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内含CalmRISC的8位单片机S3CK215及其应用

时间:04-12 来源:互联网 点击:

1 概述

S3CK215是韩国三星公司生产的一种高性能微控制器,它采用三星公司新开发的8-bit CPU╟╟CalmRISC作为核心。该芯片不仅包括有ROM、RAM、定时器、I/O接口以及中断控制单元等模块,还整合了LCD控制驱动器、放大器以及A/D、D/A转换器等非常有用的功能单元(比如LCD控制驱动器可以直接驱动高达120个点的LCD显示屏)。由于这些单元拓展了该单片机的功能,因此,使用该单片机设计电路时,只需附加简单的外部电路就可以构成一个完整的单片机系统,而且功耗低、体积小、系统可靠性高。此外,三星公司还为S3CK215的应用提供了一套有效的开发工具和在线仿真器,从而方便了设计者基于S3CK215的软硬件设计。

本文介绍了使用S3CK215设计的校音器电路。该校音器在采集到乐器所产生的声音信号后,可计算出声音频率,同时显示其与理想频率的偏差,然后以此作为乐器调整的依据,使之发出标准声音。

2 S3CK215介绍

图1是S3CK215的内部结构模块图。从图1可以看出,该单片机具有以下特点:

●使用CalmRISC作为中央处理单元;

●内含八位乘法器;

●具有深度达16级的硬件堆栈,每级宽度为16-bit;

●带有LCD驱动控制器;

●具有10-bit A/D转换器和9-bit D/A转换器;

●内含两个运算放大器。

2.1 CalmRISC处理器

CalmRISC是三星公司新开发的一种8-bit低功耗RISC微处理器,它满足哈佛体系结构,具有独立的程序存储器和数据存储器,其指令和数据可以通过各自的路径同时进行访问。

CalmRISC的内部结构包括一个8-bit ALU、16个通用寄存器、11个专用寄存器、16级硬件堆栈以及程序存储器地址生成单元以及数据存储器地址生成单元等。其中16个通用寄存器分为四组(Bank 0-Bank 3),每组包括四个8-bit寄存器(R0, R1, R2, R3)。而专用寄存器包括状态寄存器、链接寄存器以及数据存储器索引寄存器。CalmRISC中的16级硬件堆栈除了可以作为数据暂存空间外,还可以用来进行低功耗堆栈操作。

CalmRISC具有三级流水线。图2所示是Calm-RISC处理器的三级流水线示意图。对CalmRISC的操作可采用寄存器-存储器指令集方式。操作时首先取指令(IF)并将程序计数器(PC)指向指令地址,接着将指令放入指令寄存器(IR),然后进行指令译码和数据存储器读取(ID/MEM),同时执行指令和回写(EXE/WB),最后由ALU来执行指令并将指令执行结果写入目标寄存器。

CalmRISC采用流水线工作的示意图如图3所示。图中,前一指令获取完毕后马上可以进行下一指令的取指操作,而不必等到前一指令执行完毕。实际上,大多数CalmRISC指令都是单字节指令,取指操作只需一个时钟周期即可完成;但是 “CALL”和“JP”等跳转指令是双字节指令,它们的取指操作需要两个时钟周期。

2.2 8位乘法器

S3CK215整合了一个8-bit乘法器,通过设置乘法器控制寄存器(MULCON)可支持8-bit符号数或无符号数的乘法运算,而且只需两个时钟周期即可输出运算结果。它的组成包括操作数寄存器(MXINPMYINP)、结果寄存器(MRHMRL)和8-bit乘法运算器。调用乘法器实现乘法的程序段如下:

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

2.3 运算放大器

S3CK215中有两个运算放大器,MIC放大器和滤波放大器,一个用于从输入信号中滤除噪声以提高信号的信噪比,另一个用于输入信号的放大,以便进行后续的信号处理。当然这些放大器可以根据用户需要自行定义它们的用途。实际上,该放大器模块包括滤波放大器、MIC放大器、放大器控制寄存器以及参考电压产生器。

2.4 A/D和D/A转换器

S3CK215内部整合了10-bit模数转换器(A/D)和9-bit数模

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