第1章R8C1A、1B單片機(jī)概述

1、·11·第1章 R8C/1A、1B單片機(jī)概述第1章 R8C/1A、1B單片機(jī)概述隨著半導(dǎo)體技術(shù)和工藝的快速發(fā)展，單片機(jī)已經(jīng)滲透到人們生活的各個領(lǐng)域。由于其體積小、重量輕、價格便宜、具有很強(qiáng)的靈活性，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。環(huán)顧身邊，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。遙控器、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電飯煲等家電產(chǎn)品，移動電話等通信產(chǎn)品，電視、音響等AV設(shè)備，以及汽車音響、安全氣囊等汽車電子產(chǎn)品，單片機(jī)在各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。瑞薩公司由日立制作所、三菱電機(jī)的半導(dǎo)體部門合并而成，是MCU市場占有率位居全球第一的企業(yè)，業(yè)務(wù)范圍更是涵蓋了“移動通信”、“數(shù)碼家電”和

2、“汽車電子”三大領(lǐng)域。1.1 瑞薩R8C/Tiny系列單片機(jī)隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子化使得產(chǎn)品的性能得到大幅度的提高，而一些尚未使用單片機(jī)的產(chǎn)品，例如還在使用機(jī)械式定時器的電子微波爐等，都有向高性能、多功能產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的趨勢。瑞薩公司為幫助用戶完成產(chǎn)品高性能化的目標(biāo)，秉承為用戶打造“Easy to Use”的單片機(jī)理念，設(shè)計開發(fā)了具有低價位、少引腳、小型封裝等特征的R8C/Tiny系列單片機(jī)，可應(yīng)用于家電、AV，以及工業(yè)設(shè)備的系統(tǒng)控制器等。1.1.1 R8C/Tiny系列單片機(jī)的特點(diǎn)作為瑞薩單片機(jī)的特色產(chǎn)品，R8C/Tiny系列單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：1采用16位CPU內(nèi)核在當(dāng)今的單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，8

3、位單片機(jī)依然在中國市場上占據(jù)主導(dǎo)地位，但是隨著網(wǎng)絡(luò)時代的到來，例如，通信協(xié)議的控制和安全性的驗證對運(yùn)算的復(fù)雜性提出了更高的需求，而8位單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力顯然不足以滿足要求。R8C/Tiny系列單片機(jī)擁有M16C族單片機(jī)的高性能16位中央處理器內(nèi)核，但為了減少引腳數(shù)，CPU與外圍功能電路間的總線寬度變?yōu)?位，且內(nèi)置了硬件乘法器，提高了CPU的處理能力。2內(nèi)置Flash存儲器出于成本考慮，過去的單片機(jī)內(nèi)置程序存儲器以掩模ROM為主流；內(nèi)置Flash程序存儲器的單片機(jī)通常只為開發(fā)才進(jìn)行少數(shù)的量產(chǎn)。與Flash ROM相比，掩模ROM的缺點(diǎn)是程序由工廠一次寫入后無法修改，且出貨周期長達(dá)兩三個月

4、。而Flash ROM產(chǎn)品可隨時修改片內(nèi)程序。近年來，隨著Flash工藝的進(jìn)步，使其成本大大降低。因此R8C/Tiny系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都采用內(nèi)置的Flash存儲器，且支持在系統(tǒng)編程（In System Programming，ISP）及在應(yīng)用編程（In Application Programming，IAP）的功能。注： ISP（In System Programming）在系統(tǒng)編程，指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下器件，已經(jīng)編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。IAP（In-Application Programming）在應(yīng)用編程，指MCU可以在

5、系統(tǒng)中獲取新代碼并對自己重新編程，即可用程序來改變程序。3少引腳、小型封裝但具備豐富的內(nèi)置功能R8C/Tiny系列單片機(jī)具備少引腳和小型封裝的特點(diǎn)，其引腳數(shù)最少的產(chǎn)品只有20pin，卻內(nèi)置了定時器、串行接口、A/D轉(zhuǎn)換器、上電復(fù)位和片內(nèi)振蕩器等功能，通過引腳復(fù)用簡化了單片機(jī)外圍電路的設(shè)計，降低了開發(fā)成本。4EMI/EMS性能增強(qiáng)R8C/Tiny系列單片機(jī)在開發(fā)階段就在芯片內(nèi)部布線方面下了很大工夫，電源布線低阻抗化，所有的引腳都采用了保護(hù)電路和濾噪電路，提高了耐浪涌和耐閂鎖效應(yīng)的能力，抗干擾能力得到顯著提高。引腳配置方面，在考慮抗干擾能力的同時，也充分考慮了電源引腳的安全性。5低價位開發(fā)工具瑞薩

6、公司在研究CPU和外圍功能的同時，也不斷進(jìn)行開發(fā)環(huán)境的完善；在研究指令體系的同時，也進(jìn)行能實現(xiàn)極高的代碼效率的C編譯器的研發(fā)。對于調(diào)試器的開發(fā)，同樣想盡各種辦法，把調(diào)試器所必需的功能模塊內(nèi)置于芯片，但同時又爭取能充分發(fā)揮單片機(jī)的全部性能。從低價格的On-Chip調(diào)試器等簡易開發(fā)工具到高性能的全功能仿真器，能夠滿足不同應(yīng)用開發(fā)需求。另外，瑞薩公司全方位地為客戶提供支持服務(wù)，包括在單片機(jī)的實際開發(fā)中所必要的信息和文檔資料，如硬件手冊、軟件手冊以及應(yīng)用說明等。1.1.2 R8C/Tiny系列單片機(jī)的產(chǎn)品線R8C/Tiny系列是瑞薩Tiny單片機(jī)家族中引腳數(shù)最少的一類單片機(jī)，它是將瑞薩M16C族（16

7、位）單片機(jī)的功能簡化、引腳減少之后設(shè)計出的低價格產(chǎn)品。其產(chǎn)品開發(fā)路線圖如圖1.1.1所示。R8C/1A、1B單片機(jī)是對R8C/Tiny系列現(xiàn)存的20引腳產(chǎn)品（R8C/1417產(chǎn)品群）在規(guī)格和性能方面進(jìn)行強(qiáng)化之后的產(chǎn)品，內(nèi)置采用更高工藝的Flash存儲器，支持擦除/編程掛起功能，容量也從原來的8KB/12KB/16KB變?yōu)?KB/8KB/12KB/16KB的4個版本，并增加了20引腳的SDIP封裝和28引腳的HWQFN封裝形式。R8C/1A、1B單片機(jī)可廣泛應(yīng)用于家電、辦公設(shè)備、住宅設(shè)備（傳感器、安防）、便攜設(shè)備、AV設(shè)備等多個領(lǐng)域。注： I2C為荷蘭PHILIPS公司的商標(biāo)；SSU為帶片選的同

8、步時鐘串行接口。圖1.1.1 R8C/Tiny系列單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)路線圖1.2 R8C/1A、1B單片機(jī)概述1.2.1 R8C/1A、1B單片機(jī)的特點(diǎn)及優(yōu)勢R8C/1A、1B單片機(jī)作為R8C/Tiny系列的20引腳最新產(chǎn)品，繼承了R8C/Tiny的許多特點(diǎn)，除了擁有高處理能力的R8C內(nèi)核，全部內(nèi)置Flash存儲器之外，還具備以下一些優(yōu)勢：1高效的指令系統(tǒng)和靈活的尋址方式R8C/1A、1B單片機(jī)采用了R8C/Tiny系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)，包括89條指令和豐富的尋址方式。功能強(qiáng)大的指令系統(tǒng)使MCU能夠高效地執(zhí)行寄存器到寄存器、寄存器到存儲器、存儲器到存儲器的操作，以及快速地進(jìn)行算術(shù)/邏輯運(yùn)算操作。R

9、8C/1A、1B單片機(jī)芯片中還集成了一個硬件乘法器，進(jìn)一步提高了其運(yùn)算速度和能力。2豐富的內(nèi)置功能作為少引腳、小型化封裝的單片機(jī)，R8C/1A、1B內(nèi)部卻集成了多種功能模塊，簡化了單片機(jī)外圍電路的設(shè)計。（1）高性能定時器內(nèi)置輸入捕捉/輸出比較等工作模式的16位和8位定時器。（2）串行接口內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)的時鐘同步、異步串行接口電路，同時內(nèi)置I2C總線接口和帶片選的時鐘同步串行接口（SSU）。（3）4通道10位A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)置4通道10位A/D轉(zhuǎn)換電路，可將外部的模擬電壓信號直接輸入并進(jìn)行處理。（4）上電復(fù)位功能內(nèi)置上電復(fù)位電路，無須用戶單獨(dú)設(shè)計單片機(jī)外圍的復(fù)位電路，如圖1.2.1所示。（5）高速內(nèi)部振

10、蕩器內(nèi)置8MHz高速內(nèi)部振蕩器，精度可保證在±3%以內(nèi)（工作環(huán)境溫度：060），條件適合的情況下用戶可選擇不連接外部振蕩器。使用高精度的內(nèi)部振蕩器，可保證異步串行通信（UART）的正常進(jìn)行（見圖1.2.1）。（6）數(shù)據(jù)閃存（DATA Flash）數(shù)據(jù)閃存是指Flash存儲器中擦除次數(shù)可達(dá)10000次以上的區(qū)塊，用來存放系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)，并保證寫入的數(shù)據(jù)掉電不丟失，如果結(jié)合相應(yīng)的軟件輔助，其在功能上可替代過去用于數(shù)據(jù)存儲的外接E2PROM（見圖1.2.1）。3提供更多的用戶可用引腳雖然R8C/1A、1B單片機(jī)只有20個引腳，但是如果使用高速內(nèi)部振蕩器作為時鐘源，最多有16個引腳可作為系統(tǒng)

11、功能引腳使用。此外，使用On-Chip調(diào)試器對單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試時，只使用一個MODE引腳作為調(diào)試引腳，所以除、Vcc、Vss、MODE引腳之外，其他引腳都可開放給用戶使用（見圖1.2.1）。圖1.2.1 R8C/1A、1B單片機(jī)的特點(diǎn)4安全設(shè)計為防止由于外圍電路的故障或程序跑飛而造成的系統(tǒng)癱瘓，R8C/1A、1B單片機(jī)為用戶提供了以下的安全保護(hù)措施：（1）主時鐘振蕩停止檢測功能當(dāng)主時鐘振蕩電路作為CPU的時鐘源時，若由于外部因素導(dǎo)致振蕩電路停振，單片機(jī)內(nèi)部會檢測這一故障，并自動轉(zhuǎn)由低速內(nèi)部振蕩器代替主時鐘作為CPU的時鐘源，同時產(chǎn)生相應(yīng)中斷提示用戶，用戶可對系統(tǒng)進(jìn)行及時的保護(hù)而不造成系統(tǒng)運(yùn)行失控

12、。具體可參考本書3.1.5節(jié)。（2）看門狗定時器的計數(shù)源保護(hù)看門狗定時器可以有效地檢測出系統(tǒng)跑飛的情況，但以前內(nèi)置看門狗電路的單片機(jī)大多采用與CPU時鐘相同的時鐘作為看門狗定時器的時鐘源，一旦該時鐘源停止，看門狗定時器也隨之無法工作。R8C/1A、1B單片機(jī)可使用低速內(nèi)部振蕩器時鐘作為看門狗定時器的計數(shù)源，而與CPU時鐘源分開，用以提高看門狗電路工作的可靠性，達(dá)到與單獨(dú)外接看門狗芯片同樣的效果。具體可參考本書2.5節(jié)。1.2.2 R8C/1A、1B單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖R8C/1A、1B單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1.2.2所示。注： ROM容量根據(jù)品種不同而不同。 RAM容量根據(jù)品種不同而不同。圖1.2.2

13、 R8C/1A、1B單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖1.2.3 R8C/1A、1B單片機(jī)性能概要R8C/1A、1B單片機(jī)的性能概要如表1.2.1所示。表1.2.1 R8C/1A、1B單片機(jī)的性能概要項 目性 能CPU基本指令數(shù)89條指令最短指令執(zhí)行時間50ns（fXIN=20MHz、Vcc=3.05.5V）100ns（fXIN=10MHz、Vcc=2.75.5V）運(yùn)行模式單芯片地址空間1MB存儲器容量ROM：4KB/8KB/12KB/16KBRAM：384B/512B/768B/1KB外圍功能端口輸入/輸出：13個（含4個LED驅(qū)動端口）輸入：3個時鐘發(fā)生電路主時鐘振蕩電路：內(nèi)置反饋電阻內(nèi)部振蕩器：高速和低速，

14、其中高速內(nèi)部振蕩器帶頻率調(diào)整功能振蕩停止檢測功能主時鐘振蕩停止檢測功能低電壓檢測電路內(nèi)置上電復(fù)位電路內(nèi)置定時器定時器X：8位（內(nèi)置8位預(yù)分頻器）定時器Z：8位（內(nèi)置8位預(yù)分頻器）定時器C：16位（具有輸入捕捉電路和輸出比較電路）中斷內(nèi)部中斷源：9個外部中斷源：4個軟件中斷源：4個中斷優(yōu)先級：7級看門狗定時器15位（內(nèi)置預(yù)分頻器）可選擇復(fù)位后自啟動功能、計數(shù)源保護(hù)模式串行接口UART0：可用作時鐘同步串行接口或時鐘異步串行接口UART1：時鐘異步串行接口功能可選的時鐘同步串行接口：I2C總線接口，帶片選的時鐘同步串行接口（SSU）A/D轉(zhuǎn)換器10位A/D轉(zhuǎn)換器：4個通道Flash存儲器編程和擦除

15、電壓Vcc=2.75.5V編程和擦除次數(shù)R8C/1A：100次R8C/1B：1 000次（塊0和塊1）、10 000次（塊A和塊B）電特性電源電壓Vcc=3.05.5V（fXIN=20MHz）Vcc=2.75.5V（fXIN=10MHz）續(xù)表項 目性 能電特性工作電流典型值9mA（Vcc=5V、fXIN=20MHz、A/D轉(zhuǎn)換器停止工作）典型值5mA（Vcc=3V、fXIN=10MHz、A/D轉(zhuǎn)換器停止工作）典型值35A（Vcc=3V、等待模式、外圍時鐘停止）典型值0.7A（Vcc=3V、停止模式）工作環(huán)境溫度-2085-4085（D版）封裝20引腳LSSOP封裝、20引腳

16、SDIP封裝、28引腳HWQFN封裝注： I2C總線為荷蘭PHILIPS公司的注冊商標(biāo)。1.2.4 引腳圖20引腳LSSOP封裝（薄形窄節(jié)距小外形封裝）的R8C/1A、1B單片機(jī)的引腳圖（俯視圖）如圖1.2.3所示，各引腳功能如表1.2.2所示。注： P4_7為輸入專用端口。圖1.2.3 20引腳LSSOP封裝的引腳圖（俯視圖）表1.2.2 20引腳R8C/1A、1B單片機(jī)引腳功能說明分 類引 腳 名輸入/輸出功 能電源輸入Vcc、Vss輸入Vcc：2.75.5V；Vss：0V模擬電源輸入AVcc、AVss輸入A/D轉(zhuǎn)換器的電源輸入復(fù)位輸入輸入如果該引腳接“L”電平，單片機(jī)就復(fù)位MODEMOD

17、E輸入On-Chip調(diào)試器調(diào)試用引腳，通過電阻連接到Vcc續(xù)表分 類引 腳 名輸入/輸出功 能主時鐘輸入XIN輸入主時鐘振蕩電路的輸入/輸出引腳，在XIN和XOUT之間連接陶瓷諧振器或晶體振蕩器。當(dāng)輸入由外部生成的時鐘時，將時鐘從XIN輸入，同時使XOUT開路主時鐘輸出XOUT輸出INT中斷輸入、輸入中斷的輸入鍵輸入中斷輸入輸入鍵輸入中斷的輸入定時器XCNTR0輸入/輸出定時器X的輸入/輸出輸出定時器X的輸出定時器ZTZOUT輸出定時器Z的輸出定時器CTCIN輸入定時器C的輸入CMP0_0CMP0_2、CMP1_0CMP1_2輸出定時器C的輸出串行接口CLK0輸入/輸出傳送時鐘輸入/輸出RxD

18、0、RxD1輸入串行數(shù)據(jù)輸入TxD0、TxD1輸出串行數(shù)據(jù)輸出帶片選的時鐘同步串行接口（SSU）SSI00、SSI01輸入/輸出數(shù)據(jù)輸入/輸出輸入/輸出片選輸入/輸出SSCK輸入/輸出時鐘輸入/輸出SSO輸入/輸出數(shù)據(jù)輸入/輸出I2C總線接口SCL輸入/輸出時鐘輸入/輸出SDA輸入/輸出數(shù)據(jù)輸入/輸出基準(zhǔn)電壓輸入VREF輸入A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓輸入，連接到VccA/D轉(zhuǎn)換器AN8AN11輸入A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入輸入/輸出端口P1_0P1_7、P3_3P3_5、P3_7、P4_5輸入/輸出·CMOS輸入/輸出端口，通過方向寄存器，每個引腳可設(shè)定成輸入或者輸出端口·輸入端口可通過程序選擇有無上拉電阻·端口P1_0P1_3可作為LED驅(qū)動端口使用輸入端口P4_2、P4_6、P4_7輸入輸入專用端口1.2.5 全方位支持的開發(fā)工具R8C/Tiny單片機(jī)的開發(fā)工具，從廉價簡易產(chǎn)品到高性能產(chǎn)品一應(yīng)俱全。高性能的全功能仿真器（Full Emulator）不僅可以調(diào)試實時操作系統(tǒng)，實時跟蹤的功能也非常齊全。低價位的簡易開