单晶片微处理机简介

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1、單晶片微處理機簡介單晶片微處理器之應用與功能需求單晶片微處理機之功能模組周邊模組之控制方法單晶片系統之設計與發展1ISUEE簡介單晶片微處理器主要義涵整個微處理機系統搭配簡單周邊模組與輸出入介面以單晶片型態完成，單晶片微處理器中包含系統運作所需之周邊模組與模組驅動程式、系統程式與應用程式。國內外有許多晶片公司，分別針對不同應用，設計有許多種單晶片微處理機系列，如：8051、PIC、ARM、…等等。2ISUEE單晶片微處理器之應用與功能需求目前各類之電子與家電產品，皆可看到單晶片微處理機之蹤跡。如：電子

2、表、微電腦控制洗衣機、防盜器、溫度控制器、電子耳溫槍、….等等。舉凡對現實環境之量測、監控與互動裝置皆可看到單晶片系統之蹤影。3ISUEE環境、單晶與數位系統互動示意圖環境參數量測與轉換數位訊號轉換為環境參數、訊號、驅動訊號、…等類比連續物理量量化離散數位訊號其他數位系統資訊串列現實環境資訊處理，如：計算、儲存、分析…等。時間管理，如：計時、定時、量測…等。資料通訊4ISUEE單晶片微處理機之功能模組單晶片微處理機常見之功能模組有：CPU核心、監督單元RAM與EEPROM/FlashROM計時/計數器基

3、本I/O埠、串列傳輸ADC/DAC、PWM、audio、RF….等等5ISUEE單晶片微處理機之架構CPU核心基本I/O埠計時/計數器ADCDACPWM…其它EEPROM/FlashROMTiminggeneratePLL/ClockMonitorResetPowerupBrownoutSleepmodeWatchdogsInterruptcontrolSeriesI/O:UART,I2CCompareCapture6ISUEE中央處理單元（CPU）核心CPU核心由暫存器、算數與邏輯運算單元與控制單元、

4、指令解碼器與指令集所組成。根據指令集之設計技術，可分為複雜指令集(CISC)與精簡指令集(RISC)核心。複雜指令集：指令數目多(數百個)、多位元組指令、指令週期長、指令功能強、運算元定址模模式多。精簡指令集：指令數目少(數十，一般約50個指令左右)、以單字元組指令為主(一個指令只需一字元，適合使用管線化pipeline加速技術)、指令週期短，但指令功能較弱、運算元定址模模式少。7ISUEERAM與EEPROM/FlashROM隨機存取記憶體(RAM)供CPU核心儲存各類資料。可讀寫式唯讀記憶體(EEP

5、ROM/FlashROM)供存放程式或永久性資料，一般可透過線上寫入之動作做修改。由於單晶系統之指令位元數有限，記憶體系統可能採用分頁技巧或暫存器定址模式，以便節省運算元之定址位元。8ISUEE監督單元(monitorunit)對系統穩定性與多元應用之需求，單晶片微處理器皆設計監督單元，負責執行監督與管理系統，系統重置(Reset)電源啟動(Powerup)電源耗弱(Brownout)睡眠模式(Sleepmode)看門狗(Watchdogs)中斷控制器(Interruptcontrol)9ISUEE系統

6、重置(Reset)可分成熱機重置(hotreset)與冷機重置(coldreset)。冷機重置(coldreset)指的是電源剛啟動之重置動作，此時單晶系統內之記憶體與暫存器皆處於未使用狀態，其內容為隨機之數值(不可預測)熱機重置(hotreset)指的是正常使用中，因各種異常訊號或使用者設定，產生系統重置情況，此時單晶片系統內之記憶體與暫存器皆已設定資料。10ISUEE啟動電源管理概念電源重置訊號重置訊號電源未穩定前之重置產生誤動作誤動作，可應用啟動計時器避免電源應用Poweronreset避免誤動作

7、Poweron重置訊號Poweronreset電路11ISUEE各種常見電源不穩定現象瞬間脈衝接地雜訊電源故障電源耗盡12ISUEE電源brownout現象偵測偵測到,VTbor偵測不到VborTbor13ISUEE睡眠模式(Sleepmode)與看門狗計時器(Watchdogstimer)睡眠模式：單晶系統設計睡眠模式或省電模式。如此，便可在非使用時期停止系統運作或降低運作之功率，達成節能與延長操作時間的目的。因此，設計有睡眠模式之控制，包含設定與喚醒之機制。看門狗計時器(Watchd

8、ogstimer)：為預防長時間當機之事件發生，單晶片微處理機提供看門狗計時器(Watchdogstimer)，定時檢視系統是否正常，或將系統由睡眠模式喚醒。14ISUEE中斷控制器(Interruptcontrol)中斷控制器管理功能包括中斷向量、中斷致能與遮罩、中斷優先權、中斷旗標等。中斷向量：發生中斷時，CPU需執行之中斷服務程式所在之位址。單晶片微處理機一般使用固定向量模式。中斷致能與遮罩：各周邊模組之中斷功能可透過中斷控制器加以致