第1章 R8C1A、1B单片机概述

第1章R8C/1A、1B单片机概述

随着半导体技术和工艺的快速发展，单片机已经渗透到人们生活的各个领域。由于其体积小、重量轻、价格便宜、具有很强的灵活性，为学习、应用和开发提供了便利条件。

环顾身边，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。遥控器、洗衣机、电冰箱、空调、电饭煲等家电产品，移动电话等通信产品，电视、音响等AV设备，以及汽车音响、安全气囊等汽车电子产品，单片机在各个领域都得到了广泛的应用。

瑞萨公司由日立制作所、三菱电机的半导体部门合并而成，是MCU市场占有率位居全球第一的企业，业务范围更是涵盖了“移动通信”、“数码家电”和“汽车电子”三大领域。

1.1 瑞萨R8C/Tiny系列单片机

随着单片机技术的发展，电子化使得产品的性能得到大幅度的提高，而一些尚未使用单片机的产品，例如还在使用机械式定时器的电子微波炉等，都有向高性能、多功能产品转化的趋势。瑞萨公司为帮助用户完成产品高性能化的目标，秉承为用户打造“Easy to Use”的单片机理念，设计开发了具有低价位、少引脚、小型封装等特征的R8C/Tiny系列单片机，可应用于家电、AV，以及工业设备的系统控制器等。

1.1.1 R8C/Tiny系列单片机的特点

作为瑞萨单片机的特色产品，R8C/Tiny系列单片机具有如下特点：

1．采用16位CPU内核

在当今的单片机应用领域，8位单片机依然在中国市场上占据主导地位，但是随着网络时代的到来，例如，通信协议的控制和安全性的验证对运算的复杂性提出了更高的需求，而8位单片机的数据处理和运算能力显然不足以满足要求。

R8C/Tiny系列单片机拥有M16C族单片机的高性能16位中央处理器内核，但为了减少引脚数，CPU与外围功能电路间的总线宽度变为8位，且内置了硬件乘法器，提高了CPU 的处理能力。

2．内置Flash存储器

出于成本考虑，过去的单片机内置程序存储器以掩模ROM为主流；内置Flash程序存

储器的单片机通常只为开发才进行少数的量产。

与Flash ROM相比，掩模ROM的缺点是程序由工厂一次写入后无法修改，且出货周期长达两三个月。而Flash ROM产品可随时修改片内程序。

近年来，随着Flash工艺的进步，使其成本大大降低。因此R8C/Tiny系列单片机的所有产品都采用内置的Flash存储器，且支持在系统编程（In System Programming，ISP）及在应用编程（In Application Programming，IAP）①的功能。

注：①ISP（In System Programming）在系统编程，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。IAP（In-Application Programming）在应用编程，指MCU可以在系统中获取新代码并对自己重新编程，即可用程序来改变程序。

3．少引脚、小型封装但具备丰富的内置功能

R8C/Tiny系列单片机具备少引脚和小型封装的特点，其引脚数最少的产品只有20pin，却内置了定时器、串行接口、A/D转换器、上电复位和片内振荡器等功能，通过引脚复用简化了单片机外围电路的设计，降低了开发成本。

4．EMI/EMS性能增强

R8C/Tiny系列单片机在开发阶段就在芯片内部布线方面下了很大工夫，电源布线低阻抗化，所有的引脚都采用了保护电路和滤噪电路，提高了耐浪涌和耐闩锁效应的能力，抗干扰能力得到显著提高。引脚配置方面，在考虑抗干扰能力的同时，也充分考虑了电源引脚的安全性。

5．低价位开发工具

瑞萨公司在研究CPU和外围功能的同时，也不断进行开发环境的完善；在研究指令体系的同时，也进行能实现极高的代码效率的C编译器的研发。对于调试器的开发，同样想尽各种办法，把调试器所必需的功能模块内置于芯片，但同时又争取能充分发挥单片机的全部性能。从低价格的On-Chip调试器等简易开发工具到高性能的全功能仿真器，能够满足不同应用开发需求。

另外，瑞萨公司全方位地为客户提供支持服务，包括在单片机的实际开发中所必要的信息和文档资料，如硬件手册、软件手册以及应用说明等。

1.1.2 R8C/Tiny系列单片机的产品线

R8C/Tiny系列是瑞萨Tiny单片机家族中引脚数最少的一类单片机，它是将瑞萨M16C 族（16位）单片机的功能简化、引脚减少之后设计出的低价格产品。其产品开发路线图如图1.1.1所示。

R8C/1A、1B单片机是对R8C/Tiny系列现存的20引脚产品（R8C/14~17产品群）在规格和性能方面进行强化之后的产品，内置采用更高工艺的Flash存储器，支持擦除/编程挂起功能，容量也从原来的8KB/12KB/16KB变为4KB/8KB/12KB/16KB的4个版本，并增加了20引脚的SDIP封装和28引脚的HWQFN封装形式。R8C/1A、1B单片机可广泛应用

于家电、办公设备、住宅设备（传感器、安防）、便携设备、AV设备等多个领域。

功 能

Flash

R8C/Tiny 系列的产品开发路线图

注：①

I 2C

为荷兰PHILIPS 公司的商标；SSU 为带片选的同步时钟串行接口。

图1.1.1 R8C/Tiny 系列单片机产品开发路线图

1.2 R8C/1A 、1B 单片机概述

1.2.1 R8C/1A 、1B 单片机的特点及优势

R8C/1A 、1B 单片机作为R8C/Tiny 系列的20引脚最新产品，继承了R8C/Tiny 的许多特点，除了拥有高处理能力的R8C 内核，全部内置Flash 存储器之外，还具备以下一些优势：

1．高效的指令系统和灵活的寻址方式

R8C/1A 、1B 单片机采用了R8C/Tiny 系列单片机的指令系统，包括89条指令和丰富的寻址方式。功能强大的指令系统使MCU 能够高效地执行寄存器到寄存器、寄存器到存储器、存储器到存储器的操作，以及快速地进行算术/逻辑运算操作。R8C/1A 、1B 单片机芯片中还集成了一个硬件乘法器，进一步提高了其运算速度和能力。

2．丰富的内置功能

作为少引脚、小型化封装的单片机，R8C/1A、1B内部却集成了多种功能模块，简化了单片机外围电路的设计。

（1）高性能定时器

内置输入捕捉/输出比较等工作模式的16位和8位定时器。

（2）串行接口

内置标准的时钟同步、异步串行接口电路，同时内置I2C总线接口和带片选的时钟同步串行接口（SSU）。

（3）4通道10位A/D转换器

内置4通道10位A/D转换电路，可将外部的模拟电压信号直接输入并进行处理。

（4）上电复位功能

内置上电复位电路，无须用户单独设计单片机外围的复位电路，如图1.2.1所示。

（5）高速内部振荡器

内置8MHz高速内部振荡器，精度可保证在±3%以内（工作环境温度：0℃~60℃），条件适合的情况下用户可选择不连接外部振荡器。使用高精度的内部振荡器，可保证异步串行通信（UART）的正常进行（见图1.2.1）。

（6）数据闪存（DATA Flash）

数据闪存是指Flash存储器中擦除次数可达10000次以上的区块，用来存放系统的重要数据，并保证写入的数据掉电不丢失，如果结合相应的软件辅助，其在功能上可替代过去用于数据存储的外接E2PROM（见图1.2.1）。

3．提供更多的用户可用引脚

虽然R8C/1A、1B单片机只有20个引脚，但是如果使用高速内部振荡器作为时钟源，最多有16个引脚可作为系统功能引脚使用。此外，使用On-Chip调试器对单片机进行调试时，只使用一个MODE引脚作为调试引脚，所以除RESET、Vcc、Vss、MODE引脚之外，其他引脚都可开放给用户使用（见图1.2.1）。

图1.2.1 R8C/1A、1B单片机的特点

4．安全设计

为防止由于外围电路的故障或程序跑飞而造成的系统瘫痪，R8C/1A、1B单片机为用户提供了以下的安全保护措施：

（1）主时钟振荡停止检测功能

当主时钟振荡电路作为CPU的时钟源时，若由于外部因素导致振荡电路停振，单片机内部会检测这一故障，并自动转由低速内部振荡器代替主时钟作为CPU的时钟源，同时产生相应中断提示用户，用户可对系统进行及时的保护而不造成系统运行失控。具体可参考本书3.1.5节。

（2）看门狗定时器的计数源保护

看门狗定时器可以有效地检测出系统跑飞的情况，但以前内置看门狗电路的单片机大多采用与CPU时钟相同的时钟作为看门狗定时器的时钟源，一旦该时钟源停止，看门狗定时器也随之无法工作。

R8C/1A、1B单片机可使用低速内部振荡器时钟作为看门狗定时器的计数源，而与CPU 时钟源分开，用以提高看门狗电路工作的可靠性，达到与单独外接看门狗芯片同样的效果。具体可参考本书2.5节。

1.2.2 R8C/1A、1B单片机结构框图

R8C/1A、1B单片机的结构框图如图1.2.2所示。

注：①ROM容量根据品种不同而不同。

②RAM容量根据品种不同而不同。

图1.2.2 R8C/1A、1B单片机结构框图

1.2.3 R8C/1A、1B单片机性能概要

R8C/1A、1B单片机的性能概要如表1.2.1所示。

表1.2.1 R8C/1A、1B单片机的性能概要

注：① I 2C 总线为荷兰PHILIPS 公司的注册商标。

1.2.4 引脚图

20引脚LSSOP 封装（薄形窄节距小外形封装）的R8C/1A 、1B 单片机的引脚图（俯视图）如图1.2.3所示，各引脚功能如表1.2.2所示。

P3_5/SSCK/SCL/CMP1_2P3_7/CNTR0/SSO/TXD1

RESET X OUT V SS /AV SS X IN /P4_6V CC /AV CC

MODE

P4_5/INT0/RXD1P1_7/CNTR00/INT10

P3_4/SCS/SDA/CMP1_1P3_3/TCIN/INT3/SSI00/CMP1_0P1_0/KI0/AN8/CMP0_0P1_1/KI1/AN9/CMP0_1P4_2/V REF

P1_2/KI2/AN10/CMP0_2P1_3/KI3/AN11/TZOUT P1_4/TXD0

P1_5/RXD0/CNTR01/INT11P1_6/CLK0/SSI01

注：① P4_7为输入专用端口。

图1.2.3 20引脚LSSOP 封装的引脚图（俯视图） 表1.2.2 20引脚R8C/1A 、1B 单片机引脚功能说明

1.2.5 全方位支持的开发工具

R8C/Tiny单片机的开发工具，从廉价简易产品到高性能产品一应俱全。高性能的全功能仿真器（Full Emulator）不仅可以调试实时操作系统，实时跟踪的功能也非常齐全。低价位的简易开发工具（On-Chip调试工具）除了不支持实时操作系统调试外，几乎具备全功能仿真器的其他所有调试功能。用户可以根据开发实际情况选择最合适的开发工具。R8C/Tiny单片机的软件开发工具如表1.2.3所示，硬件开发工具如表1.2.4所示。

本书在第5章介绍了R8C/1A、1B的集成开发环境HEW和简易开发工具RU-Stick及其使用方法，它非常适合于本系列单片机初学者学习或进行芯片评价。

表1.2.3 R8C/Tiny单片机的软件开发工具

表1.2.4 R8C/Tiny单片机的硬件开发工具

注：①需根据不同的封装形式搭配不同的转换电路使用。

②附带综合开发环境、免费评估版C编译器和仿真调试软件等工具。