內含CalmRISC的８位單片機S3CK215及其應用

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(kāi)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控制驅動(dòng)器、放大器以及Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ轉換器等非常有用的功能單元（比如ＬＣＤ控制驅動(dòng)器可以直接驅動(dòng)高達１２０個(gè)點(diǎn)的ＬＣＤ顯示屏）。由于這些單元拓展了該單片機的功能，因此，使用該單片機設計電路時(shí)，只需附加簡(jiǎn)單的外部電路就可以構成一個(gè)完整的單片機系統，而且功耗低、體積小、系統可靠性高。此外，三星公司還為Ｓ３ＣＫ２１５的應用提供了一套有效的開(kāi)發(fā)工具和在線(xiàn)仿真器，從而方便了設計者基于Ｓ３ＣＫ２１５的軟硬件設計。

本文介紹了使用Ｓ３ＣＫ２１５設計的校音器電路。該校音器在采集到樂(lè )器所產(chǎn)生的聲音信號后，可計算出聲音頻率，同時(shí)顯示其與理想頻率的偏差，然后以此作為樂(lè )器調整的依據，使之發(fā)出標準聲音。

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圖１是Ｓ３ＣＫ２１５的內部結構模塊圖。從圖１可以看出，該單片機具有以下特點(diǎn)：

●使用ＣａｌｍＲＩＳＣ作為中央處理單元；

●內含八位乘法器；

●具有深度達１６級的硬件堆棧，每級寬度為１６－ｂｉｔ；

●帶有ＬＣＤ驅動(dòng)控制器；

●具有１０－ｂｉｔ Ａ／Ｄ轉換器和９－ｂｉｔ Ｄ／Ａ轉換器；

●內含兩個(gè)運算放大器。

２．１ ＣａｌｍＲＩＳＣ處理器

ＣａｌｍＲＩＳＣ是三星公司新開(kāi)發(fā)的一種８－ｂｉｔ低功耗ＲＩＳＣ微處理器，它滿(mǎn)足哈佛體系結構，具有獨立的程序存儲器和數據存儲器，其指令和數據可以通過(guò)各自的路徑同時(shí)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

ＣａｌｍＲＩＳＣ的內部結構包括一個(gè)８－ｂｉｔ ＡＬＵ、１６個(gè)通用寄存器、１１個(gè)專(zhuān)用寄存器、１６級硬件堆棧以及程序存儲器地址生成單元以及數據存儲器地址生成單元等。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(zhuān)用寄存器包括狀態(tài)寄存器、鏈接寄存器以及數據存儲器索引寄存器。ＣａｌｍＲＩＳＣ中的１６級硬件堆棧除了可以作為數據暫存空間外，還可以用來(lái)進(jìn)行低功耗堆棧操作。

ＣａｌｍＲＩＳＣ具有三級流水線(xiàn)。圖２所示是Ｃａｌｍ-ＲＩＳＣ處理器的三級流水線(xiàn)示意圖。對ＣａｌｍＲＩＳＣ的操作可采用寄存器－存儲器指令集方式。操作時(shí)首先取指令（ＩＦ）并將程序計數器（ＰＣ）指向指令地址，接著(zhù)將指令放入指令寄存器（ＩＲ），然后進(jìn)行指令譯碼和數據存儲器讀?。ǎ桑模停牛停?，同時(shí)執行指令和回寫(xiě)（ＥＸＥ／ＷＢ），最后由ＡＬＵ來(lái)執行指令并將指令執行結果寫(xiě)入目標寄存器。

ＣａｌｍＲＩＳＣ采用流水線(xiàn)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行完畢。實(shí)際上，大多數ＣａｌｍＲＩＳＣ指令都是單字節指令，取指操作只需一個(gè)時(shí)鐘周期即可完成；但是 “ＣＡＬＬ”和“ＪＰ”等跳轉指令是雙字節指令，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(guò)設置乘法器控制寄存器（ＭＵＬＣＯＮ）可支持８－ｂｉｔ符號數或無(wú)符號數的乘法運算，而且只需兩個(gè)時(shí)鐘周期即可輸出運算結果。它的組成包括操作數寄存器（ＭＸＩＮＰＭＹＩＮＰ）、結果寄存器（ＭＲＨＭＲＬ）和８－ｂｉｔ乘法運算器。調用乘法器實(shí)現乘法的程序段如下：

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