CN201060393Y - 一种8位在线调试微控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种8位在线调试微控制器，其结构包括内核和外设。所述内核其结构进一步地包括中央处理单元、数据存储器、程序存储器、时钟发生器和算术逻辑单元；所述外设进一步地包括I/O端口、复位电路、监视定时器、定时器、捕捉/比较/脉宽调制模块、模/数转换器、多种高速串行通信方式、模拟比较器、液晶显示驱动和可编程低电压检测。本实用新型扩展了芯片的程序和数据存储空间，提高了芯片集成度，增加了在线调试功能，从而扩大了芯片的应用领域。

Description

一种8位在线调试微控制器

技术领域

本实用新型属于半导体集成电路设计领域，具体涉及一种8位在线调试微控制器。

背景技术

随着集成电路工艺技术的提高尤其是CMOS工艺的高速发展，越来越多的MCU运用到社会的各个领域。比如在工业控制、白色家电、消费电子等领域，使用者不仅要求MCU能完整地实现目标功能，而且要求MCU具有高抗干扰性、稳定性、兼容性、集成度、以及低功耗和低成本等。然而，目前市场上的微控制器存在以下许多不足之处：MCU多采用掩膜和OTP工艺，不支持多次擦写，一旦程序烧写错误，将会造成极大的浪费；即使芯片采用Flash闪存工艺，也很少具备高抗干扰性和高电磁兼容性；集成度不高，不能满足用户的多功能、低成本要求；不能进行在线调试，灵活性和稳定性较差，用户在系统开发时耗费的时间和精力较多。

实用新型内容

为了解决不能进行在线调试的缺陷，本实用新型提供一种新型的带在线调试功能的8位微控制器，使得微控制器的抗干扰性能增强，集成度提高，生产成本降低，操作更加灵活方便。

本实用新型至少包括内核和外设，所述内核至少包括：中央处理单元，用于控制系统各个模块完成整个系统各个功能；逻辑运算单元，主要功能是完成整个系统的逻辑运算；数据存储器，用于数据的存储；程序计数器，用于通过计数操作来控制程序的执行；程序存储器，用于程序的存储；堆栈，用于处理中断时数据的存储；时钟发生器，用于为整个系统提供不同的工作时钟。所述外设至少包括：输入/输出端口，通过数据总线与系统的各个模块进行数据传输；复位电路，用于重新设置系统的各个模块使系统进入相应的工作模式；液晶显示驱动电路，为液晶显示面板提供驱动；高速同步串行口，可工作在2种模式下；高速异步接收发送器，可工作在2种模式下；高速可寻址同步异步收发器，可工作在6种工作模式下；模/数转换器，通过逐次逼近的方法将一个模拟信号精确地转化为数字信号，具有高分辨率；模拟比较模块，由2个模拟比较器组成，其输入为两个模拟信号，输出为一个数字信号，输入信号可以是内部信号也可以是外部信号，所述逻辑运算单元、数据存储器、程序计数器、程序存储器、堆栈、时钟发生器、及所述外设通过总线与所述中央处理单元通讯；本实用新型采用两线在线串行编程，支持在线调试功能。

本实用新型还包括定时器模块，该定时器模块包括5个定时/计数模块。其中3个为8位定时器，2个为16位定时器，以上定时器均具有基本的定时和计数功能，中央处理单元可对其进行读写操作。其中部分定时器具有预分频器和后分频器。

本实用新型包括一个液晶驱动模块。所述液晶驱动模块带有可选择预分频比的LCD时钟源，可配置多种LCD偏置模式和多种复用模式。模块可驱动多个公共端和多个段的面板。

本实用新型包括一个模/数转换器，为10位8通道。通过逐次逼近的方法将一个模拟信号精确地转化为数字信号，具有高分辨率。

本实用新型具有3种高速串行通讯方式：高速可寻址通用同步异步接收发送器(HAUSART)、高速通用异步接收发送器(HUART)和高速同步串行口(HSSP)。

本实用新型的模拟比较模块由两个模拟比较器组成。比较器的输入为2个模拟信号，输出为数字信号。

由于程序存储器增大了容量，并采用闪存Flash工艺，本实用新型支持多次擦写，方便了系统开发者进行程序的修改和整理；本实用新型抗干扰能力和集成度得到了提高；本实用新型采用两线在线串行编程，支持在线调试功能。因此，本实用新型不仅方便了操作以及程序编写，大大减少程序出错率，而且有效地降低许多消费类应用的整体系统成本。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

具体实施方式

下面结合附图与实施例进一步说明本实用新型。

图1是本实用新型的结构框图。如图1所示，本实用新型包括内核和外围电路。所述内核的结构进一步地包括中央处理单元(CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)、时钟发生器(CLK)、算术逻辑单元(ALU)、堆栈和程序计数器；所述外围电路的结构进一步地包括I/O端口、复位电路、监视定时器(WDT)、定时器(timer)、捕捉/比较/脉宽调制模块(CCP)、模/数转换器(A/D)、高速同步串行口(HSSP)、高速可寻址通用同步异步接收发送器(HAUSART)、高速通用异步接收发送器(HUART)、模拟比较器(COMP)、液晶显示驱动(LCD)和可编程低电压检测器PLVD。

中央处理单元执行指令的过程如下：首先中央处理单元根据程序计数器的值从程序存储器中取出当前指令，放入相应的指令寄存器，然后进行译码，转换为中央处理单元可识别的微码。然后中央处理单元根据不同的微码从数据存储器中读出相应的数据，送入逻辑运算单元进行不同的逻辑运算，运算后的结果放入相应的数据存储器中。当执行完一条指令后，程序计数器的值自动加，取下一条指令。由此，如上述过程不断执行程序。当发生中断时，当前的地址自动压栈保护，之后进入中断处理，当中断返回时，堆栈中的PC地址会自动弹回至程序计数器，从而继续执行程序。堆栈既不占用程序存储空间，也不占用数据存储空间。当发生复位时，中央处理单元则根据不同的复位重新设置系统的各个模块，进入相应的工作模式。微控制器的各个外设模块则由中央处理单元通过数据总线进行控制。

所述数据存储器为656×8位，包括特殊寄存器和通用寄存器，其中特殊寄存器为192×8位，通用寄存器为464×8位，可以通过地址映射电路把分布在不同的区和数据空间的特殊寄存器和通用寄存器的物理地址映射到连续的物理地址上。所述通用寄存器采用单端口，异步低功耗SRAM实现。

所述程序存储器为8K×16位或16K×16位，采用闪存Flash工艺，能实现多次地快速擦写，方便系统开发者进行程序的修改和整理。本实用新型采用大容量的ROM和RAM，可满足不同使用者的开发需求，扩大了微控制器的使用范围。

所述逻辑运算单元主要功能是完成整个系统的运算；

所述堆栈既不占用程序存储空间，也不占用数据存储空间。所述堆栈主要用于系统发生中断时，系统数据的存储。

所述程序计数器用于通过计数操作来控制程序的执行。具体为当执行完一条指令后，程序计数器的值自动加1，取下一条指令。

所述时钟发生器为整个系统提供不同的工作时钟。

所述监时定时器模块用于检测中央处理单元是否有故障，并且可以使中央处理单元从故障状态回复到正常状态。

所述定时器包括5个定时/计数模块：TIMER0、TIMER1、TIMER2、TIMER3、TIMER4和TIMER5。其中3个为8位定时器，2个为16位定时器。以上定时器均具有基本的定时和计数功能。中央处理单元可对其进行读写操作。其中部分定时器具有预分频器和后分频器。

所述CCP模块10包括两路CCP，分别为功能相同的CCP1和CCP2，它们分别有两个8位寄存器组成(CCPRXH、CCPRXL)。CCP模块具有捕捉功能和比较功能。捕捉功能开始后，定时器会根据设定自动递增，而CCP模块会一直检测该CCP模块引脚的状态，当引脚的状态变化符合所设定的事件时，16位的TIMER1值即累计值便会被捕捉到CCPR1寄存器(CCP1H:CCP1L)中，并产生一个中断。比较功能开始后，TIMER1中的值(16位TIMER1寄存器的值)会一直和CCPR1寄存器(CCP1H:CCP1L)比较，当两个寄存器的内容相同时，发生比较吻合事件，所述的吻合事件会去驱动事先设定的事件，并产生比较吻合中断。在PWM(脉宽调制)方式中，CCP1脚可产生一个10位分辨率的PWM输出。

所述模/数转换器为10位8通道A/D。通过逐次逼近的方法将一个模拟信号精确地转化为数字信号，具有高分辨率。所述模/数转换器包括四个寄存器：A/D结果寄存器，用于存放模/数转换的结果；A/D控制寄存器1，用于控制模/数转换器的操作；A/D控制寄存器2，用于选择模/数转换的时钟；A/D引脚选择寄存器，用于控制A/D转换引脚作为模拟输入口或数字口。

所述HSSP模块可工作在两种模式下，分别为串行外围接口(HSPI)模式和芯片间总线(HIIC)模式。所述HSPI由一个发送/接收移位寄存器(SSPSR)和一个缓冲寄存器(SSPBUF)组成，具有主控模式和从动模式两种工作方式。HSPI方式允许8位数据同时地同步发送和接收，使用三个引脚，分别为串行数据输出、串行数据输入和串行时钟，在从动模式下需要使用第四个引脚从动模式选择引脚。所述的四个引脚可复用。所述HIIC工作速率可以兼容100Kb/s和400Kb/s两种标准；所述HIIC支持主控工作模式也支持从动工作模式。数据在HIIC总线上进行传输的过程中，主控器和从动器处于两个相反的状态，且在一次通信过程中一般不发生转换。HSSP工作在HIIC模式下由5个寄存器控制，分别为HSSP控制寄存器、状态寄存器、串行传输/接收缓冲器、移位寄存器和地址寄存器。控制寄存器主要用于控制数据传输过程中的各个状态；状态寄存器提供数据传输的状态，主要提供HIIC传输的启动和结束位的检测，检测接收到是数据还是地址，检测是读操作还是写操作，检测下一字节是否是完整的10位地址；移位寄存器用于芯片输入输出数据的移位；串行传输/接收缓冲器用于保存在接收的数据准备好之前写入移位寄存器的数据；地址寄存器用于存放从动器件的地址。

所述高速可寻址同步异步收发器HAUSART模块包括以下工作模式：异步发送模式、异步接收模式、同步主控发送模式、同步主控接收模式、同步从动发送模式和同步从动接收模式。

所述高速异步接收发送器HUART包括2种工作模式：异步发送模式和异步接收模式。HUART有6个控制寄存器，分别为发送状态和控制寄存器、接收状态和控制寄存器、发送寄存器、接收寄存器、波特率产生寄存器。所述发送寄存器和接收寄存器用于串行数据在发送和接收时8位数据的存储，波特率产生器用于产生HUART工作时钟。

所述模拟比较器由两个模拟比较器组成，其输入为两个模拟信号，输出为一个数字信号，输入信号可以是内部信号也可以是外部信号。参考电压可选择外部参考电压或内部参考电压。内部参考电压由内部参考电压模块提供并输入。当输入正端电压大于输入负端电压时输出数字“1”高电平，当输入正端电压小于输入负端电压时输出数字“0”低电平。其输入信号可以是内部信号或外部信号。当任意一个模拟比较器的输出有变化且中断位使能时模块就会产生中断，并进行中断处理。比较器的中断能唤醒CPU。

所述LCD模块带有可选择预分频比的LCD时钟源，可配置多种LCD偏置模式和多种复用模式。模块可驱动多个公共端和多个段的面板。所述液晶驱动模块通过产生时序来驱动静态或复用的LCD面板。本实用新型的LCD最多可驱动4个公共端和42个段的面板。LCD驱动模块有3个可选择预分频比的LCD时钟源，分别为系统时钟的8192分频信号，定时器1晶振的32分频信号以及内部低频晶振的32分频信号。LCD驱动模块可配置3种LCD偏置模式，分别为静态偏置(两种偏置电压等级)、1/2偏置(三种偏置电压等级)和1/3偏置(四种偏置电压等级)。LCD驱动模块可配置4种复用类型，分别为静态复用(使用一个公共端)、1/2复用(使用两个公共端、1/3复用(使用三个公共端)和1/4复用(使用四个公共端)。

所述可编程低电压检测PLVD模块16用于对微控制在低电压状态时的检测，与其相关的寄存器有低电压检测寄存器和波周期寄存器。低电压寄存器可设置检测的限制电压以及是否使能检测。波周期寄存器可与低电压检测寄存器配合设置低电压滤波时间。

所述I/O端口通过数据总线与系统的各个模块进行数据传输。

所述复位电路用于系统的复位。

本实用新型的主要特点是能够进行在线调试。两线(时钟线和数据线，时钟和数据分别通过以上两线输入到微控制器。)在线串行编程方式是指通过串口的方式用时钟进行控制和编程。所述在线调试是指内嵌串口调试的在线调试方式。微控制器通过控制模式切换电路与在线调试器相连，该模式切换电路可切换芯片进入正常模式或仿真模式。在仿真模式下，通过控制串行时钟和串行数据进入各种仿真模式，从而进行在线调试。

以上所述的实施例仅为说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此来限定本实用新型的保护范围，即依本实用新型所揭示的精神所作的均等变化或修改仍应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种8位在线调试微控制器，其结构至少包括内核和外设，所述内核至少包括：

中央处理单元，用于控制系统各个模块完成整个系统各个功能；

逻辑运算单元，主要功能是完成整个系统的逻辑运算；

数据存储器，用于数据的存储；

程序计数器，用于通过计数操作来控制程序的执行；

程序存储器，用于程序的存储；

堆栈，用于处理中断时数据的存储；

时钟发生器，用于为整个系统提供不同的工作时钟，

所述外设至少包括：

输入/输出端口，通过数据总线与系统的各个模块进行数据传输；

复位电路，用于重新设置系统的各个模块使系统进入相应的工作模式；

液晶显示驱动电路，所述液晶显示驱动电路可驱动多个公共端和多个段的面板；

高速同步串行口，可工作在2种模式下；

高速异步接收发送器，可工作在2种模式下；

高速可寻址同步异步收发器，可工作在6种工作模式下；

模/数转换器，通过逐次逼近的方法将一个模拟信号精确地转化为数字信号，具有高分辨率；

模拟比较模块，由2个模拟比较器组成，其输入为两个模拟信号，输出为一个数字信号；

所述逻辑运算单元、数据存储器、程序计数器、程序存储器、堆栈、时钟发生器、及所述外设通过总线与所述中央处理单元通讯；

其特征在于：所述的一种8位在线调试微控制器采用两线在线串行编程，支持在线调试功能。

2.根据权利要求1所述的一种8位在线调试微控制器，其特征在于：所述微控制器还包括定时器模块，所述定时器模块包括5个定时/计数模块，其中3个为8位定时器，2个为16位定时器。

3.根据权利要求1所述的一种8位在线调试微控制器，其特征在于：所述的8位在线调试微控制器包括一个液晶驱动模块，所述液晶驱动模块带有可选择预分频比的液晶驱动时钟源，可配置多种液晶驱动偏置模式和多种复用模式，可驱动多个公共端和多个段的面板。

4.根据权利要求1所述的一种8位在线调试微控制器，其特征在于：所述的一种8位在线调试微控制器采用多通道模/数转换器。

5.根据权利要求1所述的一种8位在线调试微控制器，其特征在于：所述的一种8位在线调试微控制器具有3种高速串行通讯方式。

6.根据权利要求5所述的一种8位在线调试微控制器，其特征在于：所述的高速串行通讯方式包括高速同步串行口、高速异步接收发送器和高速可寻址同步异步收发器。

7.根据权利要求1所述的一种8位在线调试微控制器，其特征在于：所述模拟比较模块包含2个模拟比较器，能对2个模拟信号进行比较，输出数字信号。

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