高速單片機(jī)W77E58的特點(diǎn)及應(yīng)用

一、前言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的功能日益強(qiáng)大，集成度日益提高，運(yùn)行速度也越來越快。過去，需要擴(kuò)展幾片外圍芯片才能實(shí)現(xiàn)的功能現(xiàn)在完全可以由單片機(jī)自己去實(shí)現(xiàn)，本文介紹的W77E58就是這樣一種具有許多功能的單片機(jī)。

W77E58是臺(tái)灣華邦公司生產(chǎn)的與MCS51系列單片機(jī)兼容的可多次編程的快速微處理 器，在它內(nèi)部集成有32K的可重復(fù)編程的flash ROM、256字節(jié)的片內(nèi)存儲(chǔ)器、1K的 用MOVX指令訪問的SRAM、可編程的看門狗定時(shí)器、3個(gè)16位定時(shí)器、2個(gè)增強(qiáng)型的全雙工串行口、片內(nèi)RC振蕩器、雙16位數(shù)據(jù)指針等諸多功能。在很多場(chǎng)合，幾乎不用擴(kuò)展外圍芯片就能夠滿足系統(tǒng)要求，而且，由于它采用了全新設(shè)計(jì)的微處理器內(nèi)核，去除多余的時(shí)鐘和存儲(chǔ)周期，因此，在相同的晶振頻率下，根據(jù)不同的指令類型，其運(yùn)行速度一般比傳統(tǒng)8051系列快1.5到3倍，一般情況下，平均可達(dá) 2.5倍以上。另外，由于W77E58采用全靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)，能工作在低速晶振頻率下，因此，和普通的8051相比，若W77E58采用低速工作頻率，在相同的指令吞吐量下，W77E58的節(jié)電性能也將大大提高。

二、W77E58的特點(diǎn)及功能

1. 兼容性

77E58的指令功能完全兼容于80C52（包括對(duì)狀態(tài)位和標(biāo)志位的影響），只有一點(diǎn)不同的就是在普通80C52的指令系統(tǒng)中，沒有操作指令（op-code）A5H，而在W77 E58的指令系統(tǒng)中，增加了一條指令DEC DPTR（數(shù)據(jù)指針DPTR減一），其操作指令 （op-code）為A5H。而且，W77E58也具有80C52的全部資源和功能，包括4個(gè)8位I /O口，3個(gè)16位定時(shí)器，全雙工串口，中斷源等。W77E58的增加的新功能都是用普通8052所保留的特殊功能寄存器實(shí)現(xiàn)的，不與普通80C52的資源產(chǎn)生任何沖突，因此，W77E58可以直接用在已設(shè)計(jì)好的80C52系統(tǒng)中使用，而為原有系統(tǒng)編寫的程 序幾乎不做任何改動(dòng)，系統(tǒng)就可正常工作，需要注意的只是由于新的高速內(nèi)核所造成的指令執(zhí)行時(shí)間的改變及訪問外部存儲(chǔ)器的讀寫速度的限制。W77E58的封裝也完全兼容于80C52，它所增加的與硬件有關(guān)的功能都是復(fù)用80C52的P1口，并且 W77E58 的44pin PLCC/QFP封裝比普通的8051多一組4位的I/O口。

2. 高速性

77E58的外部工作時(shí)鐘頻率可達(dá)40MHz，而且，由于W77E58采用了重新設(shè)計(jì)的微處理器內(nèi)核，去除了多余的時(shí)鐘和存儲(chǔ)周期，運(yùn)行速度大大提高，這不僅僅是運(yùn)行 晶振頻率的提高，而是將普通8051的每個(gè)機(jī)器周期（machine cycle）包含12個(gè) 時(shí)鐘周期（clock period）縮減到每個(gè)機(jī)器周期包含4個(gè)時(shí)鐘周期，這樣，即使在相同的時(shí)鐘頻率下，根據(jù)不同的指令類型，其運(yùn)行速度一般比傳統(tǒng)8051提高1. 5到3倍。因此，若程序中需要軟件定時(shí)，其執(zhí)行時(shí)間須根據(jù)W77E58的指令的執(zhí)行時(shí)間應(yīng)重新計(jì)算，一般情況下，每一個(gè)機(jī)器周期有一次取指（包括操作碼和操作數(shù)）操作，由于在W77E58的256個(gè)操作碼指令中，有128個(gè)是單字節(jié)指令，因此，W77E58的指令有一半的執(zhí)行時(shí)間只須一個(gè)機(jī)器周期，即4個(gè)時(shí)鐘周期。圖1以單周期指令為例說明了W77E58的指令的時(shí)序關(guān)系。

3. 中斷源

77E58除了具有80C52的6個(gè)中斷源外，又另外增加了6個(gè)中斷源，共有12個(gè)可定義兩種優(yōu)先級(jí)的中斷源，每個(gè)中斷源都有獨(dú)立的中斷使能位、中斷優(yōu)先權(quán)位、中斷 標(biāo)志位和中斷向量。但是，為了同80C32兼容，所有新增加的中斷的優(yōu)先級(jí)都在 原有中斷的優(yōu)先級(jí)之后，其中斷優(yōu)先級(jí)及中斷向量如下表1所示，除了同80C32有相同的兩個(gè)外部中斷INT0和INT1外，W77E58又增加了4個(gè)外部中斷INT2、INT3、I NT4、INT5。同80C32一樣，外部中斷INT0和INT1有邊沿觸發(fā)和電平觸發(fā)兩種觸發(fā)方式，當(dāng)中斷被響應(yīng)后，其中斷標(biāo)志位由硬件自動(dòng)清除；而外部中斷INT2到INT5 只有邊沿觸發(fā)方式，其中斷標(biāo)志位可被獨(dú)立設(shè)為由硬件或軟件清除，缺省設(shè)置為 由軟件清除，當(dāng)然，用戶可根據(jù)需要通過修改相對(duì)應(yīng)的特殊寄存器，將外部中斷 INT2到INT5設(shè)為由硬件清除中斷標(biāo)志位。

4. 兩個(gè)增強(qiáng)全雙工串口

和80C32相比，W77E58除了具有同80C32一樣的全雙工串口外，W77E58又增加了一個(gè)全雙工串口，其外部引腳RXD1、TXD1和P1.2、P1.3復(fù)用。然而，這兩個(gè)串口除了具有同原有80C32的串口相同的功能外，又增加了兩個(gè)增強(qiáng)型的特點(diǎn)，即多機(jī)通訊自動(dòng)地址識(shí)別和幀錯(cuò)誤檢測(cè)功能，但是需要注意的是，這兩個(gè)串口也有一點(diǎn)細(xì)微的差別，那就是串口0（原有保留串口）可以用定時(shí)器0和定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器，而串口1只能使用定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器。

(1) 自動(dòng)幀錯(cuò)誤檢測(cè)

自動(dòng)幀錯(cuò)誤檢測(cè)指的是在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，如果由于噪音等隨機(jī)干擾造成接收方接收不到正確的停止位，W77E58能夠自動(dòng)檢測(cè)出并設(shè)置標(biāo)志FE（FE_1），此標(biāo) 志被定位在SCON.7(SCON1.7)，用戶可以訪問，并且必須軟件清除。

(2) 多機(jī)通訊自動(dòng)地址識(shí)別

在標(biāo)準(zhǔn)的8051系列單片機(jī)中，當(dāng)進(jìn)行多機(jī)通訊時(shí)，發(fā)送9位數(shù)據(jù)，最后一位只當(dāng)作地址/數(shù)據(jù)識(shí)別位，但是并不能區(qū)分準(zhǔn)確地址，準(zhǔn)確地址須靠軟件識(shí)別，而在W77 E58中，增加了地址特殊寄存器SADDR和地址屏蔽特殊寄存器SADEN，只有SADEN中的某一位為1，計(jì)算實(shí)際地址時(shí)相對(duì)應(yīng)的SADDR的位才有效，若SADEN中某一位是0 ，則進(jìn)行實(shí)際地址計(jì)算時(shí)忽略對(duì)應(yīng)的SADDR中的位。例如：
SADDR:10100100
SADEN:11111010 　
實(shí)際地址:10101X1X

在進(jìn)行多機(jī)通訊時(shí)，只有接收到的地址幀和根據(jù)SADDR、SADEN計(jì)算出的地址完全 相同時(shí)，從機(jī)才會(huì)置位中斷標(biāo)志，這完全由硬件自動(dòng)完成，而不是象標(biāo)準(zhǔn)8051系 列那樣必須靠軟件完成。

5. 可軟件編程的訪問外部存儲(chǔ)器的存取速度

標(biāo)準(zhǔn)的8051在執(zhí)行MOVX指令訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，執(zhí)行時(shí)間固定為2個(gè)機(jī)器周期，而 W77E58可根據(jù)外部存儲(chǔ)器的響應(yīng)速度來選擇執(zhí)行MOVX指令時(shí)存取速度，這可以通 過選擇特殊寄存器CKCON（clock control）的MD0-MD2的值來實(shí)現(xiàn)，特殊寄存器C KCON各位說明見表2，MD0-MD2的取值與外部存儲(chǔ)器訪問周期的關(guān)系見表3。

6. 內(nèi)存

在W77E58中，有32KB的可多次編程（Multiple-Time Programmable）flash ROM， 256字節(jié)的片內(nèi)RAM，1KB的片內(nèi)用MOVX指令訪問的SRAM，這在大多情況下，足以滿足用戶要求。

7. 可編程看門狗定時(shí)器（Watchdog Timer）

在W77E58中，集成了一個(gè)用戶可編程的看門狗定時(shí)器，溢出時(shí)間選擇如表4所示，在軟件編程中，用戶可以隨時(shí)復(fù)位看門狗定時(shí)器。若程序跑飛，看門狗定時(shí)器溢出，則看門狗定時(shí)器自動(dòng)設(shè)定中斷標(biāo)志，在512個(gè)時(shí)鐘周期后，產(chǎn)生硬件復(fù)位，并保留2個(gè)機(jī)器周期后，程序恢復(fù)到地址0000H處開始執(zhí)行。

8. 雙16位數(shù)據(jù)指針（Dual 16-bit Data Pointers）

W77E58提供有兩組數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)指針DPTR和DPTR1，另外還增加了一條附加的指令DEC DPTR，在處理連續(xù)的一片內(nèi)存空間時(shí)，可大大提高代碼效率。用戶可以通過DPS （DATA POINTER SELECT）位標(biāo)志來選擇使用DPTR或DPTR1，DPS是特殊寄存器DPS （86H）的最低位（LSB），當(dāng)DPS為0時(shí)，選擇DPTR，當(dāng)DPS為1時(shí)，選擇DPTR1。下面以數(shù)據(jù)塊傳輸來比較一下使用雙數(shù)據(jù)指針時(shí)的優(yōu)越性。

SH和SL為源數(shù)據(jù)區(qū)高位地址和地位地址；

DH和DL為目的數(shù)據(jù)區(qū)高位地址和地位地址；

CNT為傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。

W77E58還有對(duì)某些重點(diǎn)標(biāo)志位修改時(shí)的限時(shí)存取保護(hù)功能、定時(shí)器定時(shí)記數(shù)時(shí)按照4分頻（W77E58的機(jī)器周期）或12分頻（標(biāo)準(zhǔn)8051系列的機(jī)器周期）的選擇功能、使用片內(nèi)RC振蕩器或片外晶體振蕩器的選擇功能、節(jié)電工作方式的電源管理功能等諸多優(yōu)點(diǎn)，由于篇幅有限，不再贅述。

三、應(yīng)用前景

通過以上特點(diǎn)和功能的介紹可以看出，W77E58確實(shí)是一個(gè)非常難得的、功能強(qiáng)大的微處理器產(chǎn)品，尤其特別適合于對(duì)存儲(chǔ)器資源有一定要求和對(duì)軟件運(yùn)行速度有特別要求的場(chǎng)合。由于它與國內(nèi)目前使用最廣泛的8051系列產(chǎn)品兼容，用戶使用時(shí)不必重新花時(shí)間去學(xué)習(xí)其指令系統(tǒng)，前期也不必在開發(fā)仿真裝置上重新投資，就可利用原有開發(fā)仿真裝置對(duì)其大部分功能進(jìn)行直接仿真開發(fā)，有些功能進(jìn)行間接開發(fā)，比如第二串口，可先利用第一串口進(jìn)行調(diào)試，最后將程序移植即可。在需要提高原有設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行速度時(shí)，除了需要修改有關(guān)靠軟件定時(shí)的指令，其它幾乎不用做任何修改，就可直接替換8051系列使用。在對(duì)其新增功能進(jìn)行軟件開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，只須在匯編軟件的REG52.INC中加入新增特殊功能寄存器的定義，就可利用原匯編調(diào)試軟件對(duì)為W77E58寫的軟件進(jìn)行調(diào)試。因此，W77E58的出現(xiàn)給系 統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)提供了更廣闊的應(yīng)用前景。