內(nèi)含CalmRISC CPU的8位單片機(jī)S3CK215及其應(yīng)用

1、內(nèi)含calmrisc cpu的8位單片機(jī)s3ck215及其應(yīng)用s3ck215是韓國三星公司生產(chǎn)的一種高性能微控制器,它采納三星公司新開發(fā)的8-bit cpucalmrisc作為核心 該芯片不僅包括有rom ram 定時器 i/o接口以及中斷控制單元等模塊,還整合了控制驅(qū)動器 以及a/d d/a轉(zhuǎn)換器等十分實用的功能單元(比如lcd控制驅(qū)動器可以挺直驅(qū)動高達(dá)120個點的lcd顯示屏) 因為這些單元拓展了該的功能,因此,用法該單片機(jī)設(shè)計時,只需附加容易的外部電路就可以構(gòu)成一個完整的單片機(jī)系統(tǒng),而且功耗低 體積小 系統(tǒng)牢靠性高 此外,三星公司還為s3ck215的應(yīng)用提供了一套有效的開發(fā)工具和在線器,

2、從而便利了設(shè)計者基于s3ck215的軟硬件設(shè)計本文介紹了用法s3ck215設(shè)計的校音器電路 該校音器在采集到樂器所產(chǎn)生的聲音信號后,可計算出聲音頻率,同時顯示其與抱負(fù)頻率的偏差,然后以此作為樂器調(diào)節(jié)的依據(jù),使之發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)聲音2 s3ck215介紹圖1是s3ck215的內(nèi)部結(jié)構(gòu)模塊圖 從圖1可以看出,該單片機(jī)具有以下特點:用法calmrisc作為中心處理單元;內(nèi)含八位乘法器;具有深度達(dá)16級的硬件堆棧,每級寬度為16-bit;帶有l(wèi)cd驅(qū)動控制器;具有10-bit a/d轉(zhuǎn)換器和9-bit d/a轉(zhuǎn)換器;內(nèi)含兩個2.1 calmrisc處理器calmrisc是三星公司新開發(fā)的一種8-bit低功耗r

3、isc微處理器,它滿足哈佛體系結(jié)構(gòu),具有自立的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器,其命令和數(shù)據(jù)可以通過各自的路徑同時舉行拜訪calmrisc的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括一個8-bit alu 16個通用寄存器 11個專用寄存器 16級硬件堆棧以及程序存儲器地址生成單元以及數(shù)據(jù)存儲器地址生成單元等 其中16個通用寄存器分為四組(bank 0-bank 3),每組包括四個8-bit寄存器(r0, r1, r2, r3) 而專用寄存器包括狀態(tài)寄存器 鏈接寄存器以及數(shù)據(jù)存儲器索引寄存器 calmrisc中的16級硬件堆棧除了可以作為數(shù)據(jù)暫存空間外,還可以用來舉行低功耗堆棧操作calmrisc具有三級流水線 圖2所示是calm-

4、risc處理器的三級流水線暗示圖 對calmrisc的操作可采納寄存器-存儲器命令集方式 操作時首先取命令(if)并將程序計數(shù)器(pc)指向命令地址,接著將命令放入命令寄存器(ir),然后舉行命令譯碼和數(shù)據(jù)存儲器讀取(id/mem),同時執(zhí)行命令和回寫(exe/wb),最后由alu來執(zhí)行命令并將命令執(zhí)行結(jié)果寫入目標(biāo)寄存器calmrisc采納流水線工作的暗示圖3所示 圖中,前一命令獵取完畢后馬上可以舉行下一命令的取指操作,而不必等到前一命令執(zhí)行完畢 事實上,大多數(shù)calmrisc命令都是單字節(jié)命令,取指操作只需一個時鐘周期即可完成;但是 “call”和“jp”等跳轉(zhuǎn)命令是雙字節(jié)命令,它們的取指操

5、作需要兩個時鐘周期2.2 8位乘法器s3ck215整合了一個8-bit乘法器,通過設(shè)置乘法器控制寄存器(mulcon)可支持8-bit符號數(shù)或無符號數(shù)的乘法運算,而且只需兩個時鐘周期即可輸出運算結(jié)果 它的組成包括操作數(shù)寄存器(mxinp myinp) 結(jié)果寄存器(mrh mrl)和8-bit乘法運算器 調(diào)用乘法器實現(xiàn)乘法的程序段如下:ld r0,01hld mulcon,ro ; unsigned by unsigned multiplicationld r0,32hld r1,0cehld mxinp,r0ld myinp,r1 ;multiply automatically after l

6、oading mxinp myinpnopnopld r2,mrh ;the multiplication is finished after 2 cyclesld r3,mrl ;mrh/mrl=28h/3ch2.3 運算放大器s3ck215中有兩個運算放大器,mic放大器和濾波放大器,一個用于從輸入信號中濾除噪聲以提高信號的信噪比,另一個用于輸入信號的放大,以便舉行后續(xù)的信號處理 固然這些放大器可以按照用戶需要自行定義它們的用途 事實上,該放大器模塊包括濾波放大器 mic放大器 放大器控制寄存器以及參考產(chǎn)生器2.4 a/d和d/a轉(zhuǎn)換器s3ck215內(nèi)部整合了10-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器(a/d

7、)和9-bit數(shù)模轉(zhuǎn)換器?d/a 其中,a/d轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換過程需要50個時鐘周期 模擬信號輸入端口是與i/o port2(8-bit i/o端口)復(fù)用的,通過port2的控制寄存器(p2conh?p2conl)可確定port2是否用于a/d轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入,而通過a/d轉(zhuǎn)換器的控制寄存器(on)可控制挑選器以確定port2的哪一位作為a/d輸入端口 輸入信號的模擬電平值應(yīng)在ef和avss之間9-bit d/a轉(zhuǎn)換器的主體為r-2r陣列結(jié)構(gòu),它由r-2r陣列結(jié)構(gòu) d/a控制寄存器 d/a數(shù)據(jù)寄存器 d/a輸出端口等組成3 s3ck215在校音器中的應(yīng)用s3ck215單片機(jī)在校音器中的應(yīng)用電路

8、4所示 由圖可見,用法s3ck215只需要設(shè)計容易的電路即可實現(xiàn)所需功能 首先通過mic采集聲音模擬信號,并用法片內(nèi)運算放大器舉行信號濾波和放大;接著通過a/d轉(zhuǎn)換器得到數(shù)字信號并對數(shù)字信號舉行處理以得到聲音信號的頻率信息,同時將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的音名音階及音分值,最后通過片內(nèi)lcd控制驅(qū)動器將結(jié)果輸出到lcd舉行顯示此電路設(shè)計充分利用了s3ck215提供的片內(nèi)特別功能模塊,它可將以往需要在片外實現(xiàn)的信號放大及a/d轉(zhuǎn)換移到片內(nèi)來實現(xiàn),因而大大簡化了電路的設(shè)計,提高了系統(tǒng)集成度,降低了功耗,同時也使系統(tǒng)越發(fā)穩(wěn)定并利于維護(hù)圖5給出了該校音器的軟件設(shè)計流程圖 該軟件采納中斷來舉行數(shù)據(jù)采樣因而大大簡化了程序設(shè)計 詳細(xì)辦法是在主程序初始化后,按照數(shù)據(jù)采樣率再設(shè)置定時器并由定時器產(chǎn)生內(nèi)部中斷,接著在中斷處理程序中讀取輸入端口以作為數(shù)據(jù)采樣值,并在獲得足夠的采樣點后,關(guān)閉中斷以返回主程序,然后由主程序舉行采樣數(shù)據(jù)的處理,