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

１ 概述

Ｓ３ＣＫ２１５是韓國三星公司生產(chǎn)的一種高性能微控制器，它采用三星公司新開發(fā)的８－ｂｉｔ ＣＰＵ╟╟ＣａｌｍＲＩＳＣ作為核心。該芯片不僅包括有ＲＯＭ、ＲＡＭ、定時(shí)器、Ｉ／Ｏ接口以及中斷控制單元等模塊，還整合了ＬＣＤ控制驅(qū)動(dòng)器、放大器以及Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器等非常有用的功能單元（比如ＬＣＤ控制驅(qū)動(dòng)器可以直接驅(qū)動(dòng)高達(dá)１２０個(gè)點(diǎn)的ＬＣＤ顯示屏）。由于這些單元拓展了該單片機(jī)的功能，因此，使用該單片機(jī)設(shè)計(jì)電路時(shí)，只需附加簡(jiǎn)單的外部電路就可以構(gòu)成一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)，而且功耗低、體積小、系統(tǒng)可靠性高。此外，三星公司還為Ｓ３ＣＫ２１５的應(yīng)用提供了一套有效的開發(fā)工具和在線仿真器，從而方便了設(shè)計(jì)者基于Ｓ３ＣＫ２１５的軟硬件設(shè)計(jì)。

本文介紹了使用Ｓ３ＣＫ２１５設(shè)計(jì)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(hào)后，可計(jì)算出聲音頻率，同時(shí)顯示其與理想頻率的偏差，然后以此作為樂器調(diào)整的依據(jù)，使之發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)聲音。

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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(diǎn)：

●使用ＣａｌｍＲＩＳＣ作為中央處理單元；

●內(nèi)含八位乘法器；

●具有深度達(dá)１６級(jí)的硬件堆棧，每級(jí)寬度為１６－ｂｉｔ；

●帶有ＬＣＤ驅(qū)動(dòng)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(gè)運(yùn)算放大器。

２．１ ＣａｌｍＲＩＳＣ處理器

ＣａｌｍＲＩＳＣ是三星公司新開發(fā)的一種８－ｂｉｔ低功耗ＲＩＳＣ微處理器，它滿足哈佛體系結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其指令和數(shù)據(jù)可以通過各自的路徑同時(shí)進(jìn)行訪問。

ＣａｌｍＲＩＳＣ的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括一個(gè)８－ｂｉｔ ＡＬＵ、１６個(gè)通用寄存器、１１個(gè)專用寄存器、１６級(jí)硬件堆棧以及程序存儲(chǔ)器地址生成單元以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址生成單元等。其中１６個(gè)通用寄存器分為四組（Ｂａｎｋ ０－Ｂａｎｋ ３）,每組包括四個(gè)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(chǔ)器索引寄存器。ＣａｌｍＲＩＳＣ中的１６級(jí)硬件堆棧除了可以作為數(shù)據(jù)暫存空間外，還可以用來進(jìn)行低功耗堆棧操作。

ＣａｌｍＲＩＳＣ具有三級(jí)流水線。圖２所示是Ｃａｌｍ-ＲＩＳＣ處理器的三級(jí)流水線示意圖。對(duì)ＣａｌｍＲＩＳＣ的操作可采用寄存器－存儲(chǔ)器指令集方式。操作時(shí)首先取指令（ＩＦ）并將程序計(jì)數(shù)器（ＰＣ）指向指令地址，接著將指令放入指令寄存器（ＩＲ），然后進(jìn)行指令譯碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀?。ǎ桑模停牛停?，同時(shí)執(zhí)行指令和回寫（ＥＸＥ／ＷＢ），最后由ＡＬＵ來執(zhí)行指令并將指令執(zhí)行結(jié)果寫入目標(biāo)寄存器。

ＣａｌｍＲＩＳＣ采用流水線工作的示意圖如圖３所示。圖中，前一指令獲取完畢后馬上可以進(jìn)行下一指令的取指操作，而不必等到前一指令執(zhí)行完畢。實(shí)際上，大多數(shù)ＣａｌｍＲＩＳＣ指令都是單字節(jié)指令，取指操作只需一個(gè)時(shí)鐘周期即可完成；但是 “ＣＡＬＬ”和“ＪＰ”等跳轉(zhuǎn)指令是雙字節(jié)指令，它們的取指操作需要兩個(gè)時(shí)鐘周期。

２．２ ８位乘法器

Ｓ３ＣＫ２１５整合了一個(gè)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(hào)數(shù)或無符號(hào)數(shù)的乘法運(yùn)算，而且只需兩個(gè)時(shí)鐘周期即可輸出運(yùn)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(yùn)算器。調(diào)用乘法器實(shí)現(xiàn)乘法的程序段如下：

ＬＤ Ｒ０,＃０１Ｈ

ＬＤ ＭＵＬＣＯＮ,ＲＯ ; Ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ

ＬＤ Ｒ０,＃３２Ｈ

ＬＤ Ｒ１,＃０ＣＥＨ

ＬＤ ＭＸＩＮＰ,Ｒ０

ＬＤ ＭＹＩＮＰ,Ｒ１ ;Ｍｕｌｔｉｐｌｙ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ａｆｔｅｒ ｌｏａｄｉｎｇ ＭＸＩＮＰＭＹＩＮＰ

ＮＯＰ

ＮＯＰ

ＬＤ Ｒ２,ＭＲＨ ;Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｆｉｎｉｓｈｅｄ ａｆｔｅｒ ２ ｃｙｃｌｅｓ

ＬＤ Ｒ３,ＭＲＬ ;ＭＲＨ／ＭＲＬ＝２８Ｈ／３ＣＨ