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第二章 EM78系列单片机硬件结构 武汉威帆 (027)87644346

第二章 EM78系列单片机硬件结构

EM78系列单片机是采用低功耗、高速CMOS工艺制造的8位单片机，本章将以EM78X56（包括EM78156、EM78256、EM78456）为例来讲述EM78系列单片机的内部结构、存贮器、中断、I/O、看门狗、振荡器和电压检测器等特点。

2.1. 主要功能特点

·采用8位数据总线和13位指令总线独立分离的Harvard结构设计。

·采用RISC指令集，共有57条单字节指令，其中99%为单周期指令（对程序计数器PC指针 进行写操作除外）。

·1K～4KX13的程序存贮器（有OTP和掩膜二个版本）。 ·48个通用数据寄存器可直接寻址使用。 ·14个特殊功能寄存器。

·具有一个结构选择寄存器用于设置振荡器的工作方式等。 ·具有五级堆栈令程序嵌套更自由。

·两个双向三态I/O口，12个I/O线，可分别设置为上拉、下拉或集电极开路等。 ·具有三个硬件中断和一个软件中断。 ·两种工作模式：正常工作模式 2mA/5V

休眠模式 1μA/5V(可由I/O唤醒)

·具有R-OPTION功能，即用电阻的上拉、下拉来选择内部程序的执行。 ·一个带8位预置器的8位定时/计数器，一个看门狗定时器（WDT）。 ·采用先进的加密方法保证用户代码不被读出。

·工作电压：2.5～5.5V 工作频率DC～36MHZ、工作温度0℃～70℃。

2.2. EM78X56型号分类、命名方法及管脚功能说明

2.2.1. 型号分类(表2.1)：

型 号 EM78156 EM78256 EM78456 ROM（Bit） 1KX13 2KX13 4KX13 RAM（Byte） 56 56 56 I/O 12 12 12 最短指令周期 111ns 111ns 111ns 2.2.2. 命名方法:

EM 78 P 156 A P

封装形式P-DIP M-SOIC S-SSOP

内置电压检测功能 A-有 B-无 类型名 P：OTP； 没有“P”为MASK版本 单片机系列号

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2.2.3. EM78X56管脚功能描述

图2.1 EM78156管脚图(EM78256和EM78456管脚同上)

管脚名称 P50～P53 I/O I/0 功 能 PIC16C54/56 对应管脚名 RAO～RA3 P60～P67 I/O INT0 OSCI OSCO I/O I I/O RESET TCC VDD VSS I I —— —— P50～P53为双向I/O口,P50、P51同时为R-Option功能脚，P50～52能通过软件设置为下拉 P60～P67为双向I/O口，可通过软件设置为RBO～RB7 上拉或开路输出；另外，P60～63可设为下拉 外部中断输入脚，下降沿触发中断（P60） 无 XTAL型：晶体振荡器或外部时钟输入脚 OSC1 R C型 ：RC振荡器输入脚 XTAL型：晶体振荡器输出脚或外部时钟输入OSC2 脚。 RC型：输出一个指令周期的时钟信号 施密特触发输入脚，当该脚保持低电平时，MCLR 单片机复位 实时时钟/计数器输入脚，施密特触发，当RTCC 该脚不用时，必须接地或VCC 电源 VDD 地 VSS 表2.2 EM78X56管脚功能描述

2.3. EM78内部结构框图

EM78X56在片内集成了一个8位算术运算单元ALU和工作寄存器ACC、1K～4KROM、56个RAM、12个I/O口，8位预置器（Prescaler）及8位计数器（TCC）、振荡器、看门狗、五级堆栈、中断控制器、指令寄存器、译码器和其它一些寄存器等。内部框图如图2.2所示： EM78系列单片机采用8位数据/控制总线和13位指令总线独立分离的Harvard结构，流水线指令，即当一条指令在执行中，下一条指令已被从ROM取出放在指令寄存器等待执行，如此EM78系列几乎全部为单周期指令，执行速度更快。

EM78系列数据存贮器均可视为寄存器来寻址编程，分工作寄存器和特殊功能寄存器二大类,2.5节将详细讲述寄存器的使用方法。

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图2.2 EM78X56内部功能框图

2.4. 程序存储器和堆栈

2.4.1. 程序存储器

EM78X56内部程序存储器和堆栈示意图如下:

EM78456 8Bit EM78256/456 A11 A10 A9 A8 A7～A0 堆栈1 CALL、RET 堆栈2 RETL 堆栈3 RETI 堆栈4 椎栈5 000：复位地址 000 001：软件中断向量地址 pageo 008：硬件中断向量地址 3FF

EM78156

400 page1 7FF EM78256 800 page2

BFF EM78456 C00 page3 FFF EM78456 图2.3 程序存储器结构框图

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MOV R2，A A9=A8=0 ADD R2，A A9=A8 =0

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PC指针(寄存器R2)和堆栈的位数依照型号EM78156、EM78256、EM78456分别是10位、11位、12位，即寻地空间分别为1K、2K和4K，一个程序页面为1K。页面选择通过设定状态寄存器R3的Bit6（PS1）. Bit5 (PS0)来完成，内容下表(表2.3)所示:

PS1（R3.6） 0 0 1 1 PSO（R3.5） 程序页面地址 0 1 1 1 0页[000-3FF]EM78X56没有PS1、PS0 1页[400-7FF]EM78256/456 2页[800-BFF]EM78256/456 3页[C00-FFF]EM78456 ·对EM78156μPS1、PS0位为通用读/写位 ·对EM78256μPS1为通用读/写位

EM78X56可在同一页面内直接跳转(JMP)和调用子程序(CALL)，即JMP时装入目标地址至PC的低10位,CALL时装入目标地址至PC的低10位,且PC+1压栈,调用同1K页面内的任何程序。

在EM78256/EM78456中，当需要跳转或调用不同页面的子程序时，则须在调用前将修改R3的PS0/PS1、PS0，执行JMP或CALL后将状态寄存器R3的PS0/PS1、PS0载入PC的A10/A11、A10。

有一情况需特别注意：对PC（R2）进行直接操作指令如“MOV R2、A”、“ADD R2、A”、“BC R2，0”都将导致PC之第9及第10位（A9、A8）被清零，因此此类情况产生的任何跳转都限定在同一页面的前256个地址（查表指令的使用均在此限制内）

2.4.2. 堆栈

EM78X56有五级堆栈,遵循后入先出的原则实现程序多至五级嵌套调用.通常堆栈使用如下:

当CALL和中断响应时PC+1压栈;

当子程序或中断返回,执行RET、RETL(带参数返回)、RETI(中断返回),将栈顶值(栈1)弹回程序计数器PC、同时将堆栈2的值拷贝到堆栈1，堆栈3的值拷贝到堆栈2，以此类推。 要注意的是RET、RETL、RETI指令并没有改变R3中的PS0～PS1位便返回到原来调用程序的页面,所以当从一次跨页的子程序调用返回时,一定要用指令恢复R3中原先的PS0、PS1值。

2.5. 数据存储器RAM结构

EM78X56的数据存储器分工作寄存器、特殊功能寄存器和一般通用寄存器三大类,如图2.4所示:

2.5.1. 工作寄存器

1.R0间接寻址寄存器

RO并非一个实际工作的寄存器，只作为间接寻址用。任何对RO进行操作的指令，实际上是存取由RAM选择寄存器R4所指定的RAM内容。

2.R1（TCC）

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此寄存器为8位定时/计数器，可由程序进行读/写操作。它用于对外加在TCC脚上的脉冲进行计数，或对内部时钟计数。

3.R2（程序计数器PC）和堆栈

·在复位情况下，R2被清零，地址指向OOOH

·对R2进行写操作的指令一定需要二个指令周期，其它有关R2和堆栈的内容§2.4中所述. R0 00

R1（TCC 01 CONT

02 03 04 05 06 0B 0C 0D 0E 0F 10 11 . . . 3F

R2（PC） R3(Status） R4(RSR) R5(Port5) R6(Port6) 堆栈 (5 级) IOC5 IOC6 IOCB IOCC IOCD IOCE

RF IOCF R10 . . . . 48X8 通用 寄存器 R3F 图2.4 RAM结构图

4．R3状态寄存器（STATUS）

如下表所示，R3包括ALU运算标志、页面标志、复位状态等 7 6 5 4 3 2 1 0 GP PS1 PS0 T P Z DC C

Bit0(C) :进位标志 Bit1(DC):辅助进位标志

Bit2(Z) ：零标志，当一算术或逻辑运算结果为“0”时，则置该位为“1” Bit3(P) :掉电模式位。当系统上电时或执行“WDTC”指令后，置该位为“1”；当执行

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