μPD780208单片机的功能及应用

    摘要：μPD780208是日本NEC公司生产的8位高性能单片机产品，文中比较全面的介绍了μPD780208的特点和功能，并给出了一个完整μPD780208的系统应用实例。

    关键词：单片机 μPD780208 微控制器

1 概述

日本NEC公司生产的μPD780208系列8位单片机属于78K/0家族，该系列是NEC公司内部集成FIP显示驱动器各系列中功能最强的。根据内部集成的ROM和RAM容量的不同，μPD780208系列可分为5个型号，本文主要介绍最高型号μPD780208芯片的功能和应用。该芯片为100引脚QFP封装，内部集成了1个8位78K0CPU内核，它带有60kB的ROM、2192B的RAM、10个I/O端口共74根I/O线、1个FIP显示驱动/控制器、8位A/D转换器、2个串行I/O口、5个定时/计数器、3个定时器输出、1个可编程时钟输出、1个可编程蜂鸣器输出、4个外部中断源、12个内部中断源和1个测试输入端，并支持双时钟，其电源电压范围为2.7～5.5V，并可设定2种待机模式。ΜPD780208具有功能强、可靠性高、速度快、可支持节电应用的优点。

图1所示是μPD780208芯片的功能方框图。

2 功能特点

2.1 CPU结构

μPD780208的存储器寻址空间为64kB，其中程序存储器占用低端60kB的空间，高端为RAM区。RAM可分为以下4部分：

（1）内部高速RAM区：1024字节；

（2）内部扩充RAM区：1024字节；

（3）缓冲RAM区：64字节；

（4）FIP显示RAM区：80字节。

图2给出了μPD780208的存储器空间使用情况。μPD780208中CPU的特殊功能寄存器区（SFR）包括片硬件端口I/O、控制和状态寄存器。

2.2 时钟生生器

    μPD780208可使用两种系统时钟振荡器来产生时钟：一种是主系统时钟振荡器，支持1～5.0MHz的晶振频率；另一种是子系统时钟振荡器，工作频率为32768Hz。可编程选择其中一个用于CPU时钟、各定时器时钟或时钟输出。当主系统时钟作为CPU时钟时，可选择不分频或2/4/8/16分频；而子系统时钟只能提供2分频作为CPU时钟，这样，指令周期就有六种选择。

2.3 定时器

μPD780208中的定时器包括TM0～TM3、WDTM等，同时它还带有时钟输出控制以及蜂鸣器输出控制等电路。其中16位定时/计数器（TM0）可作为间隔定时器、PWM输出、脉宽测量、外部事件计数器或方波发生器使用。而两个8位定时/计数器（TM1和TM2）则可作为间隔定时器、外部事件定时器和方波发生器作用，两个8位定时/计数器还可合起来作为一个16位定时/计数器使用。此WATCH定时器（TM3）用于每隔0.5秒置一次标志位，同时在预置的时间间隔上产生中断。看门狗定时器（WDTM）则用来执行看门狗定时功能，或在预置时间间隔上执行不可屏蔽中断、可屏蔽中断和系统复位（RESET）等功能。

时钟输出控制电路的作用是把主/子系统时钟分频后提供给其他设备，以用于遥控发送中的载波输出。

蜂鸣器输出控制电路主要是将主/子系统时钟分频并输出，以得到指定频率的蜂鸣器输出。

2.4 A/D转换器

μPD780208的A/D转换器采用逐次逼近型，为8位分辨率和8通道。A/D转换的启动可采用硬件触发或软件设置来启动。A/D转换的通道号、通道数、转换时间均可通过软件编程来设置。

2.5 串行I/O口

μPD780208具有2个串行I/O口，分别为通道0和1，它可提供以下3种同步工作模式。

（1）线串行I/O模式

这种模式下的3根连线为串行时钟（SCK0/1）、串行输出（SO0/1）和串行输入（SI0/1），在同步时钟作用下可同时进行同步发送和同步接收。

（2）串行总线接口（SBI）模式

此模式的2根连线是串行时钟（SCK0）和串行数据总线（SB0或SB1），主要用于多设备之间的串行通讯。

（3）2线串行I/O模式

此模式的2根连线为串行时钟（SCK0）和串行数据I/O（SB0或SB1），主要用于半双工的8位数据的收发。

串行通道0和1的功能见表1所列。

表1 串行通道0和1的功能

2.6 FIP显示控制/驱动器

FIP（Fluorescent Indicator Panel）显示控制/驱动器是μPD780208系列芯片所特有的功能，其主要功能如下：

●可自动读取显示数据并输出段和位信号，以实现硬件的自动显示刷新功能。

●通过设置模式寄存器DSPM0、DSPM1和DSPM2，可控制显示9～40段和2～16位FIP。

●通过设置DSPM0选择显示模式2，可自由设定位信号输出时序。

●除了FIP0～FIP12为显示专用输出引脚外，其他未用的显示引脚可用作普通I/O口。

●显示器亮度分为8级，可通过DSPM1对其调节。

●显示时序中包含键盘扫描时序，并可输出键盘扫描信号。

●具有高驱动能力，可直接驱动FIP显示器。

●掩膜芯片可提供显示输出引脚的上拉电阻选择。

在其他单片机系统中，常常是由软件定时中断来逐位刷新显示，如果有健盘，定时中断还负责完成刷新键盘的任务，这会点用很多CPU资源；μPD780208的FIP显示控制/驱动器则可实现硬件自动显示刷新功能，在初始设置完成后，软件的工作只是将显示数据按要求的模式放入FIP显示RAM区，同时在显示时序中提供键盘扫描功能，这在很大程度上降低了CPU的资源占用率。

2.7 中断系统

中断系统由中断源和中断控制部分组成，并具有测试输入功能。

a.中断源

μPD780208的中断系统提供3种中断类型、15个中断源和2个中断优先级。3种中断类型分别为不同屏蔽中断、可屏蔽中断和软件中断。中断源采用向量中断方式，在存储器的低端64字节内可存放系统复位后的起始运行地址（复位向量）和15个中断源的中断处理程序地址（中断向量），参见图2。详细中断源列表见表2。

表2 中断源表

b.中断控制

中断功能由以下6种寄存器来控制：

（1）中断请求标志寄存器IF0L和IF0H：当某中断请求发生时，对应的位被置1。

（2）中断屏蔽标志寄存器MK0L和MK0H：用于打开或关闭指定可屏蔽的中断响应。

（3）优先级标志寄存器PR0L和PR0H：用于设置可屏蔽中断的优先级顺序，优先级分为高级和低级。

（4）外部中断模式寄存器INTM0：用于指定外部中断INTP0、INTP1、INTP2的触发有效沿，该有效沿可以是下降沿有效、上升沿有效或上升沿下降沿均有效。而INTP3则被固定为下降沿触发。

（5）采样时钟选择寄存器SCS：用于设定INTP0的采样时钟。

（6）程序状态字PSW：其中的IE和ISP标志用于打开或关闭对可屏蔽中断的响应和指示当前中断的优先级。

c.测试输入功能

测试输入功能也是中断系统的一部分，测试输入没有中断处理，它由WATCH定时器溢出触发，并置位测试输入标志WTIF。

2.8 待机功能

待机功能用于减少系统的功能。μPD780208支持暂停和停止2种待机模式。

执行HALT指令将使系统从正常运行模式进入到暂停模式。在这种模式下，CPU操作时钟被停止，但系统时钟振荡器仍工作，因此功耗减小但幅度不大。在发生中断请求时，暂停模式将被清除，系统立即转换回正常运行模式，并执行中断程序。

执行STOP指令将使系统从正常运行模式进入到停止模式。在这种模式下，系统时钟振荡器被请求可以使系统返回正常运行模式，但是，由于系统时钟振需要启动并达到稳定工作需要一段时间，因此，在这种模式返回时不能立即执行操作。

暂停模式可以在主系统和子系统时钟下工作，而停止模式只能在主系统时钟下工作。在这2种模式下，CPU在进入待机模式前的所有状态，包括I/O口状态都被保留。

待机模式在清除时，暂停模式可用未被屏蔽的可屏蔽中断请求、不可屏蔽中断请求、未被屏蔽的测试输入、系统RESET复位等信号清除。暂停模式在被前3种方式消除后，CPU将继续执行HALT指令的下一条指令；而系统复位后CPU将转入复位向量地址。

停止模式可用不可屏蔽中断请求、未被屏蔽的测试输入或系统RESET复位信号清除。清除后的CPU运行情况与暂停模式相同。

3 应用

综上所述，μPD780208是一个功能强大的单机产品，适合于要求速度快、可靠性高、扩展功能强和节电的应用系统。图3是一个μPD780208的应用实例，该应用充分利用了该芯片的性能特点，其包括VFD直接驱动真空荧光管显示器VFD，开关量输入输出，A/D转换，键盘扫描输入，串行通讯，接口扩展等模块，是一个较为完整的应用系统。