儲器進行操作，從而把數據空間分成兩部分以分別存放兩個操作數。ＭＣＵ指令只能通過Ｘ存儲器的ＡＧＵ來尋址整個寄存器的數據空間，以便以Ｗ寄存器作為地址指針來進行讀／寫操作。數據存儲器頂部的３２ｋＢ數據可任意映射到１６ｋ字程序空間中。ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０的大部分指令都能夠進行數據存儲器的讀／寫、工作寄存器（數據）讀、程序存儲器讀３個操作。對于ＤＳＰ指令，用Ｗ８和Ｗ９可執行Ｘ存儲器空間內的儲存器讀寫，若指向Ｙ存儲器，則返回“０”，如果指向未執行的地址，將產生錯誤的地址捕捉。同理，Ｗ１０和Ｗ１１作為Ｙ存儲器的地址指針。８ｋＢ的近似數據空間可以直接通過工作寄存器指令形成的１３位絕對地址來存取。 ２．３ 程序存儲器結構 圖３所示的程序存儲器映射圖分為兩部分：用戶程序空間和用戶配置空間。用戶程序空間包括復位矢量、中斷矢量表、程序存儲器和數據ＥＥＰＲＯＭ存儲器；配置空間包括一些設備配置寄存器以及器件的ＩＤ位等。ＰＣ指針最低位恒為“０”，增量為２。 訪問４Ｍ×２４位程序存儲器的方法有三種，第一種是通過２３位ＰＣ指針；第二種是通過特殊的表格讀／寫指令（ＴＢＬＲＤＬ、ＴＢＬＷＴＬ、ＴＢＬＲＤＨ和ＴＢＬＷＴＨ），第三種是通過ＰＳＶ操作模式（程序空間可見）把１６ｋ字程序空間頁面映射到數據存儲器地址空間的高３２ｋＢ。 ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０的外圍模塊比ＰＩＣ豐富許多。首先，通信模式增加了ＣＡＮ模塊接口，其它通信模塊的數量也增加了，因而可適應大系統的設計需求。其次，ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０有５個１６位ｔｉｍｅｒ模塊，其中ＴＭＲ２和ＴＭＲ３、ＴＭＲ４和ＴＭＲ５可以分別組合成３２位定時器，程序員可以選擇多種工作方式，例如１６位／３２位定時器、３２位同步計時器、門控等模式。此外，ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０還增加了電機控制ＰＷＭ模塊以及積分編碼模塊。 ３ 指令特點 ｄｓＰＩＣ３０Ｆ系列單片機在增加了ＤＳＰ功能后，其指令也只有８４條，因此，和其它ＤＳＰ相比，可大大簡化編程難度。ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０在指令上的主要特點有： （１）ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０的指令格式有別于ＰＩＣ單片機，它的格式為： 操作符 源操作數 目的操作數，此外還增加了許多三操作數指令； （２）ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０為１６位ＣＰＵ，因而在指令操作上有字操作和字節操作兩種模式，可實現８位和１６位操作； （３）ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０除了保留有ＰＩＣ單片機的大部分指令功能外，還增加了許多傳送、數學運算、邏輯運算指令；相比ＰＩＣ單片機，它的最大優點是增加了乘除法指令，因而可大大減少編程難度并優化程序。為了適應字操作，相應增加了減２、加２等指令； （４）增加了相應的ＤＳＰ功能指令，如ＤＳＰ指令、程序流指令等； （５）由于有多種堆棧形式，因而也就增加了不同形式的堆棧指令。 ４ 編程示例 ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０可支持Ｃ編譯、匯編以及混合編譯等多種模式，用戶可根據自身能力選擇不同的編程方式。 ４．１ Ｃ編譯 ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０的編程模式基本上和Ｃ語言及其它單片機或ＤＳＰ的Ｃ編譯相似，下面以Ａ／Ｄ采樣為例給出其編程應用，設計時需要注意的是： （１）寄存器必須大寫； （２） 直接對某些位進行操作時,可在該寄存器后加ｂｉｔｓ，如ＡＤＣＯＮ１ｂｉｔｓ．ＡＤＯＮ＝１； （３） 牢記先定義后使用的原則,調用的數學函數必須由編譯軟件庫函數所支持。 ｉｎｔ ｍａｉｎ (ｖｏｉｄ) ? ;主程序 { ｐｏｒｔｉｎｉｔｉａｌ(); ａｄｉｎｉｔｉａｌ(); ＡＤＣＯＮ１ｂｉｔｓ．ＡＤＯＮ＝１; ＡＤＣＯＮ１ｂｉｔｓ．ＳＡＭＰ＝１; ｄｅｌａｙ(); ＡＤＣＯＮ１ｂｉｔｓ．ＳＡＭＰ＝０; … … … … } ｖｏｉｄ ｐｏｒｔｉｎｉｔｉａｌ()? ;初始化Ｉ／Ｏ口 { ＴＲＩＳＥ＝０ｘ００００; ＰＯＲＴＥ＝０ｘ００００; } ｖｏｉｄ ａｄｉｎｉｔｉａｌ()? ;ＡＤ初始化子程序 { ＡＤＣＯＮ１＝０ｘ２２０８; ＡＤＣＯＮ２＝０ｘ００００; ＡＤＣＯＮ３＝０ｘ００００;? ＡＤＣＨＳ＝０ｘ００００; ＡＤＣＳＳＬ＝０ｘ００００; ＡＤＰＣＦＧ＝０ｘ００００; ＩＦＳ０ｂｉｔｓ．ＡＤＩＦ＝０; ＩＥＣ０ｂｉｔｓ．ＡＤＩＥ＝１; } ｖｏｉｄ ｄｅｌａｙ() ?;延時子程序 { ｆｏｒ (ｊ＝１０００;－－ｊ;) ｃｏｎｔｉｎｕｅ? } ４．２ 混編技術 在Ｃ語言中調用匯編語言時，只要在Ｃ匯編中定義一個ｅｘｔｅｒｎ型變量或函數并在其前面加一前綴（ ）即可。如在Ｃ程序中： … … … … ｅｘｔｅｒｎ ｖｏｉｄ ｍｏｄｕｌｏ(ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ＊, ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ＊, ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ)；聲明函數類型 … … … … ｉｎｔ ｍａｉｎ (ｖｏｉｄ) {… … … … ｍｏｄｕｌｏ( ａｒｒａｙ１, ａｒｒａｙ２, ＰＲＯＤＬＥＮ－１);在Ｃ程序中調用 … … … … } 在匯編中調用： ．ｇｌｏｂａｌ_ｍｏｄｕｌｏ ；定義全局變量 _ｍｏｄｕｌｏ： … … … … ．ｅｎｄ ５ 結束語 在某些應用場合，綜合了１６位單片機和ＤＳＰ功能的ｄｓＰＩＣ３０Ｆ器件要大大優于３２位單片機，而且可降低成本，同時，Ｃ代碼效率也降低了對存儲器的需求，從而緩解了１６位單片機和低端數字信號處理器ＤＳＰ存在的性能差。由于它本身的ＤＳＰ功能大大提高了運算和響應能力，因而提高了系統的實時性，可完全適應現代工業控制技術發展的要求。豐富的外圍模塊以及Ｉ／Ｏ設備，必然使得ｄｓＰＩＣ３０Ｆ在未來的ＤＳＰ市場中占有重要地位。目前，該產品已經開始在電機控制、網絡連接、語音和音響、電源變換和監視、傳感器控制、汽車控制等領域中開發應用。可以預見，隨著ｄｓＰＩＣ３０Ｆ系列產品的不斷開發和完善，以及開發工具、開發軟件的不斷豐富，ｄｓＰＩＣ３０Ｆ必將得到廣大用戶的青睞。 |
