高性能单片机μPD70320的特点及应用

1. 概述

μPD70320是日本NEC公司生产的V25系列16位单片机，它具有功能强、可靠性高、速度快、兼容性好的优点。该芯片除CPU外还集成了512字节的 RAM、三个I/O口、8个模拟量输入端、两个DMA、两个定时器、两个全双工异步通讯口和一个中断控制器等电路，μPD70320具有先进的快速中断功能，特别适合实时多任务处理；采用严格的CMOS制造工艺，稳定工作范围宽，电源电压3～8V，可选用的晶振频率为1～6MHz，抗干扰，可在恶劣环境中使用；采用特殊的双总线结构，使用32位内部寄存器和6字节指令队列，在相同的时钟频率下，比8088快2～4倍；其指令集仅是8088的一个超集，把 PC机上的程序稍作修改就可在μPD70320上运行，因而开发它不需要特殊的开发装置和调试软件，因此可降低开发成本，加快开发进度。μPD70320 的引脚图如图1所示。

μPD70320与8088的寄存器和指令是一样的，差异在于μPD70320集成了众多外围芯片和由于内核不同而引起的时序关系的改变。新增的功能是通过特殊功能寄存器区（SFR）、片内数据区（IDA）以及特殊指令来实现的。SFR和IDA在512字节片内RAM中由高到低依地址连续排列，可以通过设置SFR中的片内数据区地址寄存器（IDB）的值来重新定位SFR和IDA在1MB内存的任意位置。IDB的值是20位地址的高8位，因此访问SFR就象访问内存一样。片内RAM地址映象如图2所示。

图2给出了SFR和IDA的分布情况、SFR用于访问片内周边单元；IDA主要用于快速寄存器的块切换（RBS）和宏服务功能（MSF）。

2. 特殊功能寄存器（SFR）

μPD70320有多种特殊功能的寄存器，现简述如下：

2.1 三个I/O口

每个口的每一个端均可通过设置口模式寄存器（PM）的相应位而成为输入或输出端，设置成1，表示输入；设置成0，表示输出。口模式控制寄存器（PMC）决定口的相应端是用于控制模式还是I/O模式，设置成1，表示控制模式；设置成0，表示I／0模式。接口寄存器（P）用于存取输入输出数据。

2.2 八个模拟量比较器输入

每个模拟输入（PTO～PT7）均可与参考电压（Vth）的分压值进行比较、PT端的电压大于分压值，PT寄存器相应位为1：反之为0。通过设置接口模式寄存器（PMT）的值（01H～10H）可改变分压比，分压值等于Vth与分压比／16的乘积。PT、PMT地址分别为××F38H、××F3BH。

2.3 两个16位定时器

每个定时器包括16位模数寄存器（MD)、16位减一寄存器（TD）、控制寄存器（TC）、宏服务寄存器（TMS）和中断控制器（TIC）。定时器0有连续和单次工作方式。定时器1仅有连续工作方式。

连续工作方式时：MD置好初值、TC的Bit5置1，启动定时器。当TD减至0时、MD自动加载模数到TD，TD又重新开始工作，如此循环下去直至TC的Bit5置0。

单次工作方式时：TD0和MD0都可单独作减1寄存器使用，TD0或MD0减至0后定时器就停止工作。

2.4 两个串行通讯口

每个通讯口包括接收缓存器（RB）、发送缓存器（TB）、模式寄存器（SM）、控制寄存器（SC）、波特率发生器（BRG）、通讯错误寄存器（SE）、接收宏服务寄存器（SRMS）、发送宏服务寄存器（STMS)、错误中断控制器（STIC）、接收中断控制器（SRIC）和发送中断控制器（STIC）等 11个寄存器。每个通讯口有接收数据线（RXD）、发送数据线（TXD））和握手控制线（CTS）。当CTS=0时，启动发送；当数据起始位的下降沿被检测到时，启动接收。数据帧格式由起始位、7或8位数据位，奇偶校验位、1或2停止位组成，这些参数由SM的相应位决定。

当通讯发生错误、接收到数据或数据发送完毕时，都会产生中断，其优先级依次降低，除错误中断外，接收到数据和数据发送都有向量中断、RBS和MSF三种方式。当通讯发生错误时，SE的相应位置1，SE的Bit0,Bit1,Bit2分别对应溢出错、帧格式错和校验错。

2.5 两个DMA控制器

DMA能迅速在内存和外设之间传递数据，它有两种方式四种模式。两种方式为：内存到内存I/O（MtoM）和内存与I/O（M＆I/O）方式。内存到内存方式下有单步模式（SSM）和闪电模式（BM）；内存到I/O方式下有一次传输模式（STM）和请求释放模式（DRM）。四种模式的工作状态如下：
　　SSM：当DMA请求发生时，DMA操作交替进行直至指定字节传输完为止；
　　BM：当DMA请求发生时，MA操作连续进行直至指定字节传输完为止；
　　STM：当DMA请求发生时，执行一次DMA操作；
　　DRM：当DMARQ请求输入线保持为高时，进行DMA操作，直至DMARQ为低。

每个DMA控制器有三根控制线：请求输入线（DMARQ）、相应输出线（DMAAK）及终止计数输出线（TC）。另外，还有三个功能寄存器：控制寄存器（DMAC）、模式寄存器（DMAM）和中断寄存器（DMAIC）。DMA操作的地址信息存放在IDA中，并可软件设置。

2.6 系统寄存器

μPD70320主要有四个系统寄存器，即：模式控制寄存器（SBC），标志寄存器（FLAG），处理器控制寄存器（PRC），片内数据区地址寄存器（IDB）。

μPD70320有三种模式：工作模式、暂停模式和关闭模式。工作模式就是CPU正常工作时的状态，暂停模式是执行HLAT命令后进入的，NMI中断可使之返回工作模式，关闭模式是执行STOP命令后进入的，系统复位或NMI可使之返回工作模式，返回后程序从何处开始执行由SBC决定。如SBC的 Bit0=0,返回后程序从FFFF：0000H重新开始；反之从断点开始。FLAG的Bit0和Bit1是用户自定义标志。PRC的Bit0和Bit1 决定系统时钟，其值00H、01H、10H分别对应晶振频率的1/2、1/4、1/8分频数；PRC的Bit7决定禁止（Bit7=0）或使能（Bit7=1）访问IDA。

3. 中断系统

μPD70320除传统的向量中断方式外，还有寄存器块切换方式（RBS）和宏服务功能（MSF），后两种方式适合实时多任务处理。

3.1 向量中断方式

这种方式与8088兼容，在内存最低端（00000H～00400H）的1kB内存中存放256个中断向量。其中0～31在μPD70320内部已分配好，见表1所列。

在256个中断中，硬中断有17个，其中片内硬中断12个，外部硬中断5个。它们分成8个组，每个组对应一个优先级，共8个优先级、0级最高、7级最低；每组内每个中断的优先权（1为最高，3为最低）是固定的，组与组之间的优先级可以通过设置中断控制寄存器（IC）来决定。其默认优先级见2表所列。

中断优先级寄存器（IPR）的相应位表示当前中断的优先级（如：Bit3=1表示当前中断优先级为3）。NMI,INIP2,INTP1,INTP0的触发方式分别在中断模式寄存器（INTM）的Bit0,Bit2,Bit4,Bit6定义，1表示上升沿、0表示下降沿。

3.2 寄存器块切换方式（RBS）

μPD70320有8个寄存器块(Bank0～Bank7),由低到高连续存放于IDA中，其地址从××E00H到××EFFH共256Bytes，每个寄存器块含16个16位寄存器，可参见图2。

使用RBS应首先在中断控制寄存器（IC）的低3位设置寄存器块号并且设置Bit4为1，初始化寄存器块内的CS、Vector 、PC和SS，SP及其它寄存器；硬件产生中断请求或执行INTCS指令，芯片自动将当前PC和PSW的值保存在寄存器块内的PC Save和PSW Save中，Vector PC取出PC值放在PC寄存器中，执行中断处理；中断返回时，执行RETRBI,从PC Save和PSW Save中恢复PC和PSW的值。这种中断方式不需要堆栈保存寄存器的值，因此速度大大加快，更适合多任务处理。定时器、通讯口、DMA及外部中断都可以采用这种方式 。

3.3 宏服务方式（MSF）

MSF是特殊的微程序，它完成SFR与内存之间的数据传输，减少软件开销和CPU时间，不需要寄存器保护、恢复等相关处理。每次请求MSF时，数据在 SFR和内存之间传输而不需要中断CPU的工作，同时，宏服务计数器（MSC）减1，当MSC减到零时，一个中断将会发生。MSF还有字符搜索功能，当搜索到字符时，中断也会发生。除NMI、INTP、INTTB、INTD0、INTD1外的其它硬件中断都有MSF。宏服务通道有8个（0～7），每个通道含8个字节，其地址从xxE00H到xxE3FH共64Bytes。另外，uPD70320还具有系统时钟输出、DRAM刷新脉冲输出、插入等待周期、总线挂起、计时中断、I/O陷阱等功能。

4. 应用

由上可见，μPD70320是一个功能强大的单片机产品，它不仅与8088兼容，而且具有自身的特点。因此特别适合于要求速度快，容量大，可靠性高，功能强的应用系统。图3是μPD70320的一个应用实例，该应用充分利用了μPD70320优异的性能和兼容性。因此可见，μPD70320为单片机的更广泛应用开创了新的领域。