微控拉力實驗機

基于RISC架構(gòu)的微控制器

MAXQ2000微控制器是Maxino/Dallas公司推出的一款基于RISC架構(gòu)的16位微控制器。理解這款微控制器的一些結(jié)構(gòu)特點，可以使我們更好地理解RISC結(jié)構(gòu)微控制器的最新發(fā)展趨勢和技術(shù)特點，從而為我們構(gòu)建新型系統(tǒng)提供更加理想的選擇。MAXQ2000的指令讀取和執(zhí)行操作在一個周期內(nèi)完成，而沒有流水線操作，這是因為指令既包含了操作碼也包括了數(shù)據(jù)。字母Q表示這款微控制器的一個重要特點便是"安靜"，MAXQ架構(gòu)通過智能化的時鐘管理來降低噪聲.這意味著MAXQ只向那些需要使用時鐘的電路提供時鐘，這樣既降低了功耗，又為模擬電路的整合提供了一個最安靜的環(huán)境。它包含液晶顯示(LCD)接口，最多可以驅(qū)動100或132段(兩種版本)。這款微控制器的功耗指標和MIPS/MHz代碼效率方面都在同類微控制器當中遙遙領(lǐng)先.下面介紹MAXQ2000的主要特性。

指令集由23條對寄存器和存儲器進行操作的固定長度的16位指令組成。指令集高度正交，允許算術(shù)和邏輯操作使用累加器和任何寄存器。特殊功能寄存器控制外圍設(shè)備，并細分成寄存器模塊。產(chǎn)品系列的結(jié)構(gòu)是模塊化的，因此新的器件和模塊能夠繼續(xù)使用為現(xiàn)有產(chǎn)品開發(fā)的代碼.該結(jié)構(gòu)是基于傳送觸發(fā)的，這意味著對某一寄存器位置的讀或?qū)憰a(chǎn)生額外作用。這些額外作用構(gòu)成了由匯編器定義的高層操作碼的基礎(chǔ)，如ADDC、OR和JUMP等。

MAXQ2000具有32KB閃存、lKBRAM、4KB的內(nèi)部ROM存儲器塊和16級堆棧存儲器。存儲器缺省配置成Harvard結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)存儲器具有獨立的地址空間，還可以使能為Vorl Ncumann存儲器配置模式，即將固定用途ROM、代碼和數(shù)據(jù)存儲器放置到一個連續(xù)的存儲器映射中.這適合于需要進行動態(tài)程序修改或特殊存儲器配置的應(yīng)用。閃存程序存儲器可以通過16字密鑰進行密碼保護，從而防止未授權(quán)者訪問程序存儲器。同時，還具有3個數(shù)據(jù)指針，支持高效快速地處理數(shù)據(jù).

固定用途ROM由可以在應(yīng)用軟件中進行調(diào)用的子程序組成(缺省起始地址為8000H).包括:通過JTAG或UART接口進行在系統(tǒng)編程(引導加載程序);在電路調(diào)試程序;測試程序(內(nèi)部存儲器測試，存儲器加載等);用于在應(yīng)用閃存編程和快速查找表的用戶可調(diào)用程序。無論以任何方式復位，都從固定用途ROM開始運行程序。R。M軟件決定程序立刻跳轉(zhuǎn)到8000H位置、用戶應(yīng)用代碼的起始位置、還是上面提到的某特定用途子程序.用戶可訪問固定用途ROM中的程序，并且可以由應(yīng)用軟件調(diào)用這些程序。

器件的大多數(shù)功能是由寄存器組來控制的。這些寄存器為存儲器操作提供工作空間，并配置和尋址器件上的外設(shè)寄存器。寄存器分成兩大類:系統(tǒng)寄存器和外設(shè)寄存器.公共寄存器組也稱作系統(tǒng)寄存器，包括ALU、累加器寄存器、數(shù)據(jù)指針、堆棧指針等。外設(shè)寄存器定義了可能包含在基于MAXQ架構(gòu)的不同產(chǎn)品中的附加功能.

MAXQ2000同樣提供了先進的電源管理功能，根據(jù)系統(tǒng)不同時刻的不同性能需求，可以動態(tài)設(shè)置處理速度，從而大大降低功耗。通過軟件選擇分頻功能，來選擇系統(tǒng)時鐘周期是l、2、4或者8個振藹周期。為進一步降低功耗，還有另外三種低功耗模式，256分頻、32 kH。和停機模式。

提供多個中斷源，可對內(nèi)部和外部事件快速響應(yīng)。MAXQ結(jié)構(gòu)采用了單一中斷向量(IV)和單一中斷服務(wù)程序(ISR)設(shè)計。必須在用戶中斷程序內(nèi)清除中斷標志，以避免由同一中斷源引發(fā)重復中斷。當檢測到使能的中斷時，軟件跳轉(zhuǎn)到一個用戶可編程的中斷向量位置。

一旦軟件控制權(quán)轉(zhuǎn)移到ISR，可以使用中斷識別寄存器(IIR)來判定中斷源是系統(tǒng)寄存器還是外設(shè)寄存器。然后，就可以查詢特定模塊以確定具體中斷源，并采取相應(yīng)的操作。由于中斷源是由用戶軟件識別的，因此用戶可以為每種應(yīng)用確立一個獨特的中斷優(yōu)先級方案。

集成的硬件乘法器模塊執(zhí)行高速乘法、乘方和累加操作，并能在一個周期內(nèi)完成一個16位×16位乘法和累加操作。硬件乘法器由2個]6位并行加載操作數(shù)寄存器(MA，MB)和1個累加器組成。加載寄存器能夠自動啟動操作，從而節(jié)省了重復計算的時間。硬件乘法器的累加功能是數(shù)字濾波、信號處理以及PII)控制系統(tǒng)中的一個基奉單元，這使得MAXQ2000可以勝任需要大量數(shù)學運算的應(yīng)用。

Intel公司作為最早推出微處理器的公司，同樣也是最早推出微控制器的公司。繼1976年推出MCS-48后，又于1980年推出了MCS-51，為發(fā)展具有良好兼容性的新一代微控制器奠定了良好的基礎(chǔ)。在8051技術(shù)實現(xiàn)開放后，Philips、Atmel、Dallas和Siemens等公司紛紛推出了基于80C5l內(nèi)核(805l的CMC)S版本)的微控制器。這些各具特色的產(chǎn)品能夠滿足大量嵌入式應(yīng)用需求?；?0C51內(nèi)核的微控制器并沒有停止發(fā)展的腳步，例如現(xiàn)在Maxim/Dallas公司提供的DS89C430系列微控制器，其單周期指令速度已經(jīng)提高到了805l的12倍。

基于CISC架構(gòu)的微控制器除了80C51外，還包括Motorola提供的68HC系列微控制器，這也是大量應(yīng)用的8位微控制器系列。

基于RISC架構(gòu)的微控制器則包括Microchip的PIC系列8位微控制器等。在16位RISC架構(gòu)的微控制器中，Maxim公司推出的MAXQ系列微控制器以其高性能、低功耗和卓越的代碼執(zhí)行效率，成為許多需要高精度混合信號處理以及便攜式系統(tǒng)和電池供電系統(tǒng)的理想選擇。

微控制器(Microcontroller Unit，即MCU)可從不同方面進行分類:根據(jù)數(shù)據(jù)總線寬度可分為8位、16位和32位機;根據(jù)存儲器結(jié)構(gòu)可分為Harvard結(jié)構(gòu)和Von Neumann結(jié)構(gòu);根據(jù)內(nèi)嵌程序存儲器的類別可分為OTP、掩膜、EPROM/EEPROM和閃存Flash;根據(jù)指令結(jié)構(gòu)又可分為CISC(Complex Instruction Set Computer)和RISC(Reduced Instruction Set Computer)微控制器。