第1章μPSD3200系列最新单片机概述

第1章μPSD3200系列单片机概述本章简单介绍了单片机技术与SOC技术的发展，以及μPSD3200系列单片机的技术性能。单片机是单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）的简称，它的内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器（CPU）、存储器、定时/计数器、各种串/并行I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。近年来，由于半导体技术和工艺的快速发展，以及针对各行各业的实际应用需要，单片机的开发方面又出现了许多新的技术。SOC（SystemOnChip，片上系统）等名词日益被人们所熟悉和关注。1.1单片机的发展和SOC技术单片机出现的历史并不长，它的产生与发展和微处理器的产生与发展是同步的。随着1971年Intel公司第一片单片微处理器芯片4004的诞生，就此揭开了单片微型计算机的序幕。1.1.1单片机技术的发展单片机从1976年公布8位机至今不到30年的时间，它没有像微处理器那样从8位、16位，一直发展到32位、64位，8位机目前依然是单片机的主流机型。但是，它突破了原有的集成结构，在内部集成了越来越多的外围电路和外设接口，从而发展成为微控制器（MicroController）的体系结构，其发展历程大致分为以下几步：第一阶段：初级单片机阶段。以Intel公司MCS-48系列为代表，MCS-48系列单片机集成了8位CPU、并行I/O接口、8位的定时/计数器、寻址空间不大于4KB的存储空间。它以体积小、功能全、价格低等特点赢得了市场，为单片机的发展奠定了基础。第二阶段：高性能单片机阶段。在MCS-48系列单片机成功示范下，许多计算机公司和半导体公司都竞相研制、开发自己的单片机系列。这一阶段推出的单片机具有串行接口、多级中断系统、16位定时/计数器等功能，并加大了片内RAM、ROM的存储容量，寻址空间可达64KB。Intel公司的MCS-51系列是这一阶段的代表之作。MCS-51系列单片机对单片机体系结构的完善，形成了事实上的标准结构，许多年后仍成为其他半导体厂家的单片机内核（51内核）。第三阶段：增加控制功能部件阶段。由于单片机的高性价比及其在各领域的应用，尤其是在测控领域的广泛应用，需要更多的面向测控对象的接口电路，如：ADC、DAC、事件捕捉器、PWM等；另外有保证系统可靠运行的程序监视定时器（WDT）。许多单片机增µPSD32××高速SOC51单片机原理及应用2加了满足测控需求的接口电路，例如，许多厂家以MCS-51为内核，集成了ADC、DAC、PWM等外围接口部件；增加了SPI、I2C等串行总线部件形成具有测控能力的微控制器芯片，80C51系列是这一阶段的代表。第四阶段：SOC阶段。伴随着半导体技术的发展和成熟，面对日益增长的广泛需求，单片机出现了百花齐放的局面。面对不同的电子技术应用，如：玩具、家电、智能仪表、过程控制等，各厂家推出了适合不同领域要求的单片机系列：采用RISC指令集的RISC单片机；具有TCP/IP网络接口的网络单片机；把FLASH存储器和各种功能部件（包括可编程逻辑部件）集成在一起的SOC单片机，以适应嵌入式系统的需要等。1.1.2嵌入式系统与SOC技术嵌入式系统是面对测控对象，嵌入到应用系统中的计算机系统的总称。计算机测控技术的发展经历了从通用计算机到工控计算机、从CPU模块到单片机（微控制器），其中单片机有专门为嵌入式应用系统设计的体系结构和指令系统，是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片的CPU，它广泛应用于各种电子系统的智能化领域。单片机已在各行业得到广泛应用，为适应更多的应用领域，厂家采取了在一块单片机芯片上集成多种功能部件和大容量存储器的方法。因而，整个应用系统不需要扩展，而体积变小、可靠性增高，使单片机成为真正意义上的单片系统（SOC）。SOC（SystemOnChip）技术是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。SOC技术设计系统的核心思想是把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。使用SOC技术设计应用系统时，除了那些无法集成的外部电路或机械部分，其他所有的系统电路全部集成在一起。由于半导体集成电路技术和工艺的发展，以及EDA技术水平的不断提高，使得越来越多的SOC单片机诞生。1.1.3单片机的现状单片机经过了近30年的发展，无论从技术还是从种类，或者从半导体制造工艺以及从器件的封装技术，都有了很大的发展和更广阔的应用前景。RISC指令集的单片机也开始占据市场，32位单片机逐渐出现，但是需要注意的有三点：第一，8位单片机仍占据着计算机测控领域的主导地位。第二，51系列依然具有强大的生命力，其经典的体系结构和衍生产品仍受到市场的响应和好评。第三，SOC技术的单片机在今后的应用系统中将会凸现其无以伦比的优势。1.2μPSD3200单片机简介μPSD3200系列单片机是ST（意法半导体）公司推出的一款新型单片机。它以增强型第1章µPSD3200系列单片机概述3MCS-51内核单片机8032为基础，集成了PSD（ProgrammableSystemDevice，可编程外围器件）模块。该单片机系列含有大容量的FLASH和RAM存储器、I2C和USB接口电路、可编程逻辑器件（PLD），是一个典型的具有SOC特征的单片机，如图1-1所示。1.2.1μPSD3200系列单片机的性能µPSD3200系列单片机包含一个高速时钟的8032微控制器和一个PSD模块，其主要特性如下：高速的标准8032内核（12时钟周期）5V器件最高工作频率是40MHz，3.3V器件为24MHz两个UART口，可独立设置波特率三个16位定时/计数器，两个外部中断源图1-1µPSD3200系列单片机结构示意图两块FLASH存储器当擦除和编程一块存储器时，可以从另一存储器内读数据。这样可以使用在应用编程（IAP）来实现远程更新的功能为应用程序、操作系统或图形用户界面提供128KB或256KB的大容量主FLASH存储器32KB次FLASH存储器分为几个扇区，可以通过相关指令来访问，以代替外部的EEPROM次FLASH存储器可以提供足够大的容量以实现复杂的通信协议，如通过USB接口来实现在应用编程（IAP）可选后备电池的大容量SRAM2~8KBSRAM适于高级语言的程序设计和实时操作系统（RTOS）以及通信缓冲、堆栈等高级应用可编程的地址译码PLD，为所有存储器提供灵活的地址映射每个FLASH和SRAM扇区都可设置为任意地址范围µPSD32××高速SOC51单片机原理及应用4内置页寄存器，打破了803264KB寻址空间的限制特殊寄存器（VM），在FLASH存储器的程序空间和数据空间之间，能灵活地转换，实现在应用编程（IAP）为外围器件的连接提供I2C接口可以工作在主、从两种方式最多五个脉宽调制器PWM通道四个8位脉宽调制单元一个16位脉宽调制单元，周期可编程4通道A/D转换器模拟参考电压由VREF引脚提供USB接口（仅在µPSD3234A-40U6中有）支持USB1.1低速模式，1.5Mbps支持端点0的控制传输与端点1和端点2的中断传输独立的显示数据通道DDC提供给监视器、放映机和电视设备使用符合视频电子标准协会VESA的标准：DDC1和DDC2B省去了外部的DDCPROM最多46个I/O引脚，具有6个I/O口多功能I/O︰GPIO、DDC、I2C、PWN、PLDI/O、电源监控和JTAG口不需要外部锁存和逻辑电路带有16个宏单元的3000门的PLD创建粘合（glue）、状态机（statemachines）、延时等时序不需要外部接PALs、PLDs和74HCXX电路运用简单免费的PSDsoftExpress软件进行配置监控功能低电压或看门狗时钟输出产生复位，可以省去外部监控芯片还可以通过引脚复位通过JTAG在系统编程（ISP）在10~25s内编程整块芯片，不需要片内8032内核参与编程过程提高生产效率，产品测试更容易，有效控制库存省去了芯片插座和编程器部分用FlashLINKTM下载电缆和PC机编程加密安全技术可编程的加密位，防止非法访问器件零功耗技术在输入发生改变的间隙，存储器和PLD自动降到静态电流封装第1章µPSD3200系列单片机概述552-脚TQFP封装80-脚TQFP封装，允许通过8032地址/数据/控制信号连接外围设备单电源供电4.5~5.5V（5V器件）3.0~3.6V（3V器件）由此可见，µPSD3200系列单片机是一种性能比较强大，功能部件比较齐全，尤其是存储器容量大的SOC单片机，适用于功能复杂且控制对象多的应用系统。1.2.2µPSD3200单片机系列µPSD3200单片机系列有众多型号和多种封装以适应不同的需求，具体资料可以到ST公司的网站（）或其代理商佰力公司网站（）去查阅或下载，表1-1列举了本书将详细介绍的两款µPSD3200系列单片机的资源配置情况。表1-1µPSD3200系列单片机的资源配置资源µPSD3251FµPSD3234A-40U6时钟频率3MIPS/40MHz3MIPS/40MHz主FALSH容量（KB）64256第二FLASH容量（KB）1632SRAM容量/KB28PLD宏单元数1616定时/计数器33I/O端口数66GPIO37468位ADC通道数44PWM通道数45UART22I2C11USB1.1-1（低速）DDC通道-1工作电压（V）4.5~5.54.5~5.5温度范围/˚С-40~85-40~85封装形式TQFP52TQFP80