dsPIC30F6010单片机的原理及应用

１ 前言

随着电子技术的发展以及集成电路规模的不断扩大，工业等各应用领域对于核心芯片的要求越来越苛刻。因而，计算机芯片也朝着高速化、专业化、模块化、功能化、低功耗、低电压工作等方向不断地发展、更新。

Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司的ＰＩＣ系列单片机以其内置Ｆｌａｓｈ以及精简指令集等技术特点成为中低档８位单片机的主流产品，但是在一些复杂系统应用中，它仍存在一些缺陷和不足。为此，Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司新推出了ｄｓＰＩＣ３０Ｆ系列１６位单片机。它是一种具有单片机和ＤＳＰ综合功能的１６位ＣＰＵ，不但保留了单片机的基本性能、丰富了外围模块，还兼具ＤＳＰ的高速运算能力，是嵌入式系统设计的最佳解决方案之一。由于集多种功能于单一芯片，从而大大节省了电路板空间。目前开发的ｄｓＰＩＣ３０Ｆ产品主要分为通用系列、电机控制和电源变换系列、传感器系列等。其中ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０以其丰富的外围模块、Ｉ／Ｏ接口、可支持多种电机控制等特点，广泛应用于电机控制、开关电源控制等领域。该单片机在许多应用中优于３２位控制器。ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０的主要特点有：

●Ｆｌａｓｈ程序空间容量大，外围部件丰富；

●强大的中断能力，可灵活处理中断；

●编程开发能力强大，可支持Ｃ编译，并可方便地与ＰＩＣ系列单片机结合使用；

●强大的ＤＳＰ演算能力，与其它ＤＳＰ的指令集相比，ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０只有８４个基本指令且多为单周期指令，从而大大简化了编程效率；



●内嵌ＳＰＩ、ＵＡＲＴ、ＣＡＮ等多种通讯模块，且具有适合于电机控制的８通道ＰＷＭ以及正交编码接口器；

●内含１０位高速Ａ／Ｄ和１６位深度结果缓冲区，有多种数据方式；可在睡眠方式下进行转换；同时具有多种时钟模式；

●宽范围工作电压（２．５Ｖ～５．５Ｖ），大大优于其它单片机的５Ｖ工作电压和ＤＳＰ的３．３Ｖ工作电压。

２ ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０的结构特点

２．１ ＣＰＵ结构

ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０采用改进型哈佛结构，ＣＰＵ核具有２４位宽指令字。ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０的硬件结构框图如图１所示。它的ＰＣ指针为２３位宽（最低位恒为“０”），可寻址４Ｍ×２４位程序存储器空间。除了跳转、表格等指令外，所有的指令均在一个周期内完成。指令采用流水线操作方式，分为ＭＣＵ和ＭＡＣ等级指令，适合Ｃ编译。ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０拥有１６个１６位工作寄存器（Ｗ０～Ｗ１５），可作为数据、地址或地址偏移量寄存器，其中Ｗ１５还可作为ＣＡＬＬ指令或中断的软件堆栈指针。ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０共有５４个中断源和８个不可屏蔽陷阱，每个中断源有７个中断优先级，可通过状态寄存器进行软件编写，故可灵活控制中断，中断控制器可支持５个外部中断（ＩＮＴ０～ＩＮＴ４）请求。

ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０与ＰＩＣ单片机最大的区别在于其内嵌一个ＤＳＰ高速引擎，从而提高了ＣＰＵ核的运算能力。ＤＳＰ引擎包括一个１７×１７乘法器、一个４０位ＡＧＵ、两个４０位饱和累加器、一个４０位双向桶形移位器。ＤＳＰ引擎的引入可以方便单片机快速、高效地进行一些数据处理，以提高整个系统的实时性。

２．２ 数据ＲＡＭ结构

ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０的数据存储器为１６位宽，共３２Ｋ字。图２是整个数据存储器映射图，其中特殊功能寄存器共２ｋＢ，地址为０ｘ００００～０ｘ０７ＦＦ，主要包括ＣＰＵ和外围设备的控制或状态寄存器。ＲＡＭ地址从０ｘ８０００开始，分为Ｘ数据存储器和Ｙ数据存储器，可分开作为２个单独的数据空间（相对于一些ＤＳＰ指令而言），也可合并作为线性数据空间（相对于ＭＣＵ指令而言）。每个存储器都有自己的ＡＧＵ地址发生单元。双源ＤＳＰ操作的ＭＡＣ等级指令可对 Ｘ和Ｙ数据存储器进行操作，从而把数据空间分成两部分以分别存放两个操作数。ＭＣＵ指令只能通过Ｘ存储器的ＡＧＵ来寻址整个寄存器的数据空间，以便以Ｗ寄存器作为地址指针来进行读／写操作。数据存储器顶部的３２ｋＢ数据可任意映射到１６ｋ字程序空间中。ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１０的大部分指令都能够进行数据存储器的读／写、工作寄存器（数据）读、程序存储器读３个操作。对于ＤＳＰ指令，用Ｗ８和Ｗ９可执行Ｘ存储器空间内的储存器读写，若指向Ｙ存储器，则返回“０”，如果指向未执行的地址，将产生错误的地址捕捉。同理，Ｗ１０和Ｗ１１作为Ｙ存储器的地址指针。８ｋＢ的近似数据空间可以直接通过工作寄存器指令形成的１３位绝对地址来存取。