EMC系列单片机原理及应用技术

第一章 EM78系列单片机简介

台湾义隆公司推出的八位EM78系列单片机已有多年，并广泛应用在家用电器、工业控制、仪器等方面，其优良的单片机结构和性能为用户所认同，但与AT89系列、PIC系列、Z86系列、GMS97系列等单片机比较而言，EM78系列单片机进入内地市场稍晚一些，所以一般人并不太了解。本章将对EM78系列单片机的主要特点作一个概述，供大家参考（以EM78X56为例）。

第一章一、先进的单片机结构

EM78系列单片机将众多功能集于一身，这其中包括ALU、ROM、RAM、I/O、堆栈、中断控制器、定时/计数器、看门狗、电压检测器、复位电路、振荡电路等，成为真正意义上的单片机小系统。

第二章二、优越的数据处理性能

EM78系列单片机采用RISC结构设计、单周期、单字节及流水线指令、五级堆栈、RAM 数量从32~157个，最短指令周期100ns，程序页面为1K（多至4页），与其它一些单片机相比，EM78系列单片机具有更高、更快的运行处理速度。

第三章三、强大的单片机新功能

这包括：

①①三个中断源：定时器中断、I/O唤醒中断、外部信号输入中断

②②R-OPTION功能：如果用户程序有几个版本，希望能放在同一ROM内，则通过

R-OPTION功能便可实现此想法，R-OPTION功能设置是在相关I/O上上拉或下拉电阻，通过判断相关I/O的状态来选择执行内部何种版本程序。

③③内置电压检测器：当电源电压掉在一额定值以下时单片机始终处于复位状态，以此提

高系统的复位性能。

④④低功耗设计：正常工作电流2mA、休眠状态电流1μA

⑤⑤多功能I/O口：可程序设置为I/O上拉、下拉、开路等方式

⑥⑥I/O唤醒功能：通过I/O变化唤醒处于休眠状态的单片机

⑦⑦内置看门狗定时器：提高单片机抗干扰能力

第四章四、灵活的功能选择设计

通过软件分别设置：

①①指令周期的时钟周期数（2/4）

②②特殊指令的指令周期数（1/2）

③③振荡方式（内部RC、外部RC 、XTAL低频、XTAL高频等）

④④R-OPTION功能开/关

⑤⑤WDT开/关

第五章五、通俗易懂的指令系统

EM78系列单片机指令系统采用与大家熟知的MCS-51指令风格设计，共计58条指令，大家通过较短的时间便能掌握运用。（本书第4章）

第六章六、完备的开发手段

EM78系列单片机开发工具包括：软件仿真器、硬件定时仿真器（DOS/WIN版）、可脱离微机使用的写入器（写入时间为1片/秒）、编译器（汇编和C语言）（本书第六章）

第七章七、快速的代码转换

针对用户已采用其它厂家的单片机如PIC16C5X，我们可提供转换程序，通过快速的代码转换，缩短开发周期，马上可以投片生产。（见本书第七章）

第八章八、系列化的单片机设计

EM78系列单片机有二十种之多，用户可根据应用产品的要求，选择合适的EM78单片机，方便产品的升级换代。以下两表为EM78系列单片机选型一览表。

EMC8位单片机EM78系列一览表

第二章EM78系列单片机硬件结构

EM78系列单片机是采用低功耗、高速CMOS工艺制造的8位单片机，本章将以EM78X56（包括EM78156、EM78256、EM78456）为例来讲述EM78系列单片机的内部结构、存贮器、中断、I/O、看门狗、振荡器和电压检测器等特点。

主要功能特点

·采用8位数据总线和13位指令总线独立分离的Harvard结构设计。

·采用RISC指令集，共有57条单字节指令，其中99%为单周期指令（对程序计数器PC指针进行写操作除外）。

·1K ～4KX13的程序存贮器（有OTP 和掩膜二个版本）。 ·48个通用数据寄存器可直接寻址使用。 ·14个特殊功能寄存器。

·具有一个结构选择寄存器用于设置振荡器的工作方式等。 ·具有五级堆栈令程序嵌套更自由。

·两个双向三态I/O 口，12个I/O 线，可分别设置为上拉、下拉或集电极开路等。

·具有三个硬件中断和一个软件中断。 ·两种工作模式：正常工作模式 2mA/5V

休眠模式 1μA/5V(可由I/O 唤醒)

·具有R-OPTION 功能，即用电阻的上拉、下拉来选择内部程序的执行。 ·一个带8位预置器的8位定时/计数器，一个看门狗定时器（WDT ）。 ·采用先进的加密方法保证用户代码不被读出。

·工作电压：2.5～5.5V 工作频率DC ～36MHZ 、工作温度0℃～70℃。

EM78X56型号分类、命名方法及管脚功能说明 型号分类(表2.1)：

命名方法:

EM 78 P 156 A P

封装形式P-DIP M-SOIC S-SSOP

内置电压检测功能 A-有 B-无

类型名 P ：OTP ； 没有“P ”为MASK 版本 单片机系列号 EMC 公司字头

EM78X56管脚功能描述

图2.1 EM78156管脚图(EM78256和EM78456管脚同上)

EM78内部结构框图

EM78X56在片内集成了一个8位算术运算单元ALU和工作寄存器ACC、1K～4KROM、56个RAM、12个I/O口，8位预置器（Prescaler）及8位计数器（TCC）、振荡器、看门狗、五级堆栈、中断控制器、指令寄存器、译码器和其它一些寄存器等。内部框图如图2.2所示：

EM78系列单片机采用8位数据/控制总线和13位指令总线独立分离的Harvard结构，流水线指令，即当一条指令在执行中，下一条指令已被从ROM取出放在指令寄存器等待执行，如此EM78系列几乎全部为单周期指令，执行速度更快。

EM78系列数据存贮器均可视为寄存器来寻址编程，分工作寄存器和特殊功能

寄存器二大类,2.5节将详细讲述寄存器的使用方法。

图2.2 EM78X56内部功能框图

程序存储器和堆栈 程序存储器

EM78X56内部程序存储器和堆栈示意图如下:

PC 指针(、EM78256、EM78456分

别是10位、11位、12位，即寻地空间分别为1K 、2K 和4K ，一个程序页面为1K 。页面选择通过设定状态寄存器R3的Bit6（PS1）. Bit5 (PS0)来完成，内容下表(表2.3)所示:

RETL RETI

EM78156 EM78256 EM78456 EM78456

MOV R2，A A9=A8=0 ADD R2，A A9=A8 =0

·对EM78156μPS1、PS0位为通用读/写位

·对EM78256μPS1为通用读/写位

EM78X56可在同一页面内直接跳转(JMP)和调用子程序(CALL)，即JMP时装入目标地址至PC的低10位,CALL时装入目标地址至PC的低10位,且PC+1压栈,调用同1K页面内的任何程序。

在EM78256/EM78456中，当需要跳转或调用不同页面的子程序时，则须在调用前将修改R3的PS0/PS1、PS0，执行JMP或CALL后将状态寄存器R3的PS0/PS1、PS0载入PC 的A10/A11、A10。

有一情况需特别注意：对PC（R2）进行直接操作指令如“MOV R2、A”、“ADD R2、A”、“BC R2，0”都将导致PC之第9及第10位（A9、A8）被清零，因此此类情况产生的任何跳转都限定在同一页面的前256个地址（查表指令的使用均在此限制内）

堆栈

EM78X56有五级堆栈,遵循后入先出的原则实现程序多至五级嵌套调用.通常堆栈使用如下:

当CALL和中断响应时PC+1压栈;

当子程序或中断返回,执行RET、RETL(带参数返回)、RETI(中断返回),将栈顶值(栈1)弹回程序计数器PC、同时将堆栈2的值拷贝到堆栈1，堆栈3的值拷贝到堆栈2，以此类推。

要注意的是RET、RETL、RETI指令并没有改变R3中的PS0～PS1位便返回到原来调用程序的页面,所以当从一次跨页的子程序调用返回时,一定要用指令恢复R3中原先的PS0、PS1值。

数据存储器RAM结构

EM78X56的数据存储器分工作寄存器、特殊功能寄存器和一般通用寄存器三大类,如图2.4所示:

工作寄存器

1.R0间接寻址寄存器

RO并非一个实际工作的寄存器，只作为间接寻址用。任何对RO进行操作的指令，实际上是存取由RAM选择寄存器R4所指定的RAM内容。

2.R1（TCC）

此寄存器为8位定时/计数器，可由程序进行读/写操作。它用于对外加在

TCC脚上的脉冲进行计数，或对内部时钟计数。

3.R2（程序计数器PC）和堆栈

·在复位情况下，R2被清零，地址指向OOOH

·对R2进行写操作的指令一定需要二个指令周期，其它有关R2和堆栈的内容§2.4中所述.

00

01

02

03

04

05

06

0B 0C 0D 0E 0F

10

11 . .

. 3F

图2.4 RAM结构图

4．R3状态寄存器（STATUS）

如下表所示，R3包括ALU运算标志、页面标志、复位状态等

Bit0(C) :进位标志

Bit1(DC):辅助进位标志

Bit2(Z) ：零标志，当一算术或逻辑运算结果为“0”时，则置该位为“1”

Bit3(P) :掉电模式位。当系统上电时或执行“WDTC”指令后，置该位为“1”；当执行“SLEP”指令后，该位被置“0”。

Bit4(T) :超时位，当系统上电或执行“SLEP”和“WDTC”指令时，置位为“1”；当WDT溢出时置位为“0”

Bit5(PSO)页面选择低位

Bit6(PS1)页面选择高位

通过P、T位来判断复位产生的原因如表2.4所示:

影响

GP：一般用途的读/写位

5.R4 RAM选择寄存器（RSR）

在间接寻址模式里，Bit0-5用来选择寄存器（地址：00-06、OF-3F）

例如 MOV A，@0x10

MOV R4,A

MOV A, @0x11

MOV R0, A ; R10=11H

其结果是将16进制的“11”值送入由R4指的“10”单元中。

·Bit6～7未使用

·未作间接寻址时，R4可作6位宽度的可读/写通用寄存器.

6. R5～R6（口5～口6）：分别为口5、口6的输入/输出寄存器，EM78将I/O映射为寄存器来操作，R6为8位，R5仅有低4位有效。

7．RF中断状态寄存器

·“1

Bit0 (TCIF):TCC 计数器1溢出中断标志位；当TCC计数器1溢出时置“1”，可由软件清零。

Bit1 (ICIF):口6输入变化中断标志位，当口6输入变化时置“1”，可由软件清零。

Bit2 (EXIF):外部中断标志位。当INT脚有下降沿触发时置“1”，可用软件清零。

Bit3～7:未使用

·RF可用软件清零，但不能被置“1”

·IOCF为中断屏蔽寄存器，通过指令读取RF值，此时结果值为RF和IOCF 相与的结果

8．R10～R3F

·R10～R3F为48X8位一般通用寄存器。

特殊功能寄存器

EM78X56的特殊功能寄存器主要包括累加器．控制寄存器和WDT预分频器。

1．1．累加器A

内部数据传输或指令运算单元，属不可寻址单元。

2．2．控制寄存器

控制寄存器是用来控制I/O的工作状态、中断控制、看门狗控制等，它

们的寄存器地址如图2.4,其读写只能采用指令I0R R或IOW R来完成。

（1）（1）CONT（控制寄存器）

Bit0(PSR0)～Bit2(PSR2) TCC/WDT预分频系数位

Bit3(PAB)预分频器分配位

0:分配给TCC

1:分配给WDT

Bit4(TE)TCC信号触发源位

0:TCC脚信号低到高触发

1:TCC脚信号高到低触发

Bit5(TS) TCC信号源

0:内部指令周期时钟

1:TCC脚输入的外部信号

Bit6(INT) 中断使能标志位

0：由DISI或硬件中断产生时屏蔽中断

1：ENI或RETI指令开中断

Bit7没有使用

·CONT寄存器是可读/写的

（2）（2）IOC5～IOC6(I/6口控制寄存器)

IOC5、IOC6分别为口5、口6控制寄存器，按位将IOC5、IOC6设为“1”时表示该脚没

为输入（高阻抗）、设为“0”时表示该脚为输出。

IOC5只有低四位可用。IOC5、ICO6为可读写的。

(3)IOCB(下拉控制寄存器)

0:使能内部下拉电阻功能

1:关闭内部下拉电阻功能

Bit1(/PD1):使能P51引脚的下拉电阻控制位

Bit2(/PD2):使能P52引脚的下拉电阻控制位

Bit3:未使用

Bit4(/PD4):使能P60引脚的下拉电阻控制位

Bit5(/PD5):使能P61引脚的下拉电阻控制位

Bit6(/PD6):使能P62引脚的下拉电阻控制位

Bit7(/PD7):使能P63引脚的下拉电阻控制位

(4)IOCC（集电极开路控制寄存器）

0：关闭集电极开路功能

1：使能集电极开路功能

Bit1～ Bit7 (0D1～0D7):分别使能P61～P67脚集电极开路功能。

IOCC为可读写寄存器

（5）IOCD上拉控制寄存器

0：允许内部上拉

1：禁止内部上拉

Bit1～Bit7(/PH1～/PH7)分别使能P61～P67脚内部上拉电阻控制器

* IOCD为可读写寄存器

（6）IOCE WTD控制寄存器

0：关闭WDT

1：使能WDT

WDTE为可读写位

Bit6(EIS) P60脚功能选择位

0：P60为一般双向I/0口

1：P60为外部中断输入脚．此时P60必须设为输入(IOC6.0=1)

Bit4(ROC)使能 R-option功能位（P50～P51）

0：关闭R-option功能

1：使能R-option功能

当使用R-option的功能时，可在P50或P51脚对地接430K电阻，若有接电阻，则P50或P51被读成“0”，若不接电阻，则P50或P51读成“1”。ROC为读写位

Bit0～3,5未使用。

（7）IOCF（中断屏蔽寄存器）

0：屏蔽TCIF中断

1：允许TCIF中断

Bit1(ICIE) ICIF中断屏蔽位（P6口输入变化中断）

0：屏蔽ICIF中断

1：允许ICIF中断

Bit2(EXIE) EXIF中断屏蔽位（外部中断P60/INT）

0：屏蔽EXIF中断

1：允许EXIF中断

Bit3～7 未使用

当将IOCF相应的控制位置“1”、则相应的中断允许，使用“ENI”指令时所有中断被开放，而使用“DISI”指令，则所有中断被关闭。IOCF为可读写寄存器。

TCC/WDT及预分频器Prescaler

EM78内置8位定时/计数器TCC和看门狗定时器、如下图2.5所示：

图2.5 TCC和WDT功能框图

TCC的时钟可以是内部指令周期时钟CLK(Fosc/2或Fosc/4)或通过TCC脚输入的外部脉冲，其计数采用递增方式，从O0开始计，当不使用预分频器时，每隔一个指令周期或者有一个外部脉冲时TCC会加1（TCC响应延时时间为2个机器周期），当TCC计数至FFH（16进制）时，在下一个计数发生时，将自动清零，并置TCC计数器溢出中断位TCIF如此往复。当TCC使用预分频器时，则外部或

内部信号经过预分频器分频后再输出给TCC。

Tcc 输入波形图(CLKS=‖0‖)(见图2.7)

图2.6 TCC输入信号波形图

TCC和预分频器的控制主要由控制寄存器CONT（Bit0～5）来完成,预分频器的分频系数由PSR0～PSR2决定;预分频器是分配给TCC或WDT使用可由PAB位来决定,同一时间预分频器只能给TCC或WDT其中之一使用。

注意二点;

(1)预分频器分配给TCC使用时(PAB=0),所有写入TCC的指令都将清除预分频器

(2)当预分频器分配给WDT使用时(PAB=1),WDT和预分频器可被WDTC和SLEP 指令清零。

看门狗定时器WDT是一片内自振荡式RC振荡器，即使外部振荡器被关闭（即工作在休眠模式），WDT也一直在计数。当WDT被使能，无论是在工作模式或休眠模式，若WDT超时，都将导致单片机复位,因此WDT主要用来防止单片机系统

失控，一般WDT基本溢出周期约18ms（PAB=“0”），最大溢出周期约2.3S（PAB=“1”）。在正常情况下，当WDT溢出之前，须通过WDTC指令来对WDT清零以防产生复位。WDT的工作状态由寄存器CONT中的PAB、PSR2～PSRO位，IOCE的WDTE 位（IOCE.7）、OTP型EM78X56的结构选择寄存器ENWDTB位来控制（烧写芯片时设定）。

I/O口（port5、port6）

EM78把I/O(口5、口6)作为一般工作寄存器R5、R6来操作，它们为双向、三态输入/输出口，可通过控制寄存器来设置以下功能,如表2.6所示:

I/O口Port5、Port6的接口电路图如下所示：

图2.7 I/O口电路和I/O控制寄存器

其中图中：PCRD——口控制读PDRD——口数据读

PCWR——口控制写PDWR——口数据写

MUX ----多路选通器

R-option功能图2.8

图2.8 P60(INT）的I/O和控制寄存器

图2.9 P61～P67 I/O控制寄存器和I/O口电路

图2.10 带R-Option 功能的I/O口（P70、P71）电路

当使用R-option功能时，往往地P0～51定义为输出脚使用，这样在读取

R-option功能时

先把P50、P51设为输入并使能R-option功能，读取后，再关闭R-option功能，并把P50、P51设回输出，并不影响P50、P51的I/O使用。若外部电阻连接到P50（P51）作为R-option功能，将消耗一些电流，请特别注意。

EM87X56复位

产生复位原因

EM78X56的复位由以下情况产生：

·电源上电复位或电压检测器复位(若有电压检测器)

·RESET脚输入低电平

·WDT溢出(当WDT使用时)

复位状态

当单片机检测到复位信号后会持续18ms的复位状态。一旦复位产生，芯片将处于下列状态：

·振荡器继续动作或起动

·程序计数器PC(R2)被清零，转向复位地址000H

·所有I/O口脚均被设置为输入模式(高阻态)

·看门狗定时器和预置分频器被清零

·当上电时，状态寄存器的高三位被清零(RAM选BANKO)

·除Bit6(INT中断使能标志位)外，CONT寄存器全设为“1”

·下拉控制寄存器IOCB全设为“1”(下拉功能禁止)

·集电极开路控寄存器IOCC全设为“0”(开路功能禁止)

·上拉控制寄存器IOCD全设为“1”(上拉功能禁止)

·WDT控制寄存器IOCE Bit7设为“1”，Bit1和Bit4设为“0”，即开WDT，置P60为I/O口，取消R-option功能

·中断标志寄存器RF中的标志位全部清零(Bit0～2)

·中断屏幕寄存器IOCF的中断屏幕位清零(Bit0～2)